介电性能的测量原理.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,介电性能的测量原理,1,介电性能的测量原理,介电常数,介质损耗,击穿电场强度,测量方法,测试内容,2,介电性能定义：,介电性能是指在电场作用下,表现出对静电能的储蓄和损耗的性质，通常用介电常数和介质损耗来表示,.,3,介电常数,dielectric constant,定义：,介电常数，又称,电容率（,permittivity,）,是电位移,D,与电场强度,E,之比,=D/E,，其单位为,F/m,。,介电常数小的电介质，其分子为非极性或弱极性结构，介电常数大的电介质，其分子为极性或强极性结构。,4,介电常数是表征电介质的最基本的参量，是衡量电介质在电场下的极化行为或储存电荷能力的参数。,电介质电容、介电常数,真空,电容,C,0,=Q,0,/V=,0,s,/d,电介质,电容,C=Q/V=,r,o,s/d,相对介电常数,r,=C/C,0,5,平行板电容器,基本公式,6,C,o,=Q/V=,e,o,A/d,C=,e,A/d,e,r,=,e,/,e,o,Di,electric,7,介质的介电损耗是指电介质在单位时间内每单位体积中将电能转换为热能而损耗的能量。,电介质的介电损耗一般用损耗角正切,tan,表示，并定义为：,介电损耗,Dielectric loss,定义,：,8,同时，介电损耗也是表示绝缘材料（如绝缘油料）质量的指标之一。介电损耗愈小，绝缘材料的质量愈好，绝缘性能也愈好。,tan=1/WCR,(,式中,W,为交变电场的角频率；,C,为介质电容；,R,为损耗电阻,),。,9,tan,是频率的函数,，是电介质的,自身属性,，,与试样的大小和形状无关。,可以和介电常数同时测量，用,介质损耗仪、电桥、,Q,表,等测量,。,电导时,tan,与频率,的关系,10,介电损耗的形式,电介质在电场作用下，内部通过的电流包括：,（,1,）,电容电流,：由样品的几何电容充电引起电流（位移电流）；,（,2,）,吸收电流,：由,松弛极化引起，,是介质在交变电压作用下引起介质损耗的主要来源；,（,3,）,漏电电流,：由介质电导引起，与自由电荷有关，使介质产生电导损耗。,11,电介质在电场作用下具体损耗的能量主要包括：,极化损耗,：在外电场中各种介质极化的建立引起了电流，此电流与极化松弛等有关，引起的损耗称为极化损耗。,电导损耗,：在电场作用下，导电载流子做定向漂移，形成传导电流，电流大小由介质本身性质决定，这部分传导电流以热的形式消耗掉，称之为电导损耗。,电离损耗和结构损耗,12,击穿电场强度,一般外电场不太强时，电介质只被极化，不影响其绝缘性能。,当其处在很强的外电场中时，电介质分子的正负电荷中心被拉开，甚至脱离约束而成为自由电荷，电介质变为导电材料。,当施加在电介质上的电压增大到一定值时，使电介质失去绝缘性的现象称为,击穿,(breakdown),。,外加电场强度超过某一临界值时，介质由介电状态变为导电状态的现象。,13,电介质击穿形式分类,热击穿,电击穿,电化学击穿,不均匀介质中的电压分配,内电离,表面放电和边缘击穿,14,介电性能的测量方法,依据所测量的基本原理可分为三大类,电桥法,谐振回路法,阻抗矢量法,15,电桥法,根据电桥平衡时两对边阻抗乘积相等，从而来确定被测电容器或介质材料试样的,C,X,和,tan,X,。,测量范围,：,0.01HZ,150MHZ,测量原理,：,16,谐振回路法,依据谐振回路的谐振特性进行测量的。根据谐振时角频率,与回路的电感、电容之间的特定关系式，求得,Cx,和,tan,X,。,测量范围,：,40KHZ,200MHZ,测量原理,：,17,阻抗矢量法,通过矢量电压一电流的比值的测量来确定复阻抗的，进而获得网络、元件或材料的有关参数。,测量范围：,0.01HZ,200MHZ,测量原理,：,18,19,介电性能测试主要内容,简介,20,介电性能测试内容主要包括,绝缘电阻率,相对介电常数,介质损耗角正切,击穿电场强度,21,绝缘电阻率测试,绝缘电阻率测试通常采用三电极系统，可以分别测出试样的体积电阻率,v,和表面电阻率,s,，,测量电路图如下图所示。,体积电阻率测试线路图,表面电阻测量线路图,22,平板试样,23,管状试样,电极材料可用粘贴铝箔、导电橡皮、真空镀铝、胶体石墨等,24,相对介电常数（,）测试,相对介电常数通常是通过测量试样与电极组成的电容、试样厚度和电极尺寸求得。,平板试样,管状试样,25,介质损耗角正切（,tan,),的测定,通过测量试样的等效参数经计算求得，也可在仪器上直接读取。,工频、音频下一般都采用,电桥法,测量，高电压时采用,西林电桥法,。,26,西林电桥法,电桥平衡时,标准电容,可调电容,固定电阻,可调电阻,27,当频率为几十千赫到几百兆赫范围时，可用集总参数的谐振法进行测量，如图所示,28,击穿电场强度测定,绝缘材料的击穿电场强度以平均击穿电场强度 表示,击穿电压,试样的平均厚度,29,30,击穿电压可用,静电电压表、电压互感器、放电球隙,等仪器并联于试样两端直接测出。,击穿电压很高时，需采用,电容分压器,。,冲击电压下的击穿电场强度测试，一般用冲击电压发生器产生的标准冲击电压施加于试样，逐渐升高冲击电压的峰值直至击穿。,冲击电压可用,50%,球隙放电法,，也可用阻容分压器加上脉冲示波器或峰值电压表测量。,31,