介电常数和介质损耗测试仪试样的制备

试样应从固体材料上截取，为了满足要求，应按相关的标准方法的要求来制备。

应精确地测量厚度，使偏差在±(0.2%±0.005 mm)以内，测量点应均匀地分布在试样表面.必要 时，应测其有效面积。

7.2条件处理

条件处理应按相关规范规定进行。

技术参数：

1．Q值测量
a．Q值测量范围：2～1023。
b．Q值量程分档：30、100、300、1000、自动换档或手动换档。
c．标称误差
频率范围（100kHz～10MHz）： 频率范围（10MHz～160MHz）：
固有误差：≤5％±满度值的2% 固有误差：≤6％±满度值的2%
工作误差：≤7％±满度值的2% 工作误差：≤8％±满度值的2%
2．电感测量范围：4.5nH~7.9mH
3．电容测量：1~205
主电容调节范围：18～220pF
准确度：150pF以下±1.5pF； 150pF以上±1%
注：大于直接测量范围的电容测量见后页使用说明
4.  信号源频率覆盖范围
频率范围CH1:0.1～0.999999MHz, CH2: 1～9.99999MHz,
CH3:10～99.9999MHz, CH1 :100～160MHz,
5．Q合格指示预置功能:      预置范围：5～1000。
6．B-测试仪正常工作条件
a.  环境温度：0℃～+40℃；
b．相对湿度：<80％；
c．电源：220V±22V，50Hz±2.5Hz。
7．其他
a．消耗功率：约25W；
b．净重：约7kg；
c. 外型尺寸：（l×b×h）mm：380×132×280。

1  测量范围及误差

 本电桥的环境温度为20±5℃，相对湿度为30％－80％条件下，应满足下列表中的技术指示要求。

  在Cn＝100pF    R4＝3183.2（W）（即10K/π）时

    测量项目       测量范围             测量误差               

    电容量Cx       40pF--20000pF      ±0.5%  Cx±2pF     

    介质损耗tgd      0～1              ±1.5％tgdx±0.0001

    在Cn＝100pF      R4＝318.3（W）（即1K/π）时

    测量项目       测量范围             测量误差               

    电容量Cx       4pF--2000pF      ±0.5%  Cx±3pF     

    介质损耗tgd      0～0.1          ±1.5％tgdx±0.0001

2  电桥测量灵敏度

    电桥在使用过程中，灵敏度直接影响电桥平衡的分辨程度，为保证测量准确度，希望电桥灵敏度达到一定的水平。通常情况下电桥灵敏度与测量电压，标准电容量成正比。在下面的计算公式中，用户可根据实际使用情况估算出电桥灵敏度水平，在这个水平上的电容与介质损耗因数的微小变化都能够反应出来。

 DC/C或Dtgd=Ig/UwCn(1+Rg/R4+Cn/Cx)   

         式中：Ｕ为测量电压                     伏特（Ｖ）

ω为角频率 2pf=314(50Hz)                            

          Ｃｎ标准电容器容量                    皮法（pＦ）

          Ｉｇ通用指另仪的电流5X10-10            安培（Ａ）

          Ｒｇ平衡指另仪内阻约1500              欧姆（W）

          Ｒ４桥臂R4电阻值3183                 欧姆（W）

          Ｃｘ被测试品电容值                    皮法（ｐF）

3 电容量及介损显示精度：

    电容量： ±0.5%×tgδx±0.0001。

    介  损： ±0.5％tgdx±1×10-4

4 辅桥的技术特性：

    工作电压±12V，50Hz

    输入阻抗>1012　W

    输出阻抗>0.6 W

    放大倍数>0.99

    不失真跟踪电压  0～12V（有效值）

5 指另装置的技术特性：

    工作电压±12V

    在50Hz时电压灵敏度不低于1X10-6V／格， 电流灵敏度不低于2X10-9A／格

    二次谐波  减不小于25db

    三次谐波  减不小于50db

特点：优化的测试电路设计使残值更小◆ 高频信号采用数码调谐器和频率锁定技术◆ LED 数字读出品质因数，手动/自动量程切换◆ 自动扫描被测件谐振点，标频单键设置和锁定，大大提高测试速度

作为新一代的通用、多用途、多量程的阻抗测试仪器，测试频率上限达到目前国内高的160MHz。1 双扫描技术 - 测试频率和调谐电容的双扫描、自动调谐搜索功能。2 双测试要素输入 - 测试频率及调谐电容值皆可通过数字按键输入。3 双数码化调谐 - 数码化频率调谐，数码化电容调谐。4 自动化测量技术 -对测试件实施 Q 值、谐振点频率和电容的自动测量。5 全参数液晶显示 – 数字显示主调电容、电感、 Q 值、信号源频率、谐振指针。6 DDS 数字直接合成的信号源 -确保信源的高葆真，频率的高精确、幅度的高稳定。7 计算机自动修正技术和测试回路优化 —使测试回路 残余电感减至低，彻底 Q 读数值在不同频率时要加以修正的困惑。

标准配置：高配Q表 一只  试验电极  一只 （c类）电感      一套（9只）电源线    一条说明书    一份合格证    一份保修卡    一份

为什么介电常数越大，绝缘能力越强？因为物质的介电常数和频率相关，通常称为介电系数。

介电常数又叫介质常数，介电系数或电容率，它是表示绝缘能力特性的一个系数。所以理论上来说，介电常数越大，绝缘性能就越好。

注：这个性质不是绝对成立的。

对于绝缘性不太好的材料(就是说不击穿的情况下,也可以有一定的导电性)和绝缘性很好的材料比较,这个结论是成立的。

但对于两个绝缘体就不一定了。

介电常数反映的是材料中电子的局域(local)特性,导电性是电子的全局(global)特征.不是一回事情的。

补充：电介质经常是绝缘体。其例子包括瓷器(陶器)，云母，玻璃，塑料，和各种金属氧化物。有些液体和气体可以作为好的电介质材料。干空气是良好的电介质，并被用在可变电容器以及某些类型的传输线。蒸馏水如果保持没有杂质的话是好的电介质，其相对介电常数约为80。

对于时变电磁场，物质的介电常数和频率相关，通常称为介电系数。介电常数又叫介质常数，介电系数或电容率，它是表示绝缘能力特性的一个系数介电常数,用于衡量绝缘体储存电能的性能.它是两块金属板之间以绝缘材料为介质时的电容量与同样的两块板之间以空气为介质或真空时的电容量之比。介电常数代表了电介质的极化程度，也就是对电荷的束缚能力，介电常数越大，对电荷的束缚能力越强。电容器两极板之间填充的介质对电容的容量有影响，而同一种介质的影响是相同的，介质不同，介电常数不同

介质损耗：绝缘材料在电场作用下，由于介质电导和介质极化的滞后效应，在其内部引起的能量损耗。也叫介质损失，简称介损。在交变电场作用下，电介质内流过的电流相量和电压相量之间的夹角（功率因数角Φ）的余角δ称为介质损耗角。

损耗因子也指耗损正切，是交流电被转化为热能的介电损耗（耗散的能量）的量度，一般情况下都期望耗损因子低些好。

概念：

电介质在外电场作用下，其内部会有发热现象，这说明有部分电能已转化为热能耗散掉，电介质在电场作用下，在单位时间内因发热而消耗的能量称为电介质的损耗功率，或简称介质损耗（diclectric loss）。介质损耗是应用于交流电场中电介质的重要品质指标之一。介质损耗不但消耗了电能，而且使元件发热影响其正常工作。如果介电损耗较大，甚至会引起介质的过热而绝缘破坏，所以从这种意义上讲，介质损耗越小越好。

形式

各种不同形式的损耗是综合起作用的。由于介质损耗的原因是多方面的，所以介质损耗的形式也是多种多样的。介电损耗主要有以下形式：

1）漏导损耗

实际使用中的绝缘材料都不是完善的理想的电介质，在外电场的作用下，总有一些带电粒子会发生移动而引起微弱的电流，这种微小电流称为漏导电流，漏导电流流经介质时使介质发热而损耗了电能。这种因电导而引起的介质损耗称为“漏导损耗”。由于实阿的电介质总存在一些缺陷，或多或少存在一些带电粒子或空位，因此介质不论在直流电场或交变电场作用下都会发生漏导损耗。

2）极化损耗

在介质发生缓慢极化时（松弛极化、空间电荷极化等），带电粒子在电场力的影响下因克服热运动而引起的能量损耗。

　　一些介质在电场极化时也会产生损耗，这种损耗一般称极化损耗。位移极化从建立极化到其稳定所需时间很短（约为10-16～10-12s），这在无线电频率（5×1012Hz 以下）范围均可认为是极短的，因此基本上不消耗能量。其他缓慢极化（例如松弛极化、空间电荷极化等）在外电场作用下，需经过较长时间（10-10s或更长）才达到稳定状态，因此会引起能量的损耗。

若外加频率较低，介质中所有的极化都能完全跟上外电场变化，则不产生极化损耗。若外加频率较高时，介质中的极化跟不上外电场变化，于是产生极化损耗。

电离损耗

电离损耗（又称游离损耗）是由气体引起的，含有气孔的固体介质在外加电场强度超过气孔气体电离所需要的电场强度时，由于气体的电离吸收能量而造成指耗，这种损耗称为电离损耗。

结构损耗

在高频电场和低温下，有一类与介质内邻结构的紧密度密切相关的介质损耗称为结构损耗。这类损耗与温度关系不大，耗功随频率升高而增大。

试验表明结构紧密的晶体成玻璃体的结构损耗都很小，但是当某此原因（如杂质的掺入、试样经淬火急冷的热处理等）使它的内部结构松散后。其结构耗就会大大升高。

宏观结构不均勾性的介质损耗

工程介质材料大多数是不均匀介质。例如陶瓷材料就是如此，它通常包含有晶相、玻璃相和气相，各相在介质中是统计分布口。由于各相的介电性不同，有可能在两相间积聚了较多的自由电荷使介质的电场分布不均匀，造成局部有较高的电场强度而引起了较高的损耗。但作为电介质整体来看，整个电介质的介质损耗必然介于损耗大的一相和损耗小的一相之间。

表征：

电介质在恒定电场作用下，介质损耗的功率为

　　W=U2/R=（Ed）2S/ρd=σE2Sd

定义单位体积的介质损耗为介质损耗率为

ω=σE2

在交变电场作用下，电位移D与电场强度E均变为复数矢量，此时介电常数也变成复数，其虚部就表示了电介质中能量损耗的大小。

D，E，J之间的相位关系图

D，E，J之间的相位关系图

如图所示，从电路观点来看，电介质中的电流密度为

J=dD/dt=d（εE）/dt=Jτ+iJe

式中Jτ与E同相位。称为有功电流密度，导致能量损耗；Je，相比较E超前90°，称为无功电流密度。

定义

tanδ=Jτ/Je=ε〞/εˊ

式中，δ称为损耗角，tanδ称为损耗角正切值。

损耗角正切表示为获得给定的存储电荷要消耗的能量的大小，是电介质作为绝缘材料使用时的重要评价参数。为了减少介质损耗，希望材料具有较小的介电常数和更小的损耗角正切。损耗因素的倒数Q=（tanδ）-1在高频绝缘应用条件下称为电介质的品质因素，希望它的值要高。

工程材料：离子晶体的损耗，离子晶体的介质损耗与其结构的紧密程度有关。

紧密结构的晶体离子都排列很有规则，键强度比较大，如α-Al2O3、镁橄榄石晶体等，在外电场作用下很难发生离子松弛极化，只有电子式和离子式的位移极化，所以无极化损耗，仅有的一点损耗是由漏导引起的（包括本质电导和少量杂质引起的杂质电导）。这类晶体的介质损耗功率与频率无关，损耗角正切随频率的升高而降低。因此，以这类晶体为主晶相的陶瓷往往用在高频场合。如刚玉瓷、滑石瓷、金红石瓷、镁橄榄石瓷等

结构松散的离子晶体，如莫来石（3Al2O3·2SiO2）、董青石（2MgO·2Al2O3·5SiO2）等，其内部有较大的空隙或晶格畸变，含有缺陷和较多的杂质，离子的活动范围扩大。在外电场作用下，晶体中的弱联系离子有可能贯穿电极运动，产生电导打耗。弱联系离子也可能在一定范围内来回运动，形成热离子松弛，出现极化损耗。所以这类晶体的介质损耗较大，由这类品体作主晶相的陶瓷材料不适用于高频，只能应用于低频场合。

玻璃的损耗

复杂玻璃中的介质损耗主要包括三个部分：电导耗、松弛损耗和结构损耗。哪一种损耗占优势，取决于外界因素温度和电场频率。高频和高温下，电导损耗占优势：在高频下，主要的是由弱联系离子在有限范围内移动造成的松弛损耗：在高频和低温下，主要是结构损耗，其损耗机理目前还不清楚，可能与结构的紧密程度有关。般来说，简单玻璃的损耗是很小的，这是因为简单玻璃中的“分子”接近规则的排列，结构紧密，没有弱联系的松弛离子。在纯玻璃中加人碱金属化物后。介质损耗大大增加，并且随着加人量的增大按指数规律增大。这是因为碱性氧化物进人玻璃的点阵结构后，使离子所在处点阵受到破坏，结构变得松散，离子活动性增大，造成电导损耗和松弛损耗增加。

陶瓷材料的损耗

陶瓷材料的介质损耗主要来源于电导损耗、松弛质点的极化损耗和结构损耗。此外，表面气孔吸附水分、油污及灰尘等造成的表面电导也会引起较大的损耗。

在结构紧密的陶瓷中，介质损耗主要来源于玻璃相。为了改善某些陶瓷的工艺性能，往往在配方中引人此易熔物质（如黏土），形成玻璃相，这样就使损耗增大。如滑石瓷、尖晶石瓷随黏土含量增大，介质损耗也增大。因面一般高频瓷，如氧化铝瓷、金红石等很少含有玻璃相。大多数电陶瓷的离子松弛极化损耗较大，主要的原因是：主晶相结构松散，生成了缺固济体、多品型转变等。

高分子材料的损耗

高分子聚合物电介质按单体单元偶极矩的大小可分为极性和非极性两类。一般地，偶极矩在0~0.5D（德拜）范围内的是非极性高聚物；偶极矩在0.5D以上的是极性高聚物。非极性高聚物具有较低的介电常数和介质损耗，其介电常数约为2，介质损耗小于10-4；极性高聚物则具有较高的介电常数和介质损耗，并且极性愈大，这两个值愈高。

高聚物的交联通常能阻碍极性基团的取向，因此热固性高聚物的介电常数和介质损耗均随交联度的提高而下降。酚醛树脂就是典型的例子，虽然这种高聚物的极性很强，但只要固化比较完全，它的介质损耗就不高。相反，支化使分子链间作用力减弱，分子链活动能力增强，介电常数和介质损耗均增大。

高聚物的凝聚态结构及力学状态对介电性景响也很大。结品能链段上偶极矩的取向极化，因此高聚物的介质损耗随结晶度升高而下降。当高聚物结晶度大于70%时，链段上的偶极的极化有时完全被，介电性能可降至低值，同样的道理，非晶态高聚物在玻璃态下比在高弹态下具有更低的介质损耗。此外，高聚物中的增塑利、杂质等对介电性能也有很大景响。

介质损耗（dielectric loss ）指的是绝缘材料在电场作用下，由于介质电导和介质极化的滞后效应，在其内部引起的能量损耗。也叫介质损失，简称介损。

介质损耗因数（dielectric loss factor）指的是衡量介质损耗程度的参数。【依据标准】GB/T 16491、GB/T 1040、GB/T 8808、GB/T 13022、GB/T 2790、GB/T 2791、GB/T 2792、GB/T 16825、GB/T 17200、GB/T 3923.1、GB/T 528、GB/T 2611、GB/T 6344、GB/T 20310、GB/T 3690、GB/T 4944、GB/T 3686、GB/T 529、GB/T 6344、GB/T 10654、HG/T 2580、JC/T 777、QB/T 2171、HG/T 2538、CNS 11888、JIS K6854、PSTC-7、ISO 37、AS 1180.2、BS EN 1979、BSEN ISO 1421、BS EN ISO 1798、BS EN ISO 9163、DIN EN ISO 1798、GOST 18299、DIN 53357、ISO 2285、ISO 34-1、ISO 34-2、BS 903、BS 5131、DIN EN 12803、DIN EN 12995、DIN53507-A、DIN53339、ASTM D3574、ASTM D6644、ASTM D5035、ASTM D2061、ASTM D1445、ASTM D2290、ASTM D412、ASTM D3759/D3759M

功能介绍

1.自动停机：试样破坏后，移动横梁自动停止移动（或自动返回初始位置、

2.自动换档：根据试验力大小自动切换到适当的量程，以确保测量数据的准确性

3.条件模块：试验条件和试样原始数据可以建立自己的标准模块的形式存储；方便用户的调用和查看，节省试验时间

4.自动变速：试验过程的位移速度或加载速度可按预先编制、设定的程序自动完成也可手动改变

5.自动程制：根据试验要求，用户可方便的建立自己的试验模板（方法、，便于二次调用，可实现试验加载速度、应力、应变的闭环试验控制

6.自动保存：试验结束，试验数据和曲线计算机自动保存，杜绝因忘记存盘而引起的数据丢失

7.测试过程：试验过程及测量、显示、分析等均由微机完成

8.批量试验：对相同参数的试样，一次设定后可顺次完成一批试验

9.试验软件：中文Windows用户界面，操作简便

10.显示方式：数据与曲线随试验过程动态显示

11.曲线遍历：试验完成后，可对曲线进行放大再分析，用鼠标查到试验曲线上各点对应的数据

12.试验报告：可根据用户要求进行编辑打印

13.限位保护：具有程控和机械两级限位保护

14.过载保护：当负荷超过额定值3～5%时，自动停机

15.报告显示：自动和人工两种模式求取各种试验结果，自动形成报表，使数据分析过程变的简单，便于用户

16.添加试验方法：用户可跟据试验要求，添加试验方法

软件说明

a.软件系统：中英文Windows2000/XP/Win7平台下软件包

b.自动储存：试验条件、试验结果、计算参数、标距位置自动储存。

c.自动返回：试验结束后，试验机横梁会自动返回到试验初始位置。

d.连续试验：一批试验参数设定完成后，可连续进行测试。

e.多种曲线：同一图形上可显示多种不同的曲线：荷重--位移、荷重-时间、位移--时间、应力—应变、荷重—两点延伸等到多种曲线。

f.曲线对比：同组试样的曲线可在同一张图上叠加对比。

g.报告编辑：可按用户要求输出不同的报告形式。

h.动态显示：测试过程中，负荷、伸长、位移及选中的试验曲线随着测试的进行，实时动态显示在主控屏幕上。

i.自动变标：试验中负荷、伸长等曲线坐标，如果选择不当，可根据实测值的大小，自动变换座标。保证在任何情况下 曲线以大的形式显示在屏幕上。

j.峰值保持：在测试的整个过程中，测试项目的大值始终随着试验的进行，在屏幕窗口上显示。

k.执行标准：满足GB、ISO、JIS、ASTM、DIN等多种试验方法和标准。

7,3 测 jft

电气测量按本标准或所使用的仪器(电桥)制造商推荐的标准及相应的方法进行，

在1 MHz或更高频率下，必须减小接线的电感对测量结果的影响.此时，可采用同轴接线系统(见 图1所示)，当用变电抗法测量时，应提供一个固定微调电容器。

8结果 8. 1相对电容率旳

试样加有保护电极时其相对电容率勺可按公式(1)计算，没有保护电极时试样的被测电容C；包括 了一个微小的边缘电容其相对电容率为：

£ C’X — G

式中：

相对电容率；

没有保护电极时试样的电容；

G——边缘电容；

Co——法向极间电容；

G和G能从表1计算得来。

必要时应对试样的对地电容、开关触头之间的电容及等值串联和并联电容之间的差值进行校正。 测微计电极间或不接触电极间被测试样的相对电容率可按表2、表3中相应的公式计算得来。

8.2介质损耗因数tanS

介质损耗因数也海按照所用的测量装置给定的公式，根据测出的数值来计算。

8.3精度要求

在第5章和附录A中所规定的精度是：电容率精度为±1%,介质损耗因数的精度为士(5% 士 0.000 5)。这些精度至少取决于三个因素：即电容和介质损耗因数的实测精度；所用电极装置引起的这 些量的校正精度w极间法向真空电容的计算精度(见表1).

在较低频率下，电容的测量精度能达士(0. 1%±0.02 pF),介质损耗因数的测量精度能达±(2%士 0. 000 05) o在较高频率下，其误差增大，电容的测量精度为±(0.5%±0・1 pF),介质损耗因数的测量 精度为士(2%±0. 000 2)o

对于带有保护电极的试样，其测量精度只考虑极间法向真空电容时有计算误差。但由被保护电极 和保护电极之间的间隙太宽而引起的误差通常大到百分之零点几，而校正只能计算到其本身值的百分 乏几。如果试样厚度的测量能精确到土0.005 mm,则对平均厚度为1. 6 mm的试样，其厚度测量误差 能达到百分之零点几。圆形试样的直径能测定到士 0」％的精度，但它是以平方的形式引入误差的，综 合这些因素，极间法向真空电容的测量误差为±0. 5%。

对表面加有电极的试样的电容，若采用测微计电极测量时，只要试样直径比测微计电极足够小，则 只需要进行极间法向电容的修正。采用其他的一些方法来测量两电极试样时，边缘电容和对地电容的 计算将带来一些误差，因为它们的误差都可达到试样电容的2%〜40%。根据目前有关这些电容资料, 计算边缘电容的误差为10%,计算对地电容的误差为25%。因此带来总的误差是百分之几十到百分之 几。当电极不接地时,对地电容误差可大大减小。

采用测微计电极时，数量级是0.03的介质损耗因数可测到真值的士0. 000 3,数量级0. 000 2的介

质损耗因数可测到真值的士0, 000 05o介质损耗因数的范围通常是0.000 1^0. 1,但也可扩展到0. 1 以上。频率在10 MHz和20 MHz之间时，有可能检测出0. 000 02的介质损耗因数‘ 1〜5的相对电容 率可测到其真值的±2%,该精度不仅受到计算极间法向真空电容测量精度的限制，也受到测微计电极 系统误差的限制。

9试验报告

试验报告中应给出下列相关内容：

绝缘材料的型号名称及种类、供货形式、取样方法、试样的形状及尺寸和取样日期（并注明试样厚度 和试样在与电极接触的表面进行处理的情况）；

试样条件处理的方法和处理时间；

电极装置类型，若有加在试样上的电极应注明其类型；

测量仪器；

试验时的温度和相对湿度以及试样的温度；

施加的电压；

施加的频率；

相对电容率&（平均值）亍

介质损耗因数也海（平均值

试验日期；

介电常数和介质损耗测试仪

本标准修改采用IEC 60250： 1969«测量电气绝缘材料在工频、音频、高频（包括米波波长在内）下电 容率和介质损耗因数的推荐方法》（英文版）。

本标准根据IEC 60250:1969重新起草。在附录B中列出了本标准章条编号与IEC 60250:1969章 条编号的对照一览表。

考虑到我国国情，在采用IEC 60250:1969时，本标准做了一些修改。有关技术性差异已编入正文 中并在它们所涉及的条款的页边空白处用垂直单线标识。

为便于使用，本标准做了下列编辑性修改：

a） 删除国际标准的目次和前言,

b） 用小数点'、代替作为小数点的逗号

c） 弓|用的 IEC 60247 , ^Measurement of relative permittivity» dielectric dissipation factor and d. c. resistivity of insulating liquids”即“液体绝缘材料相对电容率、介质损耗因数和直流电阻 率的测量''代替uRecommended Test cells for Measuring the Resistivity of Insulating Liquids and Methods of cleaning the cells”即“测量绝缘液体电阻率的试验池及清洗试验池的推荐 方法七

d） 用V代替

e） 增加了“术语七

f） 增加公式中符号说明；

g） 图按 GB/T 1. 1-2000 标注。

本标准与GB/T 1409 -1988的相比，主要变化如下：

1） 增加“规范性引用文件”（本标准第2章）；

2） 增加“电介质用途”（本标准41）；

3） 删去导电橡皮；

4） 增加“石墨”（本标准5. 1.3）；

5） 增加“液体绝缘材料”（本标准5. 2）o

本标准代替GB/T 1409-1988（（固体绝缘材料在工频、音频、高频（包括米波长在内）下相对介电常 数和介质损耗因数的试验方法》。

本标准的附录A、附录B为资料性附录。

本标准由中国电器工业协会提出。

本标准由全国绝缘材料标准化技术委员会归口。

本标准起草单位：桂林电器科学研究所。

本标准主要起草人：王先锋、谷晓丽。

本标准所代替标准的历次版本发布情况为：

一-GB/T 1409- 1978；

GB/T 1409—1988 o