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    介电常数一般测量考虑

    发布时间:2022-01-11      点击次数:98

    介电常数一般测量考虑。

    1 边缘现象和杂散电容——这些试验方法是以电极之间的样本电容测量,以及相同电极系统的真空电容(或空气电容,适用于多数实际用途)测量或计算为基础。对于无?;さ牧降缂饬?,要求采用两个测定值来计算电容率,而当存在不期望的边缘现象和杂散电容时(它们将包含在测量读数中),OX[DX[Y4DF`3Z)VDLT2W4NS.png变得相当复杂。对于测量用所放置样本之间的两个无?;て叫邪宓缂『?,边缘现象和杂散电容见图5和图6所述。除了要求的直接电极之间电容Cv之外,在终端a-a'看到的系统包括以下内容:

    U2W)2YF3AH(%75XBV(G.png

     

    5  杂散电容,无?;さ缂?/span>

    K(9YW5H0)0U2_4NMY4G]F`V.png

     

    6  无?;さ缂涞耐肯?/span>

    Ce=边缘现象或边缘电容,

    Cg=每个电极外表面的接地电容,

    CL=连接导线之间的电容,

    CLg=接地导线的电容,

    CLc=导线和电极之间的电容。

    只有要求的电容Cv是与外部环境无关,所有其它电容都在一定程度上取决于其它目标的接近度。有必要在两个可能的测量条件之间进行区分,以确定不期望电容的影响。当一个测量电极接地时,情况经常是这样的,所述的所有电容与要求的Cv并联,除了接地电极的接地电容及其导线之外。如果Cv放入一个试验箱之内,同时试验箱墙壁具有?;ざㄎ?,连接到试验箱的导线也受到?;?,则接地电容可以不再出现,此时在a-a'处的电容看起来只包括CvCe。对于某一给定电极布置,当电介质为空气时,可以计算得出边缘电容Ce,同时该计算值具有适当的精度。当某一样本放置在电极之间时,边缘电容值可能发生变化,此时要求使用一个边缘电容修正值,该修正值可见表1给出的信息。在许多条件下,已经获得了经验性修正值,这些修正值见表1所示(表1适用于薄电极场合,例如箔片)。在日常工作中,当最佳精度不作要求时,很方便使用无屏蔽的两电极系统,同时进行适当的修正。因为面积(同时因此Cv)以直径平方级增大时,然而周长(同时因此Ce)随着直径线性增大时,由于忽略边缘修正导致的电容率百分比误差随着样本直径增大而减小。然而,为进行精确得测量,有必要使用受?;さ牡缂?。

    2 受?;さ缂?/span>——在受?;さ缂咴档谋咴迪窒蠛驮由⒌缛菔导噬峡赏ü黾右桓霭赐?/span>7和图8所示的?;さ缂聪?。如果试验样本和?;さ缂焦鼙;さ缂难由炀嗬胫辽傥?/span>2倍的样本厚度,同时?;ぜ湎斗浅P?,受?;で虻牡绯》植冀氲闭婵瘴缃橹适贝嬖诘姆植枷嗤?,同时这两个静电容的比值为电容率。而且,激活电极之间的电场可以进行定义,真空电容也可以计算得出,其精度只受到尺寸已知的精度的限制。由于这个原因,受?;さ缂ㄈ斩耍┓椒ń糜谧魑俨梅椒?,除非另有协定。图8显示了一种完整受?;ず推帘蔚缂低车耐冀?。尽管?;ねǔ1唤拥?,所示布置允许接地或测量电极,或者没有电极能容纳被使用的特殊三终端测量系统。如果?;そ拥?,或者连接到测量电路中的一个?;ぶ斩松?,测量的电容为两个测量电极之间的静电容,无?;さ缂偷枷叩慕拥氐缛萦胍蟮木驳缛萁胁⒘?。为消除该误差源,采用一个屏障连接到?;ど侠窗薇;さ缂?,如图8所示。除了那些总是不方便或不实际的,且限制频率小于几兆赫兹的?;し椒ㄖ?,已经设计出使用特殊电池和程序的技术,采用两终端测量,精度相当于受?;げ饬克竦玫木?。此处所述方法包括屏蔽测微计电极7.3.2)和液体置换方法(7.3.3)。

    3 样本几何形状——为测定某一材料的电容率和耗散因子,薄板样本。圆柱形样本也可以使用,但是通常具有较低的精度。电容率最大不确定度来源是样本尺寸测定,特别是样本厚度测定。因此,厚度应足够大以允许其测量值具有要求的精度。选择的厚度将取决于样本生产的方法和可能的点到点变化。对于1%精度,厚度为1.5mm(0.06in)通常是足够的,尽管对于较大的精度,要求使用一个较厚的样本。当使用箔片或刚性电极时,另一误差源是电极和样本之间的不可以避免的间隙。对于薄样本,电容率误差可大至25%。类似误差在耗散因子中也会产生,尽管当箔片电极涂覆了一种油脂时,两种误差不可能具有相同的大小。为在薄样本上获得的测量值,使用液体置换方法(6.3.3)。该方法降低了或完全消除了样本的电极需求。厚度必须进行测定,测量时,在电学测量所用的样本区域上进行系统性地分布测量,厚度测量值均匀性应在±1%的平均厚度之内。如果样本整个区域将被电极覆盖,同时如果已知材料密度,可通过称量法来测定平均厚度。样本直径选择应使得能提供一个具有要求精度的样本电容测量值。采用受到良好?;ず驼诒蔚淖爸?,将没有困难测量电容为10pF,分辨率为1/1000的样本。如果将要测试一个低电容率的厚样本,则可能将需要直径大于等于100mm,以获得要求的电容精度。在测量较小值的耗散因子时,关键点是电极的串联电阻应不会有助于产生相当大的扩散因子,同时测量网络没有大电容的电阻应与样本进行并联连接。这些观点的第一点是偏好厚样本;第二点建议大区域的薄样本。测微计电极方法(6.3.2)可用于消除串联电阻的影响。使用一个受?;ぱ竟潭埽ㄍ?/span>8)来将外部电容降至。

    4 真空电容计算——可以计算电容所用的实际形状为平坦平行板和同轴圆筒,电容计算用公式见表1所示。这些公式以测量电极之间的均匀电场,同时在边缘没有边缘现象为基础。以此为基础计算的电容也就是熟知的电极之间静电容。

    1  真空电容和边缘修正值的计算(见8.5

    1:所用符号标识见表2。

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    A ?;ぜ湎兜男拚导铰?/span>X2。

    边缘,接地和间隙修正——1给出的边缘电容计算公式是以发表的论文(4)为基础的经验公式(见8.5)。它们采用皮法拉/厘米周长来表示,因此它们与电极形状无关。目前意识到它们在尺寸上是不准确的,但是它们与其它被提议的公式相比,其更加接近真实的边缘电容。接地电容不能通过目前已知的任何公式来进行计算。当必须对包含接地电容的电容进行测量时,建议使用特殊工装来经验测定该电容值。在两终端装置测量的电容和由样本电容率和尺寸计算的电容之间的差值即为接地电容和边缘电容的相加值。边缘电容可采用表1的某一公式来进行计算。只要保持导线和电极的物理布置,接地电容将保持为恒定的,同时经验测定值可用于修正随后的电容测量值。一个受?;さ缂挠行婊笥谄涫导拭婊?,两者差值大约为1/2的?;ぜ湎睹婊?/span>5,6,18)。因此,圆形电极直径,矩形电极每个尺寸或圆柱形电极长度将以该间隙宽度进行递增。当间隙宽度g与样本厚度t的比值相当大时,受?;さ缂行С叽缭黾又瞪晕⑿∮诩湎犊矶?。该案例计算详情见附录X2所述。

    2  非接触式电极的电容率和耗散因子的计算

    NZ_%9Z_DWHO]LGOB52B.png

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    备注:

    GUARD ELECTRODE:?;さ缂?;

    GUARDED ELECTRODE:受?;さ缂?;

    GUARD GAP:?;ぜ湎?;

    UNGUARDED ELECTRODE:无?;さ缂?。

    7  受?;て叫邪宓缂涞耐肯?/span>

     

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    备注:

    Guard Electrode:?;さ缂?;

    Unguarded Electrode:无?;さ缂?。

    8  固体用三终端电池


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