介電常數測試儀的特點(diǎn)

 介電常數測試儀實(shí)驗報告 

實(shí)驗題目:    簡(jiǎn)易介電常數測試儀的設計與制作

實(shí)驗目的: 了解多種測量介電常數的方法及其特點(diǎn)和適用范圍，掌握替代法，比較法和諧振法測固體電介質(zhì)介電常數的原理和方法，用自己設計與制作的介電常數測試儀，測量壓電陶瓷的介電常數。

實(shí)驗原理:

介電體（又稱(chēng)電介質(zhì)）zui基本的物理性質(zhì)是它的介電性，對介電性的研究不但在電介質(zhì)材料的應用上具有重要意義，而且也是了解電介質(zhì)的分子結構和激化機理的重要分析手段之一，探索高介電常數的電介質(zhì)材料，對電子工業(yè)元器件的小型化有著(zhù)重要的意義。介電常數（又稱(chēng)電容率）是反映材料特性的重要參量，電介質(zhì)極化能力越強，其介電常數就越大。測量介電常數的方法很多，常用的有比較法，替代法，電橋法，諧振法，表法，直流測量法和微波測量法等。各種方法各有特點(diǎn)和適用范圍，因而要根據材料的性能，樣品的形狀和尺寸大小及所需測量的頻率范圍等選擇適當的測量方法。

介質(zhì)材料的介電常數一般采用相對介電常數來(lái)表示，通常采用測量樣品的電容量，經(jīng)過(guò)計算求出，它們滿(mǎn)足如下關(guān)系：

式中為介電常數，為真空介電常數，，為樣品的有效面積，為樣品的厚度，為被測樣品的電容量，通常取頻率為時(shí)的電容量。

一、替代法

替代法電路圖如下所示，將待測電容（圖中是待測電容的介電損耗電阻），限流電阻 (取)、安培計與信號源組成一簡(jiǎn)單串聯(lián)電路。合上開(kāi)關(guān)，調節信號源的頻率和電壓及限流電阻，使安培計的讀數在毫安范圍恒定（并保持儀器zui高的有效位數），記錄讀數。將開(kāi)關(guān)打到點(diǎn)，讓標準電容箱和交流電阻箱替代,調節和值，使接近。多次變換開(kāi)關(guān)的位置(, 位)，反復調節和，使。假定上的介電損耗電阻與標準電容箱的介電損耗電阻相接近（），則有。

二、比較法

比較法的電路圖如下所示，假定上的與接近（），則測量和上的電壓比即可求得：

（此時(shí)可以不等于）

三、諧振法

諧振法測量電容的原理圖如下，由已知電感（取），電阻（取）和待測電容組成振蕩電路，改變信號源頻率使回路諧振，伏特計上指示zui大，則電容可由下式求出：

式中為頻率，為已知電感，為待測電容。

諧振替代法電路如圖所示，將電感器的一端與待測電容串聯(lián)，調節頻率使電路達到諧振，此時(shí)電容上的電壓達到極大值，固定頻率，用標準電容箱代替，調節使電路達到諧振，電容上的電壓再次達到極大值，此時(shí)。

四、電橋法

對于有損耗的電容器，在其固有電感可以忽略不計的條件下，可用串聯(lián)等效電路或并聯(lián)等效電路來(lái)表示，如圖所示。有損耗的電容器的介質(zhì)損耗在串聯(lián)等效電路中為；在并聯(lián)等效電路中為，故只要測量出待測樣品的電容量和等效電阻R，便可測量出樣品的介電常數ε_r和介電損耗tan δ的數值。     

電橋的種類(lèi)很多，主要有臂比電橋、臂乘電橋、變壓器比臂電橋、差動(dòng)電橋等，現僅舉單邊變壓器比例臂電橋為例，參考電路如圖2.2.6-6所示。甸橋平衡時(shí)，平衡指使器為0，流過(guò)繞組N₁，N₂，及被測阻抗Z_x和標準阻抗Z_s的電流都相等，繞組N₁上的感應電動(dòng)勢E₁必會(huì )與被測阻抗Z_x上的壓降平衡，同樣繞組N₂上的感應電動(dòng)勢E₂必會(huì )與標準阻抗Z_s上的壓降平衡，故有

因  故  設

Z_x等效為R_x和C_x的串聯(lián)電路      

令等式兩邊實(shí)部和虛部分別相等，則有

實(shí)驗儀器：

信號源一臺，多用表一塊，電容箱一個(gè)，交流電阻箱一個(gè)，壓電陶瓷一個(gè)，電感器一個(gè)，導線(xiàn)若干，黃銅片二片，泡沫塑料一塊。

實(shí)驗內容：

1.據所給儀器、元件和用具、采用替代法易的介電常數測試儀，測量壓電陶瓷的介電常數ε_r。

2.用比較法設計一臺簡(jiǎn)易的介電常數測試儀，測量壓電陶瓷的介電常數ε_r。

3.用諧振法和諧振替代法設計一臺簡(jiǎn)易的介電常數測試儀，測量壓電陶瓷的介電常數ε_r。諧振替代法，每個(gè)直接測量量各測6次，并做誤差分析

數據處理:

壓電陶瓷:

1.替代法:

2.比較法:

3.諧振法:

4.諧振替代法:

∵測量精度與電感L和信號源頻率f的測量精度無(wú)關(guān)，只取決于標準電容箱C_s的精度,而該電阻箱準確度為

實(shí)驗分析：

1.當實(shí)驗室無(wú)測量電容的儀器，但有標準可變電容箱或標準可變電容器時(shí)，可采用替代法設計一簡(jiǎn)易的電容測試儀來(lái)測量電容。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是對儀器的要求不高，由于引線(xiàn)參數可以抵消，故測量精度只取決于標準可變電容箱或標準可變電容器讀數的精度。若待測電容與標準可變電容的損耗相差不大，則該方法具有較高的測量精度。

2.當較小時(shí)，用替代法測量，標準可變電容箱的有效位數損失太大，可采用比較法。此時(shí)電路引入的參量少，測量精度與標準電容箱的精度密切相關(guān)，考慮到和均是十進(jìn)制旋鈕調節，故無(wú)法真正調到，所以用比較法只能部分修正電壓差帶來(lái)的誤差。

3.使用諧振替代法測量時(shí),若較小，線(xiàn)圈和引線(xiàn)的分布電容，伏特計的輸入電容等都對測量結構有影響，信號源頻率的波動(dòng)和讀數精度都將對測量結果有很大的影響，若不采取其他措施，將導致式計算的電容產(chǎn)生很大誤差，而且越小，測量誤差越大。

4.諧振替代法的特點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單、測量方便、測量精度與電感L和信號源頻率f的測量精度無(wú)關(guān)，只取決于標準電容箱的精度，在保證線(xiàn)路狀態(tài)不變的情況下，可消除分布電容和雜散電容的影響。

綜上所述,當所需精度不高,并且實(shí)驗條件有限的情況下,用替代法測量,而當較小,對測量的精度要求就比較高,此時(shí)替代法和比較法,誤差都較大,相對而言諧振法和諧振替代法的度更高.

標簽：

介電常數測試儀

介電常數介質(zhì)損耗測試儀

介質(zhì)損耗因數測試儀