介電常數(shù)怎么測(cè)試_介電常數(shù)測(cè)試方法

　　介電常數(shù)描述的是材料與電場(chǎng)之間的相互作用。介電常數(shù) （K*）等于復(fù)數(shù)相對(duì)介電常數(shù)（ε*r），或復(fù)數(shù)介電常數(shù)（ε*）與真空介電常數(shù)（ε0）的比值。復(fù)數(shù)相對(duì)介電常數(shù)的實(shí)部（ε‘r） 表示外部電場(chǎng)有多少電能儲(chǔ)存到材料中；對(duì)于絕大多數(shù)固體和液體來(lái)說(shuō)，ε’r〉1。

　　復(fù)數(shù)相對(duì)介電常數(shù)的虛部（ε“r） 稱為損耗系數(shù)，表示材料中儲(chǔ)存的電能有多少消耗或損失到外電場(chǎng)中。ε”r始終〉0，且通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于ε‘r。損耗系數(shù)同時(shí)包括介電材料損耗和電導(dǎo)率的效應(yīng)。

　　如果用簡(jiǎn)單的矢量圖表示復(fù)數(shù)介電常數(shù)，那么實(shí)部和虛部的相位將會(huì)相差90°。其矢量和與實(shí)軸（ε’r）形成夾角δ。通常使用這個(gè)角度的正切值tanδ或損耗角正切來(lái)表示材料的相對(duì)“損耗”。

　　使用平行板法測(cè)量介電常數(shù)

　　當(dāng)使用阻抗測(cè)量?jī)x器測(cè)量介電常數(shù)時(shí)，通常采用平行板法。

　　平行板法在ASTM D150標(biāo)準(zhǔn)中又稱為三端子法，其原理是通過(guò)在兩個(gè)電極之間插入一個(gè)材料或液體薄片組成一個(gè)電容器，然后測(cè)量其電容，根據(jù)測(cè)量結(jié)果計(jì)算介電常數(shù)。在實(shí)際測(cè)試裝置中，兩個(gè)電極配備在夾持介電材料的測(cè)試夾具上。阻抗測(cè)量?jī)x器將測(cè)量電容（C）和耗散（D）的矢量分量，然后由軟件程序計(jì)算出介電常數(shù)和損耗角正切。

　　當(dāng)簡(jiǎn)單地測(cè)量?jī)蓚€(gè)電極之間的介電材料時(shí)，在電極邊緣會(huì)產(chǎn)生雜散電容或邊緣電容，從而使得測(cè)得的介電材料電容值比實(shí)際值大。邊緣電容會(huì)導(dǎo)致電流流經(jīng)介電材料和邊緣電容器，從而產(chǎn)生測(cè)量誤差。

　　使用保護(hù)電極，可以消除邊緣電容所導(dǎo)致的測(cè)量誤差。保護(hù)電極會(huì)吸收邊緣的電場(chǎng)，所以在電極之間測(cè)得的電容只是由流經(jīng)介電材料的電流形成，這樣便可以獲得準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。當(dāng)結(jié)合使用主電極和保護(hù)電極時(shí)，主電極稱為被保護(hù)電極。

　　接觸電極法

　　這種方法通過(guò)測(cè)量與被測(cè)材料（MUT）直接接觸的電極的電容來(lái)推導(dǎo)出介電常數(shù)。

　　介電常數(shù)和損耗角正切通過(guò)以下公式 計(jì)算：

　　其中Cp： MUT的等效平行電容 ［F］

　　D： 耗散系數(shù) （測(cè)量值）

　　tm： MUT 的平均厚度 ［m］

　　A： 被保護(hù)電極的表面積 ［m2］

　　d： 被保護(hù)電極的直徑 ［m］

　　ε0： 自由空間的介電常數(shù) =8.854 x 10-12 ［F/m］

　　接觸電極法不需要制備任何材料，而且測(cè)量操作非常簡(jiǎn)單，因此得到最廣泛的使用。不過(guò)在用這種方法進(jìn)行測(cè)量時(shí)，如果沒有考慮到空氣間隙及其影響，那么可能會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的測(cè)量誤差。

　　當(dāng)電極直接接觸 MUT 時(shí)，MUT 與電極之間會(huì)形成一個(gè)空氣間隙。無(wú)論 MUT 兩面組成得多么平坦和平行，都不可避免會(huì)產(chǎn)生空氣間隙。這個(gè)空氣間隙會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)誤差，因?yàn)闇y(cè)量的電容實(shí)際上是介電材料與空氣間隙串聯(lián)結(jié)構(gòu)的電容。

　　通過(guò)用薄膜電極接觸介電材料的表面，可以減小空氣間隙的影響。雖然需要進(jìn)行額外的材料制備 （制作薄膜電極），但可以實(shí)現(xiàn)最準(zhǔn)確的測(cè)量。

　　非接觸電極法

　　非接觸電極法從概念上來(lái)說(shuō)融合了接觸電極法的優(yōu)勢(shì)，并避免了其缺點(diǎn)。它不需要薄膜電極，但仍可解決空氣間隙效應(yīng)。根據(jù)在有 MUT 和沒有 MUT 時(shí)獲得的兩個(gè)電容測(cè)量結(jié)果推導(dǎo)出介電常數(shù)。

　　理論上，電極間隙 （tg）應(yīng)比 MUT的厚度 （tm） 略微小一點(diǎn)。換句話說(shuō)，空氣間隙（tg-tm） 應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于 MUT 的厚度（tm）。要想正確執(zhí)行測(cè)量，必須滿足這些要求。最少要進(jìn)行兩次電容測(cè)量，以便使用測(cè)量結(jié)果計(jì)算介電常數(shù)。

　　其中Cs1： 未插入 MUT 時(shí)的電容 ［F］

　　Cs2： 插入 MUT 時(shí)的電容 ［F］

　　D1： 未插入 MUT 時(shí)的耗散系數(shù)

　　D2： 插入 MUT 時(shí)的耗散系數(shù)

　　tg ： 被保護(hù)/保護(hù)電極與未被保護(hù)電極之間的間隙 ［m］

　　tm： MUT 的平均厚度 ［m］

　　如果需要測(cè)量固體材料的介電常數(shù)，比如陶瓷材料。需要使用介電溫譜儀測(cè)量。三琦介電溫譜儀中的測(cè)試夾具依據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ASTM D150方法設(shè)計(jì)，采用平行板電極原理，測(cè)試電極由上下電極+保護(hù)電極組成。上下電極具有良好的同心度和平行度，保護(hù)電極可減少周圍空氣電容的影響，使得測(cè)試數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確可靠。

　　因此，在測(cè)量前，需制備好樣品。為了確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，樣品制備需要遵循以下幾點(diǎn)：

　　1、樣品大?。褐睆?-40mm（電極直徑為26.8mm），厚度小于8mm;

　　2、樣品形狀制備為圓盤樣品，兩面鍍上電極；

　　3、樣品表面須平整光滑，才能保證與平行電極接觸良好。否則，測(cè)出的電容值因?yàn)榇嬖诮佑|間隙而導(dǎo)致測(cè)試的值有誤差，影響測(cè)試結(jié)果。

　　最后，使用介電溫譜儀自動(dòng)完成材料的高溫介電常數(shù)測(cè)量。其測(cè)量軟件可同時(shí)測(cè)量及輸出頻率譜、電壓譜、偏壓譜、溫度譜、介電溫譜數(shù)據(jù)。支持TXT、Excel、Bmp格式導(dǎo)出。