绝缘材料相对介电常数介质损耗因数测量仪

绝缘材料相对介电常数介质损耗因数测量仪

引用

网易

1.

https://www.163.com/dy/article/JOOU7N27055676MB.html

绝缘材料的介电性能是其在电气工程中应用的关键指标。本文将详细介绍绝缘材料相对介电常数（ε_r）和介质损耗因数（tanδ）的测量方法及关键技术要点，结合国际标准（如IEC 60250、ASTM D150）与工程实践总结，为相关领域的研究和应用提供参考。

核心测量标准与适用范围

IEC 60250

国际通用方法，适用于50Hz~100MHz频率范围，推荐用于绝缘液体、薄膜或固体材料的工频/高频性能评估。

ASTM D150

适用于低频至射频（<3GHz），特别强调电极配置和环境控制要求。

关键测量技术与设备选型

1. 电桥法（低频~1MHz）

适用场景：工频（50/60Hz）变压器油、电缆绝缘材料等低频损耗分析。
核心设备：西林电桥（Schering Bridge）、LCR表。
优势：高精度（tanδ达±0.0001）、适合低损耗材料。

2. 谐振法（1MHz~1GHz）

适用场景：高频电容器介质、PCB基材等的高频特性测试。
技术分类：平行板谐振器法、同轴腔法。
优势：适用于宽频带连续扫描，减少边缘效应误差。

3. 传输线法（≥1GHz）

适用场景：5G通信材料、微波基板的超高频介电性能分析。
设备要求：矢量网络分析仪（VNA）、专用探头（如开放式同轴探头）。
关键参数：需校准S11反射系数，计算复介电常数。

标准化操作步骤（以ASTM D150为例）

1. 试样制备

• 材料厚度均匀（±2%），表面平整无污染。
• 采用溅射金电极或导电银胶，避免接触阻抗干扰。

2. 环境控制

• 恒温23±1℃，湿度<40%RH，避免极化效应误差。

3. 校准流程

• 空载校准：消除夹具寄生电容/电感。
• 短路校准：消除残余电阻影响。

4. 数据测量

• 频率步进扫描（至少5个频点验证频响特性）。
• 记录电容值（C）和损耗角正切（tanδ），通过公式计算ε_r：
  $$ ε_r = \frac{C_{\text{实测}}}{C_{\text{真空}}} $$

误差控制与关键注意事项

1. 边缘效应修正

• 使用保护环电极（Guard Ring）消除电场边缘畸变（精度提升20%~30%）。

2. 温升影响

• 高频测量时材料自发热显著，需外置温控模块（如帕尔贴制冷片）。

3. 湿度敏感性材料处理

• 测试前真空干燥48小时，测量中通氮气隔绝水汽。

4. 仪器误差规避

• 确保仪器输入阻抗远大于样本阻抗（通常需≥1GΩ）。

行业应用案例

• 电力变压器油检测：50Hz下监测tanδ值，若偏差≥0.005则判定油质老化。
• 5G高频PCB板材筛选：10GHz下要求ε_r波动<±0.05，tanδ<0.002。

参考资料

• IEC 60250 Recommended methods for the determination of the permittivity and dielectric dissipation factor
• ASTM D150-18 Standard Test Method for AC Loss Characteristics and Permittivity of Solid Electrical Insulation
• IEEE 286-2000 Guide for Measurements of Power-Frequency Dielectric Properties

如需具体测试方案设计或仪器选型建议，可进一步提供应用场景和技术指标（如频率范围、精度要求等）。