介電常數(shù)和介電損耗正切的測(cè)定

1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>

①了解測(cè)定高分子材料介電常數(shù)和介電損耗角正切測(cè)定的基本原理

②掌握高分子材料材料介電常數(shù)和介電損耗角正切測(cè)定的測(cè)定方法

2.實(shí)驗(yàn)原理

介電常數(shù)是表征絕緣材料在交流電場(chǎng)下，介質(zhì)極化程度的一個(gè)參數(shù)，它是充滿此絕緣材料的電容器的電容量與以真空為電介質(zhì)時(shí)同樣電極尺寸的電容器的電容量的比值。介質(zhì)損耗角正切是表征該絕緣材料在交流電場(chǎng)下能量損耗的一個(gè)參數(shù)，是外施正弦電壓與通過(guò)試樣的電流之間的相對(duì)的余角正切。

測(cè)定高分子材料介電常數(shù)和介電損耗角正切實(shí)驗(yàn)方法有：工頻高壓電橋法和變電納法。

本實(shí)驗(yàn)采用工頻高壓電橋法。其工作原理為：被測(cè)試樣與無(wú)損耗標(biāo)準(zhǔn)電容C_o是電橋的兩相鄰橋臂，橋臂R₃是無(wú)感電阻，與它相鄰的臂由電容C₄和恒定電阻R₄并聯(lián)構(gòu)成。在電阻R₄的中點(diǎn)和屏蔽間接有一可調(diào)電容C_a來(lái)完成線路的對(duì)稱操作。線路的對(duì)稱在這里理解為使“臂R₃對(duì)屏蔽”及“臂R₄對(duì)屏蔽”的寄生電容固定且相等。由于電阻線圈R₃中的金屬線比電阻R₄長(zhǎng)得多，臂R₃的寄生電容也將大于臂R₄的寄生電容。附加電容C_a可以增大臂R₄的電容泄漏，使其數(shù)值與臂R₃的泄漏相等。臂C_a和C_o的寄生電容不大，因此不用對(duì)他們加以平衡。

保護(hù)電壓e的作用是消除放大器P處頂點(diǎn)可能存在的泄漏電流，為此e是一個(gè)將橋P處頂點(diǎn)的電位引向地電位的裝置。

這主類(lèi)電橋平衡后必然有：Z_x·Z₄＝Z_s·Z₃ ……（3-45）

其中 Z_x＝j / (ωC_x)  

Z_s＝j / (ωC_s)  

Z₃=R₃   

Z4=[（1 / R4）+ jωC₄]^-1

由平衡條件及tgδ定義可計(jì)算出：tgδ=2πf C₄·R₄·10^-12

當(dāng)f＝50Hz，R₄＝10000/πΩ時(shí)，有tgδ= C₄·10^-6，即可用C₄直接表示tgδ值。根據(jù)式（3-45）計(jì)算可得到：

C₄=C₃·(R₄ / R₃)·[1+(1/ tg²δ)]

ε＝C_s / C_o

本方法適用于測(cè)試固體電工絕緣材料如絕緣漆、樹(shù)脂和膠、浸漬纖維制品、層壓制品、云母及其制品、塑料、薄膜復(fù)合制品、陶瓷和玻璃等的相對(duì)介電常數(shù)與介質(zhì)損耗角正切以及由它們計(jì)算出來(lái)的相關(guān)參數(shù)，例如損耗因素。

對(duì)有些絕緣材料如橡膠以及橡膠制品，薄膜等的上述性能實(shí)驗(yàn)，可按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或者參考本標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

3.實(shí)驗(yàn)試樣 

本次實(shí)驗(yàn)采用多型腔圓片模具注塑成型的高密度聚乙烯圓片試樣.直徑120mm厚度3mm(由材料形狀,電極選二電極,板狀電極)

4.實(shí)驗(yàn)設(shè)備

ZJD-87高壓自動(dòng)介電常數(shù)測(cè)試儀 北京航天縱橫檢測(cè)設(shè)備有限公司生產(chǎn)

電極      采用板狀圓形電極

5.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

6.思考題

1. 實(shí)驗(yàn)要求試樣厚度不大于3mm的原因?

答：試樣的厚度如果大于3mm，為了測(cè)得他的介電常數(shù)，需要一個(gè)很高的電壓，這樣使得設(shè)備條件更加苛刻，實(shí)驗(yàn)環(huán)境也不安全。

2. 試樣中含有雜質(zhì)的測(cè)試結(jié)果?

答：介電系數(shù)增大，導(dǎo)電介質(zhì)或極性雜質(zhì)的存在，會(huì)增加高聚物的導(dǎo)電電流和極化率，因而使介電損耗增大，特別是對(duì)于非極性高聚物來(lái)說(shuō)，雜質(zhì)成了引起介電損耗的主要原因。

3．實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件如溫度、濕度對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響。

溫度：溫度變化會(huì)引起高聚物的粘度變化，因而極化建立過(guò)程所需要的時(shí)間也起變化。溫度對(duì)取向極化（介電常數(shù)）有兩種相反的作用，一方面溫度升高，分子間相互作用減弱，粘度下降，使偶極轉(zhuǎn)動(dòng)取向容易進(jìn)行，介電常數(shù)增加；另一方面，溫度升高，分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，對(duì)偶極轉(zhuǎn)動(dòng)干擾增加，使極化減弱，介電系數(shù)下降。對(duì)于一般的高聚物來(lái)說(shuō)，在溫度不太高時(shí)，前者占主導(dǎo)地位，因而溫度升高，介電常數(shù)增大，到一定范圍，后者超過(guò)前者，介電常數(shù)即開(kāi)始隨溫度升高而減小。

濕度：濕度越大，水分越多，能明顯增加高聚物介電損耗的極性雜質(zhì)。在低頻下，它主要以離子電導(dǎo)形式增加電導(dǎo)電流，引起介電損耗；在微波頻率范圍，水分子本身發(fā)生偶極松弛，出現(xiàn)損耗峰。對(duì)于極性高聚物，水有不同程度的增塑作用，尤其是聚酰胺類(lèi)和聚丙烯酸酯類(lèi)等，結(jié)果將使高聚物的介電損耗峰向較低溫度移動(dòng)。水對(duì)熱固性塑料也有影響。