介电常数测量技术在民用,工业以及军事等各个领域应用广泛。本文主要对介电常数测量的常用方法进行了综合论述。首先对国家标准进行了对比总结;然后分别论述了几种常用测量方法的基本原理、适用范围、优缺点及发展近况;后对几种测量方法进行了对比总结,得出结论。介电常数是物体的重要物理性质,对介电常数的研究有重要的理论和应用意义。电气工程中的电介质问题、电磁兼容问题、生物医学、微波、电子技术食品加工和地质勘探中,无一不利用到物质的电磁特性,对介电常数的测量提出了要求。目前对介电常数测量方法的应用可以说是遍及民用、工业、国防的各个领域在食品加工行业当中,储藏、加工、灭菌、分级及质检等方面都广泛采用了介电常数的测量技术。例如,通过测量介电常数的大小,新鲜果蔬品质、含水率、发酵和干燥过程中的一些指标都得到间接体现,此外,根据食品的介电常数、含水率确定杀菌时间和功率密度等工艺参数也是重要的应用之一[1]。在路基压实质量检测和评价中,如果利用常规的方法,尽管测量结果比较准确,但工作量大、周期长、速度慢且对路面造成破坏。由于土体的含水量、温度及密度都会对其介电特性产生不同程度的影响,因此可以采用雷达对整个区域进行测试以反算出介电常数的数值,通过分析介电性得到路基的密度及压实度等参数,达到快速测量路基的密度及压实度的目的[2]。此外,复介电常数测量技术还在水土污染的监测中得到了应用[3]。并且还可通过对岩石介电常数的测量对地震进行预报[4]。上面说的是介电常数测量在民用方面的部分应用,其在工业上也有重要的应用。典型的例子有低介电常数材料在超大规模集成电路工艺中的应用以及高介电常数材料在半导体储存器件中的应用。在集成电路工艺中,随着晶体管密度的不断增加和线宽的不断减小,互联中电容和电阻的寄生效应不断增大,传统的绝缘材料二氧化硅被低介电常数材料所代替是必然的。目前Applied Materials 的BlackDiamond 作为低介电常数材料,已经应用于集成电路的商业化生产[5]。在半导体储存器件中,利用高介电常数材料能够解决半导体器件尺寸缩小而导致的栅氧层厚度极限的问题,同时具备特殊的物理特性,可以实现具有特殊性能的新器件[6]。在军事方面,介电常数测量技术也广泛应用于雷达和各种特殊材料的制造与检测当中。对介电常数测量技术的应用可以说是不胜枚举。介电常数的测量技术已经广泛应用于民用、工业和国防各个领域,并且有发展的空间和必要性。我们对测量介电常数的方法进行总结,能更清晰的认识测量方法的现状,为某些应用提供一种可能适合的方法,是有一定理论和工程应用意义的。
工作特性
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 25kHz~10MHz 固有误差≤5%±满度值的2% 工作误差≤7%±满度值的2%
频率范围 10MHz~60MHz 固有误差 ≤6%±满度值的2% 工作误差≤8%±满度值的2%
电感测量范围 14.5nH~8.14H
直接测量范围 1-460P 主电容调节范围 40~500pF 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使用方法。
信号源频率覆盖范围
频率范围 10kHz~70MHz
CH1 10~99.9999kHz CH2 100~999.999kHz CH3 1~9.99999MHz CH4 10~70MHz 频率指示误差3×10-5±1个字
5.Q合格指示预置功能:预置范围:5~1000
6.Q表正常工作条件
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:(宽×高×深)mm:380×132×280。
介质损耗和介电常数是各种电瓷、装置瓷、电容器等陶瓷,还有复合材料等的一项重要的物理性质;
通过测定介质损耗角正切tanδ及介电常数(ε),可进一步了解影响介质损耗和介电常数的各种因素,为提高材料的性能提供依据。
工作原理
介电常数测试仪采用高频谐振法,并提供了通用、多用途、多量程的阻抗测试。
它以单片计算机控制仪器,测量核心采用了频率数字锁定、标准频率测试点自动设定、谐振点自动搜索、Q值量程自动转换、数值显示等新技术,改进了调谐回路;
使得调谐测试回路的残余电感减至zui低,并保留了原Q表中自动稳幅等技术,使得新仪器在使用时更为方便,测量时更为精确。
仪器能在较高的测试频率条件下,测量高频电感或谐振回路的Q值,电感器的电感量和分布电容量;
电容器的电容量和损耗角正切值,电工材料的高频介质损耗,高频回路有效并联及串联电阻,传输线的特性阻抗等。
用途
介电常数测试仪可以用于科研机关,学校,例如一些科研院所,大专院校或计量测试部门的实验室需要用介电常数测试仪对绝缘材料的介电常数进行测试;
同时也适用于工厂或单位,例如一些工厂对无机非金属新材料性能的应用进行研究,另外在电力、电工、化工等领域;
如:电厂、电业局实验所、变压器厂、电容器厂、绝缘材料厂、炼油厂等单位对固体及液体绝缘材料的介质损耗和相对介电常数ε的质量检测等等。
介电常数测试仪采用计算机控制,通过人机对话方式,完成对绝缘介质的击穿电压强度的测试,工频耐电压击穿强度的测试。
使用说明:
1、试验单位:对材料进行试验检测的单位名称;
2、送试单位:送材料检测的单位名称;
3、试验方式:选择进行“交流试验”或“直流试验”;
4、试验方法:可进行“击穿”,“耐压”,“梯度耐压”试验;
5、试验人员:输入检测人员姓名;
6、试验温度:输入试验温度;
7、试验湿度:输入试验湿度;
8、设备型号:显示机器型号,此处不可变;
9、执行标准:选择所使用的标准;
10、试验介质:选择试验介质,或可以自己编辑写入;
11、电极形状:输入电极形状;
12、电极尺寸:输入电极尺寸;
13、使用量程:选择使用量程,分为10KV、20kV、30kv、50kv、100kv;
14、峰降电压:用于判断材料是否击穿,必须输入项;
15、初始电压:用于耐压和梯度耐压试验,在试验开始时将电压升到的位置;
16、升压速度:选择升压的速度,控制在试验过程中升压的快慢;
17、梯度电压:用于梯度耐压试验,设置每次升压的梯度值;
18、梯度时间:用于梯度耐压试验,设置在相应梯度的耐压时间;
19、终止电压:设置在试验过程中电压的上限值;
20、试样制备:设置试样的制备信息。
介电常数测试仪主要适用于固体绝缘材料如绝缘漆、树脂和胶、浸渍纤维制品、云母及其制品、塑料击穿电压、薄膜电压击穿仪器复合制品、陶瓷和玻璃耐电压击穿强度等介质在工频电压或直流电压下击穿强度和耐电压时间的测试。