介電常數測試儀的定義
介電常數測試儀的定義
介電常數描述的是材料與電場之間的相互作用。介電常數 (K*)等于復數相對介電常數(ε*r)，或復數介電常數(ε*)與真空介電常數(ε0)的比值。復數相對介電常數的實部(ε'r) 表示外部電場有多少電能儲存到材料中；對于絕大多數固體和液體來說，ε'r>1。復數相對介電常數的虛部(ε"r) 稱為損耗系數，表示材料中儲存的電能有多少消耗或損失到外電場中。ε"r始終>0，且通常遠遠小于ε'r。損耗系數同時包括介電材料損耗和電導率的效應。
如果用簡單的矢量圖表示復數介電常數，那么實部和虛部的相位將會相差90°。其矢量和與實軸(ε'r)形成夾角δ。通常使用這個角度的正切值tanδ或損耗角正切來表示材料的相對“損耗”。
使用平行板法測量介電常數
當使用阻抗測量儀器測量介電常數時，通常采用平行板法
平行板法在ASTM D150標準中又稱為三端子法，其原理是通過在兩個電極之間插入一個材料或液體薄片組成一個電容器，然后測量其電容，根據測量結果計算介電常數。在實際測試裝置中，兩個電極配備在夾持介電材料的測試夾具上。阻抗測量儀器將測量電容(C)和耗散(D)的矢量分量，然后由軟件程序計算出介電常數和損耗角正切。
當簡單地測量兩個電極之間的介電材料時，在電極邊緣會產生雜散電容或邊緣電容，從而使得測得的介電材料電容值比實際值大。邊緣電容會導致電流流經介電材料和邊緣電容器，從而產生測量誤差。
使用保護電極，可以消除邊緣電容所導致的測量誤差。保護電極會吸收邊緣的電場，所以在電極之間測得的電容只是由流經介電材料的電流形成，這樣便可以獲得準確的測量結果。當結合使用主電極和保護電極時，主電極稱為被保護電極。
接觸電極法
這種方法通過測量與被測材料（MUT）直接接觸的電極的電容來推導出介電常數。
介電常數和損耗角正切通過以下公式 計算
其中Cp: MUT的等效平行電容 [F]
D: 耗散系數 (測量值)
tm: MUT 的平均厚度 [m]
A: 被保護電極的表面積 [m2]
d: 被保護電極的直徑 [m]
ε0: 自由空間的介電常數 =8.854 x 10-12 [F/m]
接觸電極法不需要制備任何材料，而且測量操作非常簡單，因此得到zui廣泛的使用。不過在用這種方法進行測量時，如果沒有考慮到空氣間隙及其影響，那么可能會產生嚴重的測量誤差。
當電極直接接觸 MUT 時，MUT 與電極之間會形成一個空氣間隙。無論 MUT 兩面組成得多么平坦和平行，都不可避免會產生空氣間隙。這個空氣間隙會導致測量結果出現誤差，因為測量的電容實際上是介電材料與空氣間隙串聯結構的電容。
通過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。雖然需要進行額外的材料制備 (制作薄膜電極)，但可以實現zui準確的測量。
※非接觸電極法
非接觸電極法從概念上來說融合了接觸電極法的優勢，并避免了其缺點。它不需要薄膜電極，但仍可解決空氣間隙效應。根據在有 MUT 和沒有 MUT 時獲得的兩
理論上，電極間隙 (tg)應比 MUT的厚度 (tm) 略微小一點。換句話說，空氣間隙(tg-tm) 應遠遠小于 MUT 的厚度(tm)。要想正確執行測量，必須滿足這些要求。zui少要進行兩次電容測量，以便使用測量結果計算介電常數。
平行板測量法的比較
方法： 接觸電極 (不使用薄膜電極) 非接觸電極 接觸電極 (使用薄膜電極)
精度 低 中 高
適用的MUT 具有平滑表面的固體材料 具有平滑表面的固體材料 薄膜電極必須應用到表面
操作 1次測量 2次測量 1次測量
附表一,介質損耗測試系統主要性能參數一覽表 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
BH916測試裝置 | GDAT高頻Q表 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
平板電容極片 | Φ50mm/Φ38mm可選 | 頻率范圍 | 20KHz-60MHz/200KHz-160MHz | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
間距可調范圍 | ≥15mm | 頻率指示誤差 | 3×10-5±1個字 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
夾具插頭間距 | 25mm±0.01mm | 主電容調節范圍 | 30-500/18-220pF | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
測微桿分辨率 | 0.001mm | 主調電容誤差 | <1%或1pF | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
夾具損耗角正切值 | ≦4×10-4 （1MHz) | Q測試范圍 | 2～1023 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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附表二,LKI-1電感組典型測試數據 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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