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ASTM D150介电常数测试方法—北京冠测精电

  ASTM D150介电常数测试方式

  

ASTM D150介电常数测试方法—北京冠测精电

  ASTM D150介电常数测试方式

  ASTMD150-11

  实心电绝缘材料的交流损耗特征和

  电容率(介电常数)的尺度试验方式1

  本尺度是以固定代号D150发布的。厥后的数字表现原文本正式过程的年号;在有修订的环境下,为上一次的修订年号;圆括号中数字为上一次从头确认的年号。上标符号(ε)暗示对前次点窜或从新确定的版本有编纂上的点窜。

  本尺度经核准用于国防部所有机构。

  介电常数介质损耗测试仪1.局限

  1.1 本试验方式包含当所用尺度为集成阻抗时,实心电绝缘材料样本的相对电容率,耗散因子,损耗指数,功率因子,相位角和损耗角的测定。列出的频率规模从小于1Hz到几百兆赫兹。

  注1:在遍及的用法,“相对”一词经常是指下降值。

  1.2 这些试验方式供应了各类电极,装配和测量手艺的通用信息。读者如对某一特定材料相关的议题感乐趣的话,必需查阅ASTM尺度或直接适用于被测试材料的其它文件。2,3

  1.3本尺度并没有完全列举所有的平安声明,若是有需要,凭据实际使用情形进行斟酌。使用本规范前,使用者有责任拟定合适平安和健康要求的条例和规范,并明确该规范的使用局限。特别危险说明见7.2.6.1和10.2.1。

  1本规范归属于电学和电子绝缘材料ASTM D09委员会管辖,并由电学试验D09.12从属委员分会直接办理。

  当前版本核准于2011年8月1日。2011年8月刊行。原版本在1922年核准。前一最新版本于2004年核准,即为D150-98R04。DOI:10.1520/D0150-11。

  2R. Bartnikas, 第2章, “交流电损耗和电容率测量,” 工程电介质, Vol. IIB, 实心绝缘材料的电学机能, 测量手艺, R. Bartnikas, Editor, STP 926,ASTM, Philadelphia, 1987.

  3R. Bartnikas, 第1章, “固体电介质损耗,” 工程电介质,Vol IIA, 实心绝缘材料的电学机能: 分子构造和电学行为, R. Bartnikas and R. M. Eichorn, Editors, STP 783, ASTM, Philadelphia, 1983.

  介电常数介质损耗测试仪 ASTM D150介电常数测试方式

  2.引用文件

  2.1 ASTM尺度:4

  D374 固体电绝缘材料厚度的尺度试验方式

  D618 试验用塑料调节规程

  D1082 云母耗散因子和电容率(介电常数)试验方式

  D1531 用液体位移法测定相对电容率(介电常数)与耗散因子的试验方式

  D1711 电绝缘相关术语

  D5032 用饱和甘油溶液格局维持恒定相对湿度的规程

  E104 用水溶液连结相对恒定湿度的尺度实施规程

  E197 室温之上和之下试验用罩壳和服役元件规程(1981年打消)5

  介电常数介质损耗测试仪

  3.术语

  3.1 界说:

  3.1.1 这些试验方式所用术语界说以及电绝缘材料相关术语界说见术语尺度D1711。

  3.2 本尺度专用术语界说:

  3.2.1 电容,C,名词——当导体之间存在电势差时,导体和电介质系统答应储存电星散电荷的机能。

  3.2.1.1 商议——电容是指电流电量 q与电位差V之间的比值。电容值老是正值。当电量采用库伦为票据,电位采用伏特为单元单子时,电容票据为法拉,即:

  C=q/V (1)

  3.2.2 耗散因子(D),(损耗角正切),(tanδ),名词——是指损耗指数(K'')与相对电容率(K')之间的比值,它还等于其损耗角(δ)的正切值或者其相位角(θ)的余切值(见图1和图2)。

  4相关ASTM尺度,可浏览ASTM网站,www.astm。。org或与ASTM客服service@astm.org关联。ASTM尺度手册卷次信息,可拜见ASTM网站尺度文件汇总。

  5该汗青尺度的最后核准版本参考网站www.astm。。org。

  3.2.2.1 商议——a:

  D=tanδ=cotθ=Xp/Rp=G/ωCp=1/ωCpRp(3)

  式中:

  G=等效交流电导,

  Xp=并联电抗,

  Rp=等效交流并联电阻,

  Cp=并联电容,

  ω=2πf(假设为正弦波外形)

  耗散因子的倒数为品质因子Q,有时成为储能因子。对于串联和并联模型,电容器耗散因子D都是沟通的,按如下示意为:

  D=ωRsCs=1/ωRpCp(4)

  串联和并联部门之间的关系知足以下要求:

  Cp=Cs/(1+D2) (5)

  Rp/Rs=(1+D2)/D2=1+(1/D2)=1+Q2(6)

  

ASTM D150介电常数测试方法—北京冠测精电

  3.2.3 损耗角(缺相角),(δ),名词——该角度的正切值为耗散因子或归正切值K''/K'或者其余切值为相位角。

  3.2.3.1 评论——相位角和损耗角的关系见图1和图2所示。损耗角有时成为缺相角。

  3.2.4 损耗指数,K''(ε''),名词——相对复数电容率虚数部门的巨细;其等于相对电容率和耗散因子的乘积。

  3.2.4.1 商议——a——它或许表现为:

  K''=K' D=功率损耗/(E2×f×体积×常数) (7)

  当功率损耗采用瓦特为单元单子,施加电压采用伏特/厘米为单元单子,频率采用赫兹为单元单子,体积(是指施加了电压的体积)采用立方厘米为单元单子,此时的常数值为5.556×10-13。

  3.2.4.2 评论——b——损耗指数是国际上协定使用的术语。在美国,K''以前成为损耗因子。

  3.2.5 相位角,θ,名词——该角度的余切值为耗散因子,反余切值K''/K',同时也是施加到某一电介质的正弦交流电压与其形成的具有沟通频率的电流分量之间的相位角度差值。

  3.2.5.1 评论——相位角和损耗角之间的关系见图1和图2所示。损耗角有时也

  称为缺相角。

  3.2.6 功率因子,PF,名词——某一材料损耗的功率W(票据为瓦特)与有效正弦电压V和电流I之间乘积(单元单子为伏特-安)的比值。

  3.2.6.1 商议——功率因子能够采用相位角θ的余弦值(或损耗角的正弦值δ)来表现:

  (8)

  当耗散因子小于0.1时,功率因子与耗散因子之间的差值小于0.5%。可从下式找到它们的精确关系:

  (9)

  3.2.7 相对电容率(相对介电常数)(SIC)K'(εr),名词——相对复数电容率的实数部门。它也是采用某一材料作为电介质的某一给定外形电极等效并联电容Cp与采用真空(或空气,适用于多数实际用途)作为电介质的沟通外形电极电容Cv之间的比值。

  K'=Cp/Cv(10)

  3.2.7.1商议——a——在遍及的用法,“相对”一词经常是指下降值。

  3.2.7.2 商议——b——从经验来看,真空在遍地必需采用材料来替代,因为其能显著改变电容。电介质等效电路假设包含一个电容Cp,该电容与电导并联。

  3.2.7.3 评论——c——Cx视为图3所示的等效并联电容Cp。

  3.2.7.4 评论——d——当耗散因子为0.1时,串联电容大于并联电容,可是两者差值小于1%,而当耗散因子为0.03时,两者差值小于0.1%。若是测量电路获得串联部门的成效,在计较批改值和电容率之前,并联电容必需由公式5较量得出。

  3.2.7.5 商议——e——干燥空气在23℃和101.3kPa尺度压力下的电容率为1.000536(1)。6其从整体的背离值K'-1与绝对温度成反比,同时直接与大气压力成正比。当空间在23℃下达到水蒸气饱和时,电容率增加至为0.00025(2,3),同时跟着温度(单元单子为℃)从10到27℃近似发生线性转变。对于局部饱和,增加值与相对湿度成正比。

  介电常数介质损耗测试仪4.试验方式摘要

  4.1 电容和交流电阻测量在一个样本长进行。相对电容率等于样本电容除以(具有不异电极外形)真空电容较量值,同时很大水平上取决于误差源分辨率。耗散因子平日与样本几何外形无关,同时也能够依据测量值较量得出。

  4.2 本方式供应了(1)电极,装配和测量方式选择指南;和(2)若何避免或批改电容误差的指导。

  4.2.1 一样的测量考虑:

  边缘现象和杂散电容 受珍爱电极

  样本几何外形 真空电容较量

  边缘,接地和间隙批改

  4.2.2 电极系统—接触式电极

  电极材料 金属箔片

  导电涂料 烧银

  喷镀金属 蒸发金属

  液态金属 刚性金属

  水

  4.2.3 电极系统—非接触式电极

  固定电极 测微计电极

  液体置换法

  6括号里的粗体字参阅这些试验方式从属的参考文献清单。

  4.2.4 电容和交流损耗测量装配和方式选择

  频率 直接和替代方式

  两终端测量 三终端测量

  液体置换法 精度考虑

  介电常数介质损耗测试仪 ASTM D150介电常数测试方式

  5.意义和用途

  5.1 电容率——绝缘材料每每以两种分歧格局来使用,即(1)用于固定电学收集部件,同时让其彼此以及与地面绝缘;(2)用于起到某一电容器的电介质感化。在第一种应用中,平日要求固定的电容尽可能小,同时具有可接管且一致的机械,化学和耐热机能。是以要求电容率具有一个低值。在第二种应用中,要求电容率具有一个高值,以使得电容器可以在外型上能尽可能小。有时使用电容率的中央值来评估在导体边缘或末端的应力,以将交流电晕降至最小。影响电容率的因子评论见附录X3。

  5.2 交流损耗——对于这两种场合(作为电学绝缘材料和作为电容器电介质),交流损耗平日必需是较量小的,以减小材料的加热,同时将其对收集剩余部门的影响降至最小。在高频率应用场合,特殊要求损耗指数具有一个低值,因为对于某一给定的损耗指数,电介质损耗直接跟着频率而增大。在某些电介质布局中,例如试验用终止衬套和电缆所用的电介质,平常电导增加可获得损耗增大,这有时引入其来掌握电压梯度。在计较具有近似不异电容率的材料时或者在材料电容率根基连结恒定的前提下使用任何材料时,这可能有助于考虑耗散因子,功率因子,相位角或损耗角。影响交流损耗的因子商议见附录X3。

  5.4 相关性——当获得适当的相关性数据时,耗散因子或功率因子有助于显示某一材料在其它方面的特征,例如电介质击穿,湿分含量,固化水平和任何原因导致的破损。然而,因为热老化导致的毁坏将不会影响耗散因子,除非材料随后露出在湿分中。当耗散因子的初始值非常主要的,耗散因子跟着老化发生的转变平日是及其显著的。

  介电常数介质损耗测试仪

  6.普通测量考虑

  6.1 边缘现象和杂散电容——这些试验方式是以电极之间的样本电容测量,以及沟通电极系统的真空电容(或空气电容,适用于多数实际用途)测量或较量为根蒂。对于无回护的两电极测量,要求采用两个测定值来较量电容率,而当存在不盼望的边缘现象和杂散电容时(它们将包含在测量读数中),变得相当复杂。对于测量用所放置样本之间的两个无庇护平行板电极场合,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'看到的系统包孕以下内容:

  

ASTM D150介电常数测试方法—北京冠测精电

  图5 杂散电容,无回护电极

  

ASTM D150介电常数测试方法—北京冠测精电

  图6 无珍爱电极之间的通量线

  Ce=边缘现象或边缘电容,

  Cg=每个电极外外观的接地电容,

  CL=毗邻导线之间的电容,

  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是与外部情况无关,所有其它电容都在必然水平上取决于其它方针的接近度。有需要在两个可能的测量前提之间进行区分,以确定不希冀电容的影响。当一个测量电极接地时,环境经常是如许的,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。若是Cv放入一个试验箱之内,同时试验箱墙壁具有珍爱定位,毗连到试验箱的导线也受到护卫,则接地电容能够不再泛起,此时在a-a'处的电容看起来只包孕Cv和Ce。对于某一给定电极安置,当电介质为空气时,或许计较得出边缘电容Ce,同时该较量值具有适当的精度。当某一般本放置在电极之间时,边缘电容值可能发生改变,此时要求使用一个边缘电容批改值,该批改值可见表1给出的信息。在很多前提下,已经获得了经验性批改值,这些批改值见表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,很便利使用无屏障的两电极系统,同时进行适当的批改。因为面积(同时是以Cv)以直径平方级增大时,然而周长(同时是以Ce)跟着直径线性增大时,因为忽略边缘批改导致的电容率百分比误差跟着样本直径增大而减小。然而,为进行正确得测量,有需要使用受护卫的电极。

  6.1 边缘现象和杂散电容——这些试验方式是以电极之间的样本电容测量,以及沟通电极系统的真空电容(或空气电容,适用于多数实际用途)测量或争论为根基。对于无珍爱的两电极测量,要求采用两个测定值来较量电容率,而当存在不渴望的边缘现象和杂散电容时(它们将包含在测量读数中),变得相当复杂。对于测量用所放置样本之间的两个无珍爱平行板电极场合,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'看到的系统包罗以下内容:

  

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  图5 杂散电容,无护卫电极

  

ASTM D150介电常数测试方法—北京冠测精电

  图6 无珍爱电极之间的通量线

  Ce=边缘现象或边缘电容,

  Cg=每个电极外外面的接地电容,

  CL=毗邻导线之间的电容,

  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是与外部情况无关,所有其它电容都在必然水平上取决于其它方针的接近度。有需要在两个可能的测量前提之间进行区分,以确定不盼望电容的影响。当一个测量电极接地时,情形经常是如许的,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。假如Cv放入一个试验箱之内,同时试验箱墙壁具有珍爱定位,毗连到试验箱的导线也受到珍爱,则接地电容能够不再显现,此时在a-a'处的电容看起来只包罗Cv和Ce。对于某一给定电极安置,当电介质为空气时,能够计较得出边缘电容Ce,同时该较量值具有适当的精度。当某日常本放置在电极之间时,边缘电容值可能发生转变,此时要求使用一个边缘电容批改值,该批改值可见表1给出的信息。在很多前提下,已经获得了经验性批改值,这些批改值见表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,很利便使用无屏障的两电极系统,同时进行适当的批改。因为面积(同时是以Cv)以直径平方级增大时,然而周长(同时是以Ce)跟着直径线性增大时,因为忽略边缘批改导致的电容率百分比误差跟着样本直径增大而减小。然而,为进行正确得测量,有需要使用受护卫的电极。

  7.2 电极材料:

  7.2.1 金属箔片——厚度为0.0075~0.025mm且涂覆最小量精制凡士林,硅脂,硅油或其它合适低损耗粘合剂的铅或锡箔片平日用于作为电极材料。铝箔片也已经被使用,然则不建议使用,因为其具有刚性以及因为氧化的外观导致高接触电阻的可能性。铅箔片也可能因为其刚性而发生问题。在足够腻滑压力下应用这些电极,以清扫所有的皱纹,同时过量的粘合剂能够在箔片边缘上工作。一个非常有效的方式是使用一个窄辊,同时沿着轮廓向外滚压,直到在箔片上没有可见的标记。经由小心处理,粘合剂膜能够减小至0.0025mm。该膜层与样本串联相连,这将老是导致测量的电容率太低,同时耗散因子有可能太高。对于厚度小于0.125mm的样本,这些误差每每变得非常大。对于这类薄样本,只有当膜层耗散因子几乎与样本耗散因子沟通时,该耗散因子误差才是能够忽略的。当电极将延伸到边缘,则制造的电极应大于样本,然后切成带小型细磨刀片的边缘。受护卫电极和护卫电极可采用一个电极制造而成,该电极包含整个皮相,过程配有一个窄切割边缘的圆规体式来裁剪一条窄带(或许为0.5mm)来制备电极。 ASTM D150介电常数测试方式

  7电极系统增补信息可在研究告诉RR:D09-1037中找到,该研究陈说可从ASTM总部获得。

  7.2.2 导电涂料——某些类型的高导电银涂料,不管是空气干燥照样低温烘烤型类型,都能够从贸易渠道获得以作为电极材料使用。它们要有足够的气孔来许可湿分的扩散,从而许可试验样本在电极涂覆之后进行调节。这对于研究湿度影响稀奇有效。涂料具有应用之后禁绝备立刻使用的瑕玷。它凡是要求整夜空气干燥或低温烘烤,以去除任何溶剂陈迹,因为溶剂陈迹可能增大电容率和耗散因子。当刷涂涂料时,凡是不轻易获得明确界说的的电极区域,然则过程喷涂涂料以及采用外夹装或压力敏感面罩,能够战胜这种局限性。银涂料电极电导率平常足够低,从而在较高频率时发生问题。涂料溶剂不会永远性影响样本是非常主要的。

  7.2.3 烧银——烧银电极只适用于玻璃和其它能够承受大约350℃的燃烧温度而不会发生转变的陶瓷。它的高电导率使得电极材料适用于低损耗材料,例如熔融石英,甚至在最高频率下,其某一粗拙外观的能力使得其适合用于作为高电容率材料,例如钛酸盐。

  7.2.4 喷涂金属——采用一个喷枪涂覆的低熔点金属供应了一层海绵状膜层,该膜层可用于作为电极材料,因为其粒状构造,是以大体上具有与导电涂料沟通的电学电导率和沟通的湿分孔隙率。合适的面罩必需使用以获得锋利的边缘。它轻易知足某一粗拙的轮廓,例如布,然则在薄膜上不及渗透极其小的孔,同时不会发生短路。其在某些外观上的附着性是非常差的,出格是表露在高湿度或水浸泡之后。导电涂料的长处是没有溶剂的影响,以及在涂覆之后可马上预备停当使用。

  7.2.5 蒸发金属——作为一种电极材料使用的蒸发金属可能具有不适当的电导率,尤其其极其薄,同时必需采用电镀铜或薄板金属作为底漆。其附着性是适当的,同时其自身具有足够的湿分气孔。在蒸发金属时,使用一种真空系统的需要性是晦气的。

  7.2.6 液态金属——使用汞电极时,在水银池上浮动样本,同时使用带锋利边缘的限制环来拦住受珍爱和回护电极中的汞,如图9所示。当必需测试相当数量的样本时,一种更轻易的装配是试验方式D1082中图4所示的试验工装。因为汞蒸气具有毒性,尤其是在高温下,可能存在一些健康危险,是以在使用时代应采纳合适的预防办法。在测量薄膜形式的低损耗材料时,例如云母片剥离,汞污染可能引入相当大的误差,这平日将有需要使用清洁的汞进行每一次试验。伍德合金或其它低熔点合金可采用雷同体式来使用,以在某种水平上降低健康危险。

  7.2.6.1 警告——历久认为汞金属蒸汽中毒是工业中的一种危险。露出极限由当局机构进行设置,同时平日以美国当局工业卫生学者会议8提出的建议为根蒂。破碎的温度计,气压计和其它使用汞的仪器所溢出的汞浓度可能随意地高出这些露出极限。汞作为一种高轮廓张力和非常重的液体,其将涣散成小液滴,同时渗透进入地板中的裂纹和裂痕。这种露出面积的增加显著增大了在空气中的汞蒸气浓度。任何时候发生溢出时,建议使用商用泄露应急东西包。汞蒸气浓度轻易采用商用嗅探器进行监测。在汞露出于大气的区域,在功课四周按期进行现场搜检。溢出之后进行彻底地搜检。

  

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  备注:

  Specimen:样本;Mercury:汞

  图9 带汞电极的受庇护样本

  7.2.7 刚性金属——对于圆滑,较量厚或者稍微压缩的样本,有时能够使用高压下的刚性电极,格外是对于常规功课。今朝已发现直径为10mm的电极在18.0MPa压力下课有助于塑料材料的测量,甚至材料能够薄至0.025mm。直径为50mm的电极在压力下也已经被成功用于较厚的材料。然而,当使用实心电极时,很难避免一层空气膜,同时跟着被测材料电容率增大以及其厚度减小,该膜层的影响变得更大。在施加压力之后,样本尺寸将可能继续发生转变,改变时长达到24小时。

  7.2.8 水——当在低频率(大约达到1000Hz)进行测量时,下水可作为绝缘电线和电缆测量用的一个电极。操作必需小心,以确保在样本末端的电泄露能够忽略不计。

  7.3 非接触式电极:

  7.3.1 固定电极——在不将电极嵌入预制电极系统(电极系统在样本的一侧或两侧存在一条有心的空气间隙)前提下,能够测量具有足够低轮廓电导率的样本。刚性装配电极系统,确保其包含一个庇护电极。为获得不异的精度,若是使用直接接触电极,要求对电极间距和样本厚度进行更正确的测定。然而,假如电极系统布满某一种液体,则可能消弭这些局限性(见7.3.3)。

  介电常数介质损耗测试仪8美国当局卫生学者会议,Building D-7, 6500 GlenwayAve., Cincinnati, OH 45211

  7.3.2 测微计电极——图10所示的测微计电极系统已开发用于(8)清扫在高频率下毗连导线和测量电容器的串联电感和电阻导致的误差。内置的微调电容器也供给用于电纳转变方式。同时不管试验样本是否在电路之内照旧之外,都能连结这些电感和电阻都是相对恒定的。那些尺寸与电极沟通或者小于电极尺寸的样本夹紧在电极之间。除非样本皮相重叠或磨得非常平,在放入电极系统之前,金属箔片或其等效物必需应用到样本上。若是应用电极,它们也必需是圆滑和平直的。在移除样本之后,经由移动测微计电极让其更近的靠在一路,电极系统可制成具有不异电容。当测微计电极系统小心校准电容改变时,其应用清扫了边缘电容,接地电容和毗邻电容的批改值。在这一方面,在整个频率局限上使用电极系统是有优点的。一个弱点是电容校准没有传统多层可变电容器的电容校准那么正确,同时还不克直接读数。在频率小于1MHz时,当导线的串联电感和电阻的影响能够忽略不计时,测微计电极的电容校准能够采用一个尺度电容器的电容校准来替代,该尺度电容器可与测微计电极系统并联或者位于电桥的电容臂四周。样本之内和之外的电容转变能够该电容器形式来进行测量。某一测微计电极系统的小误差来历是电极系统校准时包含的电极边缘电容,当存在与电极直径沟通的电介质时,该边缘电容将发生稍微改变。在实际中,可让样本直径比电极直径小2倍的样本厚度(3),则能够清扫该误差。当没有电极附着在样本上时,皮相电导率可能导致低损耗材料耗散因子测量发生严重的误差。当测量用电桥具有一个庇护电路时,则使用受回护测微计电极将是有利的。边缘现象等的影响几乎能够完全解除。当电极和固定架都制备得非常好时,则没有需要进行电容校准,因为电容可由电极间距和直径争论得出。然而测微计将要求进行校准。当使用受庇护测微计电极时,在样本上使用电极将是不成行的,除非样本直径小于受回护电极。

  

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  备注:

  Micrometer Screw:测微计螺钉;Bellows:风箱;Grounded Electrode:接地电极;

  Specimen:样本;Vernier Capacitor:微型电容器;High Electrode:高电极;

  Grounded Terminals:接地终端

  图10 测微计-电极系统

  7.3.3 液体置换方式——当浸泡介质为一种液体,同时没有使用护卫时,应首选平行板系统构造,以使得绝缘高电位板能够在两个平行低电位或接地板之间平行和等距离进行固定,个中接地板用试验池的相对内壁设计成容纳液体。该构造使得电极系统根基为自我屏障,然则每每要求双份试验样本。液体的切确温度测量必需作出划定(9,10)。试验池应为镀黄铜和金构造。高电位电极应能够移动来进行清洗。面必需接近为光学平面,同时尽可能平行。在≤1MHz频率下测量用合适液体池见试验方式D1531的图4所示。该试验池的尺寸改变是有需要的,以供给用于分歧厚度或尺寸的薄板样本测试,然则这种转变应不克让布满尺度液体的试验池电容降低到小于100pF.。在1~约50MHz频率下进行测量时,试验池尺寸必需大大地减小,同时导线必需尽可能短且直。当在50MHz频率下进行测量时,带液体的试验池电容应不跨越30或40pF。受庇护平行板电极长处是单个样本或许进行完全正确地测量。别的液体电容率的先前常识不作要求,是以其或许直接测量得出(11)。若是试验池构造带一个测微计电极,厚度不同很大的样本能够进行完全正确地测量,因为电极能够调节至某一只比样本厚度稍微大一点的间距。若是液体电容率接近样本电容率,样本厚度测定误差影响能够降至最小。在测量极其薄的膜层时,使用一种接近匹配液体和一种微米试验池,则将许可获得很高的正确度。

  7.3.3.1 假如在两种已知电容率的液体长进行足够的测量,则破除了样本厚度和电极间距测定的需要性(12,13,18)。本方式对任何频率局限都不作限制;然而,最好限制液体浸泡方式用于液体耗散因子小于0.01(对于低损耗样本,首选小于0.0001)的频率场合。

  7.3.3.2 当使用两种液体方式时,在样底细同样本进行测量是非常主要的,因为厚度将不老是在所有点都是沟通的。为确保沟通区域被测试两次,同时接济薄膜的搬运,样本固定架是非常利便的。固定架可为一个V形件,其将能滑入电极池中的沟槽中。同时也有需要节制温度最小为0.1℃。这或许经由配备带冷却线圈的试验池来达到结果(13)。

  8.装配选择和电容和交流损耗测量方式 ASTM D150介电常数测试方式

  8.1 频率局限——电容和交流损耗测量方式可分成三种:零值法,共振法和偏转法。任何特别场合的某一方式选择将首要取决于工作频率。当频率规模为从小于1Hz直到几兆赫兹时,能够使用很多形式的电阻或电感比值臂电容桥。当频率低于1Hz时,要求采用特别的方式和仪器。在500kHz~30MHz的较高频率下,可使用平行T形收集,因为它们采用了共振电路的一些特征。而当频率从500kHz到几百兆赫兹时,可使用共振法。偏转法只能在从25到60Hz的电源线频率下使用,使用时采用商用指示仪表,此时或许很轻易获得要求的较高电压。

  8.2 直接和替代方式——在任何直接法中,电容和交流损耗值采用该方式所用所有电路元件形式来透露,是以受到所有误差的影响。经由替代方式或许获得加倍大的精度,在此方式中可采用毗邻和断开的未知电容器进行读数。在这些不克改变的电路元件中的误差平常能够解除;然而,仍然保留了毗邻误差(注4)。

  8.3 两终端和三终端测量——两终端和三终端测量选择每每是在精度和便当性之间作出一个选择。在电介质样本上使用一个珍爱电极时,则几乎可清扫边缘和接地电容的影响,如6.2的解说。划定采用一个回护终端,则可解除电路元件引入的一些误差。在另一方面,弥补的电流元件和护罩平日要求供给相当多的回护终端到测量设备上,这可能增加好几倍的调节次数来获得要求的最后效果。电阻比值臂电容桥用庇护电路很少被用于1MHz以上的频率。电导比值臂桥供应了一个珍爱终端,而不要求额外的电路或调节。平行T形收集和共振电路不供应护卫电路。在偏转方式中,能够仅仅经由额外护罩来供应一个珍爱。一个两终端测微计电极系统的使用供应了很多三终端测量的长处,即几乎清扫了边缘和接地电容的影响,然则可能增加观测或均衡调节的次数。其使用也能够清扫在较高频率下毗连导线的串联电感和电阻导致的误差,其能够在整个频率局限内使用,直至几百兆赫兹。当使用一个珍爱时,存在耗散因子测量值将小于真实值的可能性。这可能是因为在测量电路护卫点和回护电极之间的任何点位置的护卫电路的电阻导致的。这还可能来自高接触电阻,导线电阻,或者来自珍爱电极自身的高电阻。在极端场合,耗散因子将显示为负值。当没有庇护的耗散因子高于因为皮相泄露导致的尺度值时,该情形最可能存在。电容耦合到测量电极以及电阻耦合毗邻到珍爱点的任何点可成为难题的滥觞。常见护卫电阻发生一个与ChClRg成比例的等效负值耗散因子,个中Ch和Cl为电极回护电容,Rg为珍爱电阻(14)。

  8.4 液体置换方式——液体置换方式使用时能够采用三终端或自屏障两终端试验池。采用三终端试验池,可能直接测定所用液体的电容率。自屏障两终端试验池供应了三终端试验池的很多长处,即几乎清扫了边缘和接地电容的影响,同时还或许与没有划定一个护卫的测量电路一路使用。若是其配有一个完整的测微计电极,在较高频率下毗邻导线的串联电导电容的影响将或许清扫。

  8.5 精度——8.1所列方式细密考虑了电容率测定精度为±1%,而耗散因子测定精度为±(5%+0.0005)。这些精度取决于至少三个身分:电容和耗散因子观测的精度,所用电极安置导致的这些参量的批改值的精度以及电极之间真空静电容较量的精度。在最好的前提以及较低频率下,电容测量可具有±(0.1%+0.02pF)的精度,而耗散因子可具有±(2%+0.00005)的精度。在较高频率下,当电容达到±(0.5%+0.1pF),耗散因子达到±(2%+0.0002)时,这些极限值可能增大。配有一个庇护电极的电介质样本测量只具有电容误差和电极之间真空静电容较量的误差。受庇护电极和庇护电极之间间隙太宽导致的误差将平日为几十个百分比,同时批改值能够争论为几个百分比。当平均厚度为2mm时,样本厚度测量误差可为几十个百分比,此时假设能够测量至±0.005mm。圆形样本直径或许测量至具有±0.1%的精度,可是输入作为平方值。将这些误差归并,电极之间真空静电容能够测量至具有±0.5%的精度。与电极之间静电容分歧的是,采用测微计电极进行测量的带接触式电极的样本不需要进行批改,假如样本直径足够小于测微计电极直径的话。当两终端样本以任何其它格局进行测量时,边缘电容较量和接地电容测定将涉及相当大的误差,因为每一种误差都可能为2~40%的样本电容。采用今朝的这些电容常识,在较量边缘电容时,可能的误差为10%,而在评估接地电容时,其可能的误差为25%。是以涉及的总误差局限可为几十分之一的1%到10%或者更大。然而,当没有电极接地时,接地电容误差降至最小(6.1)。采用测微计电极,0.03阶的耗散因子或许测量正确到±0.0003的真实值,而0.0002阶的耗散因子或许测量切确到±0.00005的真实值。耗散因子规模平日为0.0001到0.1,然则其也或许高出0.1。在10~20MHz的频率下,或许猜度0.0002阶的耗散因子。从2到5的电容率值能够测定正确到±2%。该精度受到电极之间真空静电容较量要求测量精度以及测微计电极系统误差的限制。

  介电常数介质损耗测试仪

  9.抽样

  9.1 抽样说明见材料规范。

  介电常数介质损耗测试仪ASTM D150介电常数测试方式

  10.法式

  10.1 样本制备

  10.1.1 概述——裁剪或模压试验样本至一个合适的外形和厚度,以能按照材料规范进行测试或者按照要求的测量精度,试验方式,和将执行的测量频率来进行测试。按照被测材料要求的尺度方式来测量厚度。若是某一特别材料没有尺度,然后按照试验方式D374测量厚度。实际测量点应在材料电极笼盖区域上平均分布。然后合适的测量电极应用到样本上(第7章)(除非将使用液体置换方式),尺寸和数量选择首要取决于是否将执行三终端或两终端测量,假如执行后者的两终端测量,是否将使用一个测微计电极系统(7.3)。样本电极材料选择将取决于应用的便当性和是否样本必需在高暖和高相对湿度下进行调节(第7章)。首选经由一个移动显微镜来获得电极尺寸(若是电极不等效,则是指较小的电极),或者经由刻度为0.25mm的钢尺和一个许可放大至读数正确到0.05mm的放大镜来进行测量。在几个点上测量圆形电极的直径,或者矩形电极的尺寸,以获得一个平均值。

  10.1.2 测微计电极——样本面积等于或小于电极面积是能够接管的,可是样本的任何部门应不克延伸越过电极边缘。样本边缘应是圆滑的,且垂直于薄板平面,同时也应具有清楚的界限,以使得薄板平面尺寸或许测量正确到0.025mm。厚度≤0.025直到≥6mm的厚度值都是能够接管的,这取决于平行板电极系统的最大可用板间距。样本应是扁平的,同时厚度尽可能平均,且无空地,外来物质同化物,皱纹或任何其它缺陷。已经发现采用一个几个厚度或良多厚度的组合,能更轻易和正确得测试极其薄样本。每个样本的平均厚度应尽可能测量切确到±0.0025mm之内。在一些场合,格外是对于薄膜等材料,但凡是不包孕多孔材料,将首选经由由已知或测量的材料密度,样本面的面积以及在剖析天平上经由正确测量获得的样本(或者组合样本,当在多个厚度薄板长进行测试时)质量来计较得出平均厚度。

  10.1.3 液体置换——当浸泡介质为一种液体时,若是尺度液体电容率在样本电容率的大约1%之内(见试验方式D1531),样本大于电极是能够接管的。别的,对于7.3.3所示类型的试验池,将凡是要求双份样本,尽管能够在这类试验池中每次测试单个样本。在任何场合,首选样本厚度应不小于大约80%的电极间距,当被测材料耗散因子小于大约0.001时,这变得特殊主要。

  10.1.4 清洗——因为已经发此刻某些材料场合,当不带电极进行测试时,样本轮廓上存在的导电污染物可对效果发生无纪律的影响,是以需要采用一种合适的溶剂或其它体例(按照材料规范所述)来清洗试验样本,同时许可在试验之前彻底干燥样本(15)。当将在空气中在低频率(60~10000Hz)下进行测试时,清洗变得格外主要,然则如在无线电频率下进行测量时,清洗变得不那么主要。在采用一种液体介质进行试验的场合,样本清洗也将降低污染浸泡介质的趋势。被测材料适用的清洗方式参阅ASTM尺度或其它划定本试验的文件。在清洗之后,只用镊子转移样本,然后储存在零丁的信封套中,以防止在试验之前被进一步污染。

  10.2 测量——将带附着电极的试验样本放入一个合适的测量试验池中,然后采器具有要求活络度和精度的方式来测量样本的电容和直流损耗。对于日常工作,当最高精度不作要求时,或当样本终端都不消接地时,则没有需要将固体样本放入一个试验池中。

  102.1 警告——本试验执行时代,致命电压是一种潜在的危险。所有试验装配及电毗连到其上的所有相关设备需进行适当的设计和安装以便能平安运行,这是非常主要的。试验时代小我可能接触的所有导电毗邻进行牢靠接地。在执行任何试验时,供给体式来对试验时代处于高电压的所有零件进行接地,或者对试验时代获得一个感应电荷而具有电位的所有零件进行接地,或者对甚至在电压源断开之后还连结带电荷而具有电位的所有零件进行接地。卖力指导所有操作者,以使得其能采用准确的法式来平安执行试验。当执行高电压试验时,希奇是在压缩气体或在油中测试时,在击穿时释放的能量可能足够导致试验箱发生火灾,爆炸,或者碎裂。设计试验设备,试验箱和试验样本,以使得这类情形的发生可能性降至最小,同时清扫人身危险的可能性。若是存在火灾风险,则需设置灭火设备。

  注2:将样本毗邻到测量电路所用的方式是非常主要的,稀奇是对于两终端测量。对于平行替代测量,试验方式D150先前保举的临界间距毗连方式可导致0.5pF的负误差。当两终端样本作为一个珍爱在一个试验池中进行测量时,可发生一个雷同的误差。因为今朝已知没有方式能用于评估该误差,当必需避免该数值的误差时,必需使用一种替代方式,也就是说,使用测微计电极,液体浸泡池,或者带受庇护导线的三终端样本。

  注3:为获得电容和耗散因子而执行的测量细节说明以及因为测量电路而执行的任何须要的批改细节说明见商用设备供给的仿单所述。以下章节拟用于供应所需的增补说明。

  10.2.2 固定电极——正确地调节板间距至一个适合被测样本的值。格外对于低损耗材料,板间距和样本厚度应使得样本将据有不少于大约80%的电极间隙。对于在空气中的试验,不建议板间距小于大约0.1mm。当电极间距没有调节到一个合适值时,必需制备具有合适厚度的样本。测量试验池的电容和耗散因子,然后嵌入样本,同时使得样本位于测微计电极的电极或试验池之间的中心位置。反复测量。为获得最大的精度,若是能够使用测量设备,直接测定△C和△D。记录试验温度。

  10.2.3 测微计电极——测微计电极常与那些接触样本或其附着电极的电极一路使用。为执行一次测量,首先将样本夹紧在测微计电极之间,然后均衡或调整测量用收集。接着掏出样本,从新设置电极,过程移动测微计电极使得更近地靠在一路,使得电路或桥臂中的总电容从头恢复至其原始值。

  10.2.4 液体置换方式——当使用单种液体时,布满试验池中,然后测量电容和耗散因子。小心插入样本(或组合样本,假如使用了两个样本池),然后将其置于中心位置。反复测量。为获得最大的精度,若是能够使用测量设备,直接测定△C和△D。从液体中敏捷地掏出样本,以防止发生膨胀,然后在继续测试另一般本之前从新布满试验池至适当的液位。成果较量公式见表2给出。试验方式D1531具体描述了采用了本方式测量聚乙烯的应用。当受珍爱试验池为耐震构造时,按照正确温度掌握条目,例如试验方式D1531中方式B的建议,则可过程在两种液体中测量样正本获得更大的精度。本方式也清扫了已知样本尺寸的需要。该法式与以前的法式不异,除了使用两种分歧电容率的流体之外(12,13,18)。使用空气作为第一种流体是很轻易的,因为这能避免测量时代清洗样本的需要性。受护卫试验池的使用能许可测定所用液体或流体电容率测定。当采用一种或两种流体方式时,可能获得最大的精度,此时一种液体的电容率最接近匹配样本的电容率。

  注4:当采用两种流体方式时,可由任一组读数获得耗散因子(个中采器具有较高Kf'的那组数据可获得最正确的耗散因子)

  10.3电容率,耗散因子和损耗指数的较量——对于在某一给定频率下测量的样本,所用测量电路将给出电容值,交流损耗值(用Q表现),耗散因子,或串联或并联电阻。当由观测电容值争论得出电容率时,这些值必需转换为并联电容,若是不是如斯来透露,则使用公式5。当使用测微计电极时,表3给出的公式可用于争论样本的电容。对于分歧的电极系统,表2给出的公式可用于较量电容率和耗散因子。当使用平行替代方式时,耗散因子读数必需乘以总电路电容与样本或试验池电容的比值。Q和串联或并联电阻也要求由观测值计较得出。电容率为:

  Kx'=Cp/Cv(11)

  平展平行板和共轴圆柱的真空电容表达(6.4)见表1给出。当交流损耗采用串联电阻或并联电阻或电导来示意时,使用公式3和4给出的关系式来较量耗散因子(见3.1.2.1)。损耗指数等于耗散因子和电容率的乘积(见3.4)。

  10.4 批改——将样本毗邻到测量电路所用的导线具有电导和电阻,在高频率下,它们能最大测量的电容和耗散因子。当测量中已包罗额外电容时,例如边缘电容和接地电容,这些电容在两终端测量时可发生电位,此时观测并联电容将增大,同时观测耗散因子将减小。这些影响的批改值在附录X1和表1中给出。

  介电常数介质损耗测试仪 ASTM D150介电常数测试方式

  11.申报

  11.1 敷陈以下信息:

  11.1.1 描述被测试的材料,也就是指名称,品级,颜色,制造商和其它相关数据,

  11.1.2 试验样本外形和尺寸,

  11.1.3 电极和测量池的类型和尺寸,

  11.1.4 样本调节,和试验前提,

  11.1.5 测量方式和测量电路,

  11.1.6 施加电压,有效电压梯度和频率,

  11.1.7 并联电容值,耗散因子值或功率因子值,电容率值,损耗指数值以及评估的精度值

  介电常数介质损耗测试仪12.精度和误差

  12.1 精度——本规范提出的任一种试验方式的精度相关说明都不成能拟定,因为精度受到被测材料和测量所用装配选择的影响。对于特定材料,鼓励这些试验方式用户探寻适用于特定材料的尺度精度说明(也可见第8章)。

  12.2 误差——任一种或所有这些试验方式未能制订误差相关的说明。

  介电常数介质损耗测试仪13.要害字

  13.1 直流损耗;电容;并联,串联,边缘现象,杂散;电导;接触式电极;电介质;介电常数;耗散因子;电绝缘材料;电极;液体置换;频率;边缘现象电容;受回护电极;Hz;损耗角;损耗因子;损耗正切值;非接触式电极;电容率;相位角;缺相角;功率因子;Q;品质因子;电抗;并联,串联;相对电容率;电阻;平行,串联;tan(Δ);厚度

  表3 电容争论—测微计电极

  并联电容

  符号界说

  Cp=C'-Cr+Cvr

  C'=在电沉重置间距处的测微计电极的校准电容,

  Cv=由表2争论得出的,在测微计电极之间被样本据有区域的真空电容,

  Cr=在间距r处的测微计电极的校准电容,

  r=样本和附着电极的厚度。

  样本真实厚度和面积必需用于计较电容率。当样本具有与电极沟通的直径,经由使用以下法式和公式,或许避免边缘真空电容的双重争论,争论只具有小误差(因为在电极边缘的边缘现象导致的误差,值为0.2~0.5%)。

  Cp=C'-Cv+Cvt

  Cv=在间距t处的测微计电极的校准电容,

  Cvt=在样本区域的真空电容,

  t=样本厚度

  ASTM D150介电常数测试方式

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