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液體介電常數(shù)測(cè)試說(shuō)明

更新時(shí)間:2024-03-21瀏覽:1950次

Wayne Kerr Electronics 液體介電常數(shù)測(cè)試

1背景介紹 

電介質(zhì)材料在外加電場(chǎng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生電荷在表面削弱電場(chǎng),原外加電場(chǎng)(真空中)與最終介質(zhì)中電場(chǎng)的比值及為介電常數(shù)。常用的電介質(zhì)材料是絕緣體如:陶瓷、云母、玻璃、塑料、有機(jī)材料等,但有些液體也可以作為較好的電介質(zhì)材料。 液體介質(zhì)的介電常數(shù)對(duì)微波化學(xué)、地球物理、遙感環(huán)境檢測(cè)及食品安全等都有重要的意義。通過(guò)檢測(cè)汽油介電常數(shù)計(jì)算汽油的辛烷值可以確定汽油的質(zhì)量,在對(duì)油田地下層探測(cè)中,可利用介電常數(shù)來(lái)區(qū)分含烴層和含水層,此外實(shí)驗(yàn)證明介電常數(shù)的變化與行車?yán)锍獭?rùn)滑油酸值和鐵含量有良好的關(guān)系,可以利用介電常數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)油性能,在食品安全方面,可以用食用油介電常數(shù)的變化來(lái)判定高溫加熱或長(zhǎng)時(shí)間存放中的質(zhì)量的變化。

2電常數(shù)的定義 

介電常數(shù)描述的是材料與電場(chǎng)之間的相互作用。圖 1 顯示了介電常數(shù)的主要計(jì)算公式。介電常數(shù) K 等于復(fù)數(shù)相對(duì)介電常數(shù) εr? ,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 εr 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),εr> 1。復(fù)數(shù)相對(duì)介電常數(shù)的虛部 εr’’ 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。 εr’’ 始終> 0。損耗系數(shù)同時(shí)包括電材料損耗和電導(dǎo)率的效應(yīng)。 

如果用簡(jiǎn)單的矢量圖 ( 1) 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 (εr) 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?。術(shù)語(yǔ)?損耗?在技術(shù)文獻(xiàn)中又稱為?介電損耗?。

img1 

1相對(duì)復(fù)數(shù)常數(shù)定義 

???=?????=?????0=????′???????′′= ????0 ??? ??′′??0

????????=????′′????′=D D:損耗系數(shù) 

???:介電常數(shù) 

??0:自由空間介電常數(shù) 

3 用平行板法測(cè)量介電常數(shù) 

當(dāng)使用阻抗分析儀測(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3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,(: 在本文以下部分中,被測(cè)材料無(wú)論是固體還是液體均用 MUT 表示。) 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)。img2

2液體夾具示意圖

 

2接地電極,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)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(guarded electrode)。

WK 6500B 相對(duì)介電常數(shù)測(cè)試

Wayne Kerr 6500B 精密阻抗分析儀,軟件選配有材料測(cè)試軟件(訂購(gòu)代碼 /K),這個(gè)軟件只能安裝在精密阻抗分析儀上,不能安裝在6500P 的高頻LCR 表上。通過(guò)這個(gè)軟件可以更容易的計(jì)算出相對(duì)介電常數(shù)的相關(guān)參數(shù),軟件界面如下:

img3 

介電常數(shù)測(cè)試參數(shù): 

E??? 相對(duì)介電常數(shù)復(fù)數(shù)值 

E??  相對(duì)介電常數(shù)實(shí)部 

E′′r相對(duì)介電常數(shù)虛部 

tan δ損耗因子 D 損耗因子 

img4 

 

 

 

 


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