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介電常數(shù)測試儀的選擇及交流損耗測量方法

頻率范圍——電容和交流損耗測量方法可分成三種:零值法,共振法和偏轉(zhuǎn)法。任何特殊場合的某一方法選擇將主要取決于工作頻率。當(dāng)頻率范圍為從小于1Hz直到幾兆赫茲時,可以使用許多形式的電阻或電感比值臂電容橋。當(dāng)頻率低于1Hz時,要求采用特殊的方法和儀器。在500kHz~30MHz的較高頻率下,可使用平行T形網(wǎng)絡(luò),因為它們采用了共振電路的一些特征。而當(dāng)頻率從500kHz到幾百兆赫茲時,可使用共振法。偏轉(zhuǎn)法只能在從25到60Hz的電源線頻率下使用,使用時采用商用指示儀表,此時可以很容易獲得要求的較高電壓。

直接和替代方法——在任何直接法中,電容和交流損耗值采用該方法所用所有電路元件形式來表示,因此受到所有誤差的影響。通過替代方法可以獲得更加大的精度,在此方法中可采用連接和斷開的未知電容器進(jìn)行讀數(shù)。在這些不能改變的電路元件中的誤差通??梢耘懦?;然而,仍然保留了連接誤差。

兩終端和三終端測量——兩終端和三終端測量選擇通常是在精度和便利性之間作出一個選擇。在電介質(zhì)樣本上使用一個保護(hù)電極時,則幾乎可排除邊緣和接地電容的影響。規(guī)定采用一個保護(hù)終端,則可排除電路元件引入的一些誤差。在另一方面,補(bǔ)充的電流元件和護(hù)罩通常要求提供相當(dāng)多的保護(hù)終端到測量設(shè)備上,這可能增加好幾倍的調(diào)節(jié)次數(shù)來獲得要求的較后結(jié)果。電阻比值臂電容橋用保護(hù)電路很少被用于1MHz以上的頻率。電導(dǎo)比值臂橋提供了一個保護(hù)終端,而不要求額外的電路或調(diào)節(jié)。平行T形網(wǎng)絡(luò)和共振電路不提供保護(hù)電路。

介電常數(shù)測試儀

在偏轉(zhuǎn)方法中,可以僅僅通過額外護(hù)罩來提供一個保護(hù)。一個兩終端測微計電極系統(tǒng)的使用提供了許多三終端測量的優(yōu)點(diǎn),即幾乎排除了邊緣和接地電容的影響,但是可能增加觀測或平衡調(diào)節(jié)的次數(shù)。其使用也可以排除在較高頻率下連接導(dǎo)線的串聯(lián)電感和電阻導(dǎo)致的誤差,其可以在整個頻率范圍內(nèi)使用,直至幾百兆赫茲。當(dāng)使用一個保護(hù)時,存在耗散因子測量值將小于真實值的可能性。這可能是由于在測量電路保護(hù)點(diǎn)和保護(hù)電極之間的任何點(diǎn)位置的保護(hù)電路的電阻導(dǎo)致的。這還可能來自高接觸電阻,導(dǎo)線電阻,或者來自保護(hù)電極自身的高電阻。

在場合,耗散因子將顯示為負(fù)值。當(dāng)沒有保護(hù)的耗散因子高于由于表面泄漏導(dǎo)致的標(biāo)準(zhǔn)值時,該情況較可能存在。電容耦合到測量電極以及電阻耦合連接到保護(hù)點(diǎn)的任何點(diǎn)可成為困難的來源。常見保護(hù)電阻產(chǎn)生一個與ChClRg成比例的等效負(fù)值耗散因子,其中Ch和Cl為電極保護(hù)電容,Rg為保護(hù)電阻。

液體置換方法——液體置換方法使用時可以采用三終端或自屏蔽兩終端試驗池。采用三終端試驗池,可能直接測定所用液體的電容率。自屏蔽兩終端試驗池提供了三終端試驗池的許多優(yōu)點(diǎn),即幾乎排除了邊緣和接地電容的影響,同時還可以與沒有規(guī)定一個保護(hù)的測量電路一起使用。如果其配有一個完整的測微計電極,在較高頻率下連接導(dǎo)線的串聯(lián)電導(dǎo)電容的影響將可以排除。

精度——所列方法精密考慮了電容率測定精度為±1%,而耗散因子測定精度為±(5% 0.0005)。這些精度取決于至少三個因素:電容和耗散因子觀測的精度,所用電極布置導(dǎo)致的這些參量的修正值的精度以及電極之間真空靜電容計算的精度。在較好的條件以及較低頻率下,電容測量可具有±(0.1% 0.02pF)的精度,而耗散因子可具有±(2% 0.00005)的精度。在較高頻率下,當(dāng)電容達(dá)到±(0.5% 0.1pF),耗散因子達(dá)到±(2% 0.0002)時,這些極限值可能增大。配有一個保護(hù)電極的電介質(zhì)樣本測量只具有電容誤差和電極之間真空靜電容計算的誤差。

受保護(hù)電極和保護(hù)電極之間間隙太寬導(dǎo)致的誤差將通常為幾十個百分比,同時修正值可以計算為幾個百分比。當(dāng)平均厚度為2mm時,樣本厚度測量誤差可為幾十個百分比,此時假設(shè)可以測量至±0.005mm。圓形樣本直徑可以測量至具有±0.1%的精度,但是輸入作為平方值。將這些誤差合并,電極之間真空靜電容可以測量至具有±0.5%的精度。與電極之間靜電容不同的是,采用測微計電極進(jìn)行測量的帶接觸式電極的樣本不需要進(jìn)行修正,假如樣本直徑足夠小于測微計電極直徑的話。當(dāng)兩終端樣本以任何其它方式進(jìn)行測量時,邊緣電容計算和接地電容測定將涉及相當(dāng)大的誤差,因為每一種誤差都可能為2~40%的樣本電容。采用目前的這些電容知識,在計算邊緣電容時,可能的誤差為10%,而在評估接地電容時,其可能的誤差為25%。

因此涉及的總誤差范圍可為幾十分之一的1%到10%或者更大。然而,當(dāng)沒有電極接地時,接地電容誤差降至較小(6.1)。采用測微計電極,0.03階的耗散因子可以測量準(zhǔn)確到±0.0003的真實值,而0.0002階的耗散因子可以測量準(zhǔn)確到±0.00005的真實值。耗散因子范圍通常為0.0001到0.1,但是其也可以超過0.1。在10~20MHz的頻率下,可以推測0.0002階的耗散因子。從2到5的電容率值可以測定準(zhǔn)確到±2%。該精度受到電極之間真空靜電容計算要求測量精度以及測微計電極系統(tǒng)誤差的限制。

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