介電性能的測量原理.ppt

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1、介電性能的測量原理介電性能的測量原理介電常數(shù)介質(zhì)損耗擊穿電場強度測量方法測試內(nèi)容介電性能定義:介電性能是指在電場作用下,表現(xiàn)出對靜電能的儲蓄和損耗的性質(zhì),通常用介電常數(shù)和介質(zhì)損耗來表示.介電常數(shù)dielectricconstant定義:介電常數(shù),又稱電容率(permittivity),是電位移D與電場強度E之比ε=D/E,其單位為F/m。介電常數(shù)小的電介質(zhì),其分子為非極性或弱極性結(jié)構(gòu),介電常數(shù)大的電介質(zhì),其分子為極性或強極性結(jié)構(gòu)。介電常數(shù)是表征電介質(zhì)的最基本的參量,是衡量電介質(zhì)在電場下的極化行為

2、或儲存電荷能力的參數(shù)。電介質(zhì)電容、介電常數(shù)真空電容C0=Q0/V=?0s/d電介質(zhì)電容C=Q/V=?r?os/d相對介電常數(shù)εr=C/C0平行板電容器基本公式Co=Q/V=eoA/dC=eA/der=e/eoDielectric介質(zhì)的介電損耗是指電介質(zhì)在單位時間內(nèi)每單位體積中將電能轉(zhuǎn)換為熱能而損耗的能量。電介質(zhì)的介電損耗一般用損耗角正切tan?表示,并定義為:介電損耗Dielectricloss定義:同時,介電損耗也是表示絕緣材料(如絕緣油料)質(zhì)量的指標之一。介電損耗愈小,絕緣材料的質(zhì)量愈好,絕

3、緣性能也愈好。tanδ=1/WCR(式中W為交變電場的角頻率;C為介質(zhì)電容;R為損耗電阻)。tan?是頻率的函數(shù),是電介質(zhì)的自身屬性,與試樣的大小和形狀無關(guān)??梢院徒殡姵?shù)同時測量,用介質(zhì)損耗儀、電橋、Q表等測量。電導(dǎo)時tan?與頻率ω的關(guān)系介電損耗的形式電介質(zhì)在電場作用下,內(nèi)部通過的電流包括:(1)電容電流:由樣品的幾何電容充電引起電流(位移電流);(2)吸收電流:由松弛極化引起,是介質(zhì)在交變電壓作用下引起介質(zhì)損耗的主要來源;(3)漏電電流:由介質(zhì)電導(dǎo)引起,與自由電荷有關(guān),使介質(zhì)產(chǎn)生電導(dǎo)損耗。

4、電介質(zhì)在電場作用下具體損耗的能量主要包括:⑴極化損耗:在外電場中各種介質(zhì)極化的建立引起了電流,此電流與極化松弛等有關(guān),引起的損耗稱為極化損耗。⑵電導(dǎo)損耗:在電場作用下,導(dǎo)電載流子做定向漂移,形成傳導(dǎo)電流,電流大小由介質(zhì)本身性質(zhì)決定,這部分傳導(dǎo)電流以熱的形式消耗掉,稱之為電導(dǎo)損耗。⑶電離損耗和結(jié)構(gòu)損耗擊穿電場強度一般外電場不太強時,電介質(zhì)只被極化,不影響其絕緣性能。當其處在很強的外電場中時,電介質(zhì)分子的正負電荷中心被拉開,甚至脫離約束而成為自由電荷,電介質(zhì)變?yōu)閷?dǎo)電材料。當施加在電介質(zhì)上的電壓增大到

5、一定值時,使電介質(zhì)失去絕緣性的現(xiàn)象稱為擊穿(breakdown)。外加電場強度超過某一臨界值時,介質(zhì)由介電狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)電狀態(tài)的現(xiàn)象。電介質(zhì)擊穿形式分類①熱擊穿②電擊穿③電化學(xué)擊穿不均勻介質(zhì)中的電壓分配內(nèi)電離表面放電和邊緣擊穿介電性能的測量方法依據(jù)所測量的基本原理可分為三大類①電橋法②諧振回路法③阻抗矢量法電橋法根據(jù)電橋平衡時兩對邊阻抗乘積相等,從而來確定被測電容器或介質(zhì)材料試樣的CX和tanX。測量范圍:0.01HZ~150MHZ測量原理:諧振回路法依據(jù)諧振回路的諧振特性進行測量的。根據(jù)諧振時角頻

6、率ω與回路的電感、電容之間的特定關(guān)系式,求得Cx和tanδX。測量范圍:40KHZ~200MHZ測量原理:阻抗矢量法通過矢量電壓一電流的比值的測量來確定復(fù)阻抗的,進而獲得網(wǎng)絡(luò)、元件或材料的有關(guān)參數(shù)。測量范圍:0.01HZ~200MHZ測量原理:介電性能測試主要內(nèi)容簡介介電性能測試內(nèi)容主要包括⑴絕緣電阻率⑵相對介電常數(shù)⑶介質(zhì)損耗角正切⑷擊穿電場強度絕緣電阻率測試絕緣電阻率測試通常采用三電極系統(tǒng),可以分別測出試樣的體積電阻率ρv和表面電阻率ρs,測量電路圖如下圖所示。體積電阻率測試線路圖表面電阻測量

7、線路圖平板試樣管狀試樣電極材料可用粘貼鋁箔、導(dǎo)電橡皮、真空鍍鋁、膠體石墨等相對介電常數(shù)(εr)測試相對介電常數(shù)通常是通過測量試樣與電極組成的電容、試樣厚度和電極尺寸求得。平板試樣管狀試樣介質(zhì)損耗角正切(tanδ)的測定通過測量試樣的等效參數(shù)經(jīng)計算求得,也可在儀器上直接讀取。工頻、音頻下一般都采用電橋法測量,高電壓時采用西林電橋法。西林電橋法電橋平衡時——標準電容——可調(diào)電容——固定電阻——可調(diào)電阻當頻率為幾十千赫到幾百兆赫范圍時,可用集總參數(shù)的諧振法進行測量,如圖所示擊穿電場強度測定絕緣材料的擊

8、穿電場強度以平均擊穿電場強度表示——擊穿電壓——試樣的平均厚度擊穿電壓可用靜電電壓表、電壓互感器、放電球隙等儀器并聯(lián)于試樣兩端直接測出。擊穿電壓很高時,需采用電容分壓器。沖擊電壓下的擊穿電場強度測試,一般用沖擊電壓發(fā)生器產(chǎn)生的標準沖擊電壓施加于試樣,逐漸升高沖擊電壓的峰值直至擊穿。沖擊電壓可用50%球隙放電法,也可用阻容分壓器加上脈沖示波器或峰值電壓表測量。

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