陶瓷介电常数测试仪的介绍

产品名称：介电常数测试仪介绍产品型号：LJD-B、LJD-C、QS-37

符合标准：GB/T1409、GB/T5594

产品用途：固体、液体绝缘材料的介电常数及介质损耗测试

适用材料：橡胶塑料薄膜、陶瓷玻璃、绝缘材料、高分子材料等

测试范围：10KHZ-70MHZ、100KHZ-160MHZ

主要配置：主机Q表、夹具、电感组成

测试项目：介电常数、介质损耗、介质损耗因数、介质损耗角正切值

使用人群：科研所、教学、质量监督局、军工单位等

付款方式：全款发货

产品品牌：中航鼎力

产品货期：1-3个工作日

产品类别：电性能检测仪器

‍‍ASTM D150-11

实心电绝缘材料的交流损耗特性和

电容率（介电常数）的标准试验方法¹‍^‍

本标准是以固定代号D150发布的。其后的数字表示原文本正式通过的年号；在有修订的情况下，为上一次的修订年号；圆括号中数字为上一次重新确认的年号。上标符号（ε）表示对上次修改或重新确定的版本有编辑上的修改。
　　　　本标准经批准用于国防部所有机构。
1.介电常数测试仪范围
1.1 本试验方法包含当所用标准为集成阻抗时，实心电绝缘材料样本的相对电容率，耗散因子，损耗指数，功率因子，相位角和损耗角的测定。列出的频率范围从小于1Hz到几百兆赫兹。

注1：在普遍的用法，“相对”一词经常是指下降值。

1.2 这些试验方法提供了各种电极，装置和测量技术的通用信息。读者如对某一特定材料相关的议题感兴趣的话，必须查阅ASTM标准或直接适用于被测试材料的其它文件。^2,3

1.3　　本标准并没有完全列举所有的安全声明，如果有必要，根据实际使用情况进行斟酌。使用本规范前，使用者有责任制定符合安全和健康要求的条例和规范，并明确该规范的使用范围。特殊危险说明见7.2.6.1和10.2.1。

¹　本规范归属于电学和电子绝缘材料ASTM D09委员会管辖，并由电学试验D09.12附属委员分会直接管理。

当前版本核准于2011年8月1日。2011年8月发行。原版本在1922年批准。前一较新版本于2004年批准，即为　D150-98R04。DOI：10.1520/D0150-11。

²　 第2章, “交流电损耗和电容率测量,” 工程电介质, Vol. IIB, 实心绝缘材料的电学性能, 测量技术, 

³　 第1章, “固体电介质损耗,” 工程电介质,Vol IIA, 实心绝缘材料的电学性能: 分子结构和电学行为, 

2.介电常数测试仪引用文件
2.1 ASTM标准：⁴

D374 　　　　固体电绝缘材料厚度的标准试验方法

D618 　　　　试验用塑料调节规程

D1082 　　　云母耗散因子和电容率（介电常数）试验方法

D1531 　　　用液体位移法测定相对电容率（介电常数）与耗散因子的试验方法

D1711 　　　电绝缘相关术语

D5032 　　　用饱和甘油溶液方式维持恒定相对湿度的规程

E104 　　　　用水溶液保持相对恒定湿度的标准实施规程

E197 　　　　室温之上和之下试验用罩壳和服役元件规程（1981年取消）⁵

3.介电常数测试仪术语

3.1 定义：

3.1.1 这些试验方法所用术语定义以及电绝缘材料相关术语定义见术语标准D1711。

3.2 本标准专用术语定义：

3.2.1 电容，C，名词——当导体之间存在电势差时，导体和电介质系统允许储存电分离电荷的性能。

3.2.1.1 讨论——电容是指电流电量 q与电位差V之间的比值。电容值总是正值。当电量采用库伦为单位，电位采用伏特为单位时，电容单位为法拉，即：

C=q/V 　　　　　　　　　　（1）

3.2.2 耗散因子（D），（损耗角正切），（tanδ），名词——是指损耗指数（K''）与相对电容率（K'）之间的比值，它还等于其损耗角（δ）的正切值或者其相位角（θ）的余切值（见图1和图2）。

D=K''/K' 　　　　(2)

ASTM标准手册卷次信息，可参见ASTM网站标准文件汇总。

3.2.2.1 讨论——a：

D=tanδ=cotθ=X_p/R_p=G/ωC_p=1/ωC_pR_p　　　　　　　　(3)

式中：

G=等效交流电导，

X_p=并联电抗，

R_p=等效交流并联电阻，

C_p=并联电容，

ω=2πf（假设为正弦波形状）

耗散因子的倒数为品质因子Q，有时成为储能因子。对于串联和并联模型，电容器耗散因子D都是相同的，按如下表示为：

D=ωR_sC_s=1/ωR_pC_p　　　　　　　　(4)

8.介电常数测试仪装置选择和电容和交流损耗测量方法

8.1 频率范围——电容和交流损耗测量方法可分成三种：零值法，共振法和偏转法。任何特殊场合的某一方法选择将主要取决于工作频率。当频率范围为从小于1Hz直到几兆赫兹时，可以使用许多形式的电阻或电感比值臂电容桥。当频率低于1Hz时，要求采用特殊的方法和仪器。在500kHz~30MHz的较高频率下，可使用平行T形网络，因为它们采用了共振电路的一些特征。而当频率从500kHz到几百兆赫兹时，可使用共振法。偏转法只能在从25到60Hz的电源线频率下使用，使用时采用商用指示仪表，此时可以很容易获得要求的较高电压。

8.2 直接和替代方法——在任何直接法中，电容和交流损耗值采用该方法所用所有电路元件形式来表示，因此受到所有误差的影响。通过替代方法可以获得更加大的精度，在此方法中可采用连接和断开的未知电容器进行读数。在这些不能改变的电路元件中的误差通常可以排除；然而，仍然保留了连接误差（注4）。

8.3 两终端和三终端测量——两终端和三终端测量选择通常是在精度和便利性之间作出一个选择。在电介质样本上使用一个保护电极时，则几乎可排除边缘和接地电容的影响，如6.2的解释。规定采用一个保护终端，则可排除电路元件引入的一些误差。在另一方面，补充的电流元件和护罩通常要求提供相当多的保护终端到测量设备上，这可能增加好几倍的调节次数来获得要求的较后结果。电阻比值臂电容桥用保护电路很少被用于1MHz以上的频率。电导比值臂桥提供了一个保护终端，而不要求额外的电路或调节。平行T形网络和共振电路不提供保护电路。在偏转方法中，可以仅仅通过额外护罩来提供一个保护。一个两终端测微计电极系统的使用提供了许多三终端测量的优点，即几乎排除了边缘和接地电容的影响，但是可能增加观测或平衡调节的次数。其使用也可以排除在较高频率下连接导线的串联电感和电阻导致的误差，其可以在整个频率范围内使用，直至几百兆赫兹。当使用一个保护时，存在耗散因子测量值将小于真实值的可能性。这可能是由于在测量电路保护点和保护电极之间的任何点位置的保护电路的电阻导致的。这还可能来自高接触电阻，导线电阻，或者来自保护电极自身的高电阻。在极端场合，耗散因子将显示为负值。当没有保护的耗散因子高于由于表面泄漏导致的标准值时，该情况较可能存在。电容耦合到测量电极以及电阻耦合连接到保护点的任何点可成为困难的来源。常见保护电阻产生一个与C_hC_lR_g成比例的等效负值耗散因子，其中C_h和C_l为电极保护电容，R_g为保护电阻（14）。

8.4 液体置换方法——液体置换方法使用时可以采用三终端或自屏蔽两终端试验池。采用三终端试验池，可能直接测定所用液体的电容率。自屏蔽两终端试验池提供了三终端试验池的许多优点，即几乎排除了边缘和接地电容的影响，同时还可以与没有规定一个保护的测量电路一起使用。如果其配有一个完整的测微计电极，在较高频率下连接导线的串联电导电容的影响将可以排除。

8.5 精度——8.1所列方法精密考虑了电容率测定精度为±1%，而耗散因子测定精度为±(5% 0.0005)。这些精度取决于至少三个因素：电容和耗散因子观测的精度，所用电极布置导致的这些参量的修正值的精度以及电极之间真空静电容计算的精度。在较好的条件以及较低频率下，电容测量可具有±(0.1% 0.02pF)的精度，而耗散因子可具有±(2% 0.00005)的精度。在较高频率下，当电容达到±(0.5% 0.1pF)，耗散因子达到±(2% 0.0002)时，这些极限值可能增大。配有一个保护电极的电介质样本测量只具有电容误差和电极之间真空静电容计算的误差。受保护电极和保护电极之间间隙太宽导致的误差将通常为几十个百分比，同时修正值可以计算为几个百分比。当平均厚度为2mm时，样本厚度测量误差可为几十个百分比，此时假设可以测量至±0.005mm。圆形样本直径可以测量至具有±0.1%的精度，但是输入作为平方值。将这些误差合并，电极之间真空静电容可以测量至具有±0.5%的精度。与电极之间静电容不同的是，采用测微计电极进行测量的带接触式电极的样本不需要进行修正，假如样本直径足够小于测微计电极直径的话。当两终端样本以任何其它方式进行测量时，边缘电容计算和接地电容测定将涉及相当大的误差，因为每一种误差都可能为2~40%的样本电容。采用目前的这些电容知识，在计算边缘电容时，可能的误差为10%，而在评估接地电容时，其可能的误差为25%。因此涉及的总误差范围可为几十分之一的1%到10%或者更大。然而，当没有电极接地时，接地电容误差降至较小（6.1）。采用测微计电极，0.03阶的耗散因子可以测量准确到±0.0003的真实值，而0.0002阶的耗散因子可以测量准确到±0.00005的真实值。耗散因子范围通常为0.0001到0.1，但是其也可以超过0.1。在10~20MHz的频率下，可以推测0.0002阶的耗散因子。从2到5的电容率值可以测定准确到±2%。该精度受到电极之间真空静电容计算要求测量精度以及测微计电极系统误差的限制。

9.介电常数测试仪抽样

9.1 抽样说明见材料规范。

10.介电常数测试仪程序

10.1 样本制备

10.1.1 概述——裁剪或模压试验样本至一个合适的形状和厚度，以能按照材料规范进行测试或者按照要求的测量精度，试验方法，和将执行的测量频率来进行测试。按照被测材料要求的标准方法来测量厚度。如果某一特殊材料没有标准，然后按照试验方法D374测量厚度。实际测量点应在材料电极覆盖区域上均匀分布。然后合适的测量电极应用到样本上（第7章）（除非将使用液体置换方法），尺寸和数量选择主要取决于是否将执行三终端或两终端测量，如果执行后者的两终端测量，是否将使用一个测微计电极系统（7.3）。样本电极材料选择将取决于应用的便利性和是否样本必须在高温和高相对湿度下进行调节（第7章）。优选通过一个移动显微镜来获得电极尺寸（如果电极不等效，则是指较小的电极），或者通过刻度为0.25mm的钢尺和一个允许放大至读数准确到0.05mm的放大镜来进行测量。在几个点上测量圆形电极的直径，或者矩形电极的尺寸，以获得一个平均值。

10.1.2 测微计电极——样本面积等于或小于电极面积是可以接受的，但是样本的任何部分应不能延伸越过电极边缘。样本边缘应是光滑的，且垂直于薄板平面，同时也应具有清晰的边界，以使得薄板平面尺寸能够测量准确到0.025mm。厚度≤0.025直到≥6mm的厚度值都是可以接受的，这取决于平行板电极系统的较大可用板间距。样本应是扁平的，同时厚度尽可能均匀，且无空隙，外来物质夹杂物，皱纹或任何其它缺陷。已经发现采用一个几个厚度或很多厚度的组合，能更方便和准确得测试极其薄样本。每个样本的平均厚度应尽可能测量准确到±0.0025mm之内。在一些场合，特别是对于薄膜等材料，但通常不包括多孔材料，将优选通过由已知或测量的材料密度，样本面的面积以及在分析天平上通过准确测量获得的样本（或者组合样本，当在多个厚度薄板上进行测试时）质量来计算得出平均厚度。

10.1.3 液体置换——当浸泡介质为一种液体时，如果标准液体电容率在样本电容率的大约1%之内（见试验方法D1531），样本大于电极是可以接受的。另外，对于7.3.3所示类型的试验池，将通常要求双份样本，尽管可以在这类试验池中每次测试单个样本。在任何场合，优选样本厚度应不小于大约80%的电极间距，当被测材料耗散因子小于大约0.001时，这变得特别重要。

10.1.4 清洗——因为已经发现在某些材料场合，当不带电极进行测试时，样本表面上存在的导电污染物可对结果产生无规律的影响，因此需要采用一种合适的溶剂或其它方式（按照材料规范所述）来清洗试验样本，同时允许在试验之前彻底干燥样本（15）。当将在空气中在低频率（60~10000Hz）下进行测试时，清洗变得特别重要，但是如在无线电频率下进行测量时，清洗变得不那么重要。在采用一种液体介质进行试验的场合，样本清洗也将降低污染浸泡介质的趋势。被测材料适用的清洗方法参阅ASTM标准或其它规定本试验的文件。在清洗之后，只用镊子转移样本，然后储存在单独的信封套中，以防止在试验之前被进一步污染。

10.2 测量——将带附着电极的试验样本放入一个合适的测量试验池中，然后采用具有要求灵敏度和精度的方法来测量样本的电容和直流损耗。对于日常工作，当较高精度不作要求时，或当样本终端都不用接地时，则没有必要将固体样本放入一个试验池中。

102.1 警告——本试验执行期间，致命电压是一种潜在的危险。所有试验装置及电连接到其上的所有相关设备需进行适当的设计和安装以便能安全运行，这是非常重要的。试验期间个人可能接触的所有导电连接进行牢固接地。在执行任何试验时，提供方式来对试验期间处于高电压的所有零件进行接地，或者对试验期间获得一个感应电荷而具有电位的所有零件进行接地，或者对甚至在电压源断开之后还保持带电荷而具有电位的所有零件进行接地。认真指导所有操作者，以使得其能采用正确的程序来安全执行试验。当执行高电压试验时，特别是在压缩气体或在油中测试时，在击穿时释放的能量可能足够导致试验箱发生火灾，爆炸，或者破裂。设计试验设备，试验箱和试验样本，以使得这类情况的发生可能性降至较小，同时排除人身伤害的可能性。如果存在火灾风险，则需配置灭火设备。

注2：将样本连接到测量电路所用的方法是非常重要的，特别是对于两终端测量。对于平行替代测量，试验方法D150先前推荐的临界间距连接方法可导致0.5pF的负误差。当两终端样本作为一个保护在一个试验池中进行测量时，可产生一个类似的误差。因为目前已知没有方法能用于评估该误差，当必须避免该数值的误差时，必须使用一种替代方法，也就是说，使用测微计电极，液体浸泡池，或者带受保护导线的三终端样本。

注3：为获得电容和耗散因子而执行的测量细节说明以及由于测量电路而执行的任何必要的修正细节说明见商用设备提供的说明书所述。以下章节拟用于提供所需的补充说明。

10.2.2 固定电极——准确地调节板间距至一个适合被测样本的值。特别对于低损耗材料，板间距和样本厚度应使得样本将占据不少于大约80%的电极间隙。对于在空气中的试验，不建议板间距小于大约0.1mm。当电极间距没有调节到一个合适值时，必须制备具有合适厚度的样本。测量试验池的电容和耗散因子，然后嵌入样本，同时使得样本位于测微计电极的电极或试验池之间的中心位置。重复测量。为获得较大的精度，如果可以使用测量设备，直接测定△C和△D。记录试验温度。

10.2.3 测微计电极——测微计电极常与那些接触样本或其附着电极的电极一起使用。为执行一次测量，首先将样本夹紧在测微计电极之间，然后平衡或调整测量用网络。接着取出样本，重新设置电极，通过移动测微计电极使得更近地靠在一起，使得电路或桥臂中的总电容重新恢复至其原始值。

10.2.4 液体置换方法——当使用单种液体时，充满试验池中，然后测量电容和耗散因子。小心插入样本（或组合样本，如果使用了两个样本池），然后将其置于中心位置。重复测量。为获得较大的精度，如果可以使用测量设备，直接测定△C和△D。从液体中迅速地取出样本，以防止发生膨胀，然后在继续测试另一样本之前重新充满试验池至适当的液位。结果计算公式见表2给出。试验方法D1531详细描述了采用了本方法测量聚乙烯的应用。当受保护试验池为耐震结构时，按照准确温度控制条款，例如试验方法D1531中方法B的建议，则可通过在两种液体中测量样本来获得更大的精度。本方法也排除了已知样本尺寸的需要。该程序与以前的程序相同，除了使用两种不同电容率的流体之外（12,13,18）。使用空气作为靠前种流体是很方便的，因为这能避免测量期间清洗样本的必要性。受保护试验池的使用能允许测定所用液体或流体电容率测定。当采用一种或两种流体方法时，可能获得较大的精度，此时一种液体的电容率较接近匹配样本的电容率。

注4：当采用两种流体方法时，可由任一组读数获得耗散因子（其中采用具有较高K_f'的那组数据可获得较准确的耗散因子）。

10.3电容率，耗散因子和损耗指数的计算——对于在某一给定频率下测量的样本，所用测量电路将给出电容值，交流损耗值（用Q表示），耗散因子，或串联或并联电阻。当由观测电容值计算得出电容率时，这些值必须转换为并联电容，如果不是如此来表示，则使用公式5。当使用测微计电极时，表3给出的公式可用于计算样本的电容。对于不同的电极系统，表2给出的公式可用于计算电容率和耗散因子。当使用平行替代方法时，耗散因子读数必须乘以总电路电容与样本或试验池电容的比值。Q和串联或并联电阻也要求由观测值计算得出。电容率为：

K_x'=C_p/C_v　　　　　　　　　（11）

　　　　平坦平行板和共轴圆柱的真空电容表达（6.4）见表1给出。当交流损耗采用串联电阻或并联电阻或电导来表示时，使用公式3和4给出的关系式来计算耗散因子（见3.1.2.1）。损耗指数等于耗散因子和电容率的乘积（见3.4）。

10.4 修正——将样本连接到测量电路所用的导线具有电导和电阻，在高频率下，它们能较大测量的电容和耗散因子。当测量中已包括额外电容时，例如边缘电容和接地电容，这些电容在两终端测量时可产生电位，此时观测并联电容将增大，同时观测耗散因子将减小。这些影响的修正值在附录X1和表1中给出。

11.介电常数测试仪报告

11.1 报告以下信息：

11.1.1 描述被测试的材料，也就是指名称，等级，颜色，制造商和其它相关数据，

11.1.2 试验样本形状和尺寸，

11.1.3 电极和测量池的类型和尺寸，

11.1.4 样本调节，和试验条件，

11.1.5 测量方法和测量电路，

11.1.6 施加电压，有效电压梯度和频率，

11.1.7 并联电容值，耗散因子值或功率因子值，电容率值，损耗指数值以及评估的精度值。

12.介电常数测试仪精度和偏差

12.1 精度——本规范提出的任一种试验方法的精度相关说明都不可能制定，因为精度受到被测材料和测量所用装置选择的影响。对于特定材料，鼓励这些试验方法用户探寻适用于特定材料的标准精度说明（也可见第8章）。

12.2 偏差——任一种或所有这些试验方法未能制定偏差相关的说明。

13.介电常数测试仪关键字

13.1 直流损耗；电容；并联，串联，边缘现象，杂散；电导；接触式电极；电介质；介电常数；耗散因子；电绝缘材料；电极；液体置换；频率；边缘现象电容；受保护电极；Hz；损耗角；损耗因子；损耗正切值；非接触式电极；电容率；相位角；缺相角；功率因子；Q；品质因子；电抗；并联，串联；相对电容率；电阻；平行，串联；tan(Δ)；厚度

其它产品