ASTM D150介電常數測試儀 GBT1409絕緣材料介電常數測量裝置

引言

介電常數又稱電容率或相對電容率，是表徵電介質材料或絕緣材料電效能的一個重要物理引數。不同 的介質材料具有不同的介電常數，在研究材料的電學效能相關學科中，對學生開設材料的介電常數測量 實驗具有重要意義［1］。目前，多數高校開設的大學物理實驗、材料的物理效能測量實驗等課程中，均有 材料的相對介電常數測量實驗專案。本文討論的是利用平行板電容和萬用電橋的組合來測固體介質材料 的相對介電常數ε r 的教學儀器，針對存在的問題做了相應的改進，並將改進後的裝置使用在實驗教學中。

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測試標準：

ASTM D150-11實心電絕緣材料的交流損耗特性和電容率（介電常數）的標準試驗方法；

GB/T1409-2006測量電氣絕緣材料在工頻、音訊、高頻下電容率和介質損耗因數的推薦方法；

GB/T1693-2007硫化橡膠介電常數和介質損耗角正切值的測定方法；

GBT5594。4-2015電子元器件結構陶瓷材料效能測試方法第4部分：介電常數和介質損耗角正切值的測試方法

；

2. 現有固體介質材料相對介電常數測量裝置存在的問題

2。1。 固體介質材料相對介電常數測量方法 在固體介質材料相對介電常數測量的實驗儀器中，電容由上下兩極板構成，極板之間放置被測介質。 理論上，用萬用電橋測定平行板電容器在不同介質狀態下電容的大小，即可得到介質的相對介電常數， 如式（1） ［1］所示。

2.2. 現有的實驗裝置中存在的一些問題 在實驗教學過程中

教師和學生經常反應裝置精度不夠，誤差太大，樣品單一，只能夠用廠家提供 的

1 mm 左右厚的樣品。 經反覆實驗和研究，現有固體介質材料相對介電常數測量裝置存在以下問題：

1） 將上極板固定在一個螺旋測微儀上，透過旋轉螺旋測微儀，來控制上極板與下極板的間距，這種 結構決定了電解板不能做得太大，一般直徑為 d = 40 mm 左右，在該方法中，理論上要求電極板直徑 d 遠大於電極板間距 D ［5］ ［6］，在實驗中，為了保證實驗精度，要求 0。05 D d ≤ 。

2） 在該結構中，樣品的厚度只能控制在 1~2 mm，要求厚度均勻、表明平整。但是，直徑為 40 mm、 厚度為 1~2 mm 的樣品要達到該要求，加工難度大，容易變形，而且樣品厚度測量的相對誤差比較大［5］。 所以實驗中，只能夠用廠家提供的特製樣品。

3） 由於兩極板很做成絕對相互平行，透過旋轉螺旋測微儀，來控制上極板上下移動位置，極板會發 生轉動，那麼整過實驗過程中，儀器的系統誤差是不斷改變的。 因存在以上問題，故該實驗的誤差較大。

3。 固體介質材料相對介電常數測量裝置的改進 針對存在的問題，做了如下設計：

用一個螺母來控制上極板上下移動，上極板上下移動時自身不發生轉動；用千分表來實時測量上極 板移動的距離。設計測量裝置如圖 2 所示。 利用圖 2 裝置，用導線將上下極板與萬用電橋連線好後，實驗操作方法如下：

1） 轉動螺母，使上極板與下極板的間距為零，按下千分表的歸零鍵。

2） 轉動螺母，使上極板上升略大於被測材料厚度的高度，平行放入被測材料，轉動螺母使上極板下 降並壓緊被測材料，讀取此時的千分表示數並記錄。重複該步驟 5 次，每次使上極板上升後都將被測介 質以中心線為軸轉動一定的角度再壓緊，分別記錄 5 次的千分表示數，平均值為被測樣品的厚度 t。

3） 轉動螺母使上極板略微上升，取出被測材料，待萬用電橋示數穩定後記錄讀數 C1，同時記下此時 的千分表讀數 D。保持螺母不動，重新將被測材料平行放入上極板與下極板之間，待萬用電橋示數穩定 後記錄讀數 C2 。

4） 重複第 3 步 5 次，分別測出上下極板不同 D 狀態下的C1、 C2 值。

4。 實驗結果分析

將實驗資料代入公式（4）、（5）式，即可算出被測介質的相對介電常數。某次實驗原始資料和處理結果 如表 1、表 2 所示。其中，被測樣品為有機玻璃板，上下極板直徑均為 100。00 mm，有機玻璃板厚度 t = 2。612 mm。