1、固體絕緣材料在工頻、音頻、高頻（包括米波長(zhǎng)在內(nèi)） 下相對(duì)介電常數(shù)和介質(zhì)損耗因數(shù)的試驗(yàn)方法本標(biāo)準(zhǔn)等效采用國際標(biāo)準(zhǔn)IEC 250（1969）測(cè)量電氣絕緣材料在工頻、音頻、高頻（包括米波長(zhǎng) 在內(nèi)）下相對(duì)介電常數(shù)和介質(zhì)損耗因數(shù)的推薦方法，只是去掉其中液體試樣及其試驗(yàn)部分。1主題內(nèi)容與適用范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了固體絕緣材料在工頻、音頻、高頻（包括米波長(zhǎng)在內(nèi)）下相對(duì)介電常數(shù)和介質(zhì)損耗因 數(shù)的試驗(yàn)方法。本標(biāo)準(zhǔn)適用于15HZ300 MHZ頻率范圍內(nèi)測(cè)量固體絕緣材料的相對(duì)介電常數(shù)、介質(zhì)損耗因數(shù)，并由 此計(jì)算某些數(shù)值，如損耗指數(shù)。測(cè)量所得的數(shù)值與一些物理?xiàng)l件，例如頻率、溫度、濕度有關(guān)，在特殊情況下也與場(chǎng)強(qiáng)有關(guān)。2定義2

2、.1相對(duì)介電常數(shù)絕緣材料的相對(duì)介電常數(shù)。r是電極間及其周圍的空間全部充以絕緣材料時(shí)，其電容Cx與同樣構(gòu)型的真空電容器的電容C0之比：Er=CX / C0 （1）在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，不含二氧化碳的干燥空氣的相對(duì)介電常數(shù)等于1. 000 53。因此，用這種電極構(gòu) 型在空氣中的電容C。來代替C。測(cè)量相對(duì)介電常數(shù)時(shí)，有足夠的精確度。在一個(gè)給定的測(cè)量系統(tǒng)中， 絕緣材料的介電常數(shù)是該系統(tǒng)中絕緣材料的相對(duì)介電常數(shù)。與真空介電常數(shù)的乘積。真空介電常數(shù)：E0=8.854X 1Q-12F/m1X1Q-9F/36n m （2）在本標(biāo)準(zhǔn)中用PF/cm來計(jì)算，真空介電常數(shù)為：E0=0.08854pF/cm2介質(zhì)損耗角6絕緣

3、材料的介質(zhì)損耗角a，是由該絕緣材料作為介質(zhì)的電容器上所施加的電壓與流過該電容器的 電流之間的相位差的余角。3介質(zhì)損耗因數(shù)tan6絕緣材料的介質(zhì)損耗因數(shù)是介質(zhì)損耗角E的正切tanE。2.4損耗指數(shù)En絕緣材料的損耗指數(shù)En，等于該材料的介質(zhì)損耗因數(shù)不清tanE與相對(duì)介質(zhì)常數(shù)e的乘積。2.5相對(duì)復(fù)介電常數(shù)E絕緣材料的相對(duì)復(fù)介電常數(shù)是由相對(duì)介電常數(shù)和損耗指數(shù)結(jié)俁而得出的。Er=Er-JErEr=Er式中：Er是2.1條中所定義的相對(duì)介電常數(shù)。E=Etane有介質(zhì)損耗的電容量，在任何經(jīng)定的頻率下既可用電容Cs和電阻Rs的串聯(lián)回路來表示：r 一 f，|也能用電容Cp和電阻Rp （或電導(dǎo)Gp）的并聯(lián)回路來

4、表示：jr I而 - rvHC十雖然一個(gè)有介質(zhì)損耗的絕緣材料通常用并聯(lián)回路來表示，但在單一頻率下有時(shí)也需要用電容Cs和電 阻Rs的串聯(lián)回路來表示。串聯(lián)元件與并聯(lián)元件之間有下列關(guān)系：Cp=Cs （1+tan2e）不管采用串聯(lián)表示法還是并聯(lián)表示法，其介質(zhì)損耗因數(shù)tane是相等的。注：本標(biāo)準(zhǔn)中的計(jì)算和測(cè)量是根據(jù)正弦波形電流（w=2nf）作出的。3影響介電性能的因素3.1頻率只有少數(shù)材料，如聚苯乙烯，聚丙烯、聚四氟乙烯等，在很寬的頻率范圍內(nèi)相對(duì)介電常數(shù)和介質(zhì)損 耗因數(shù)是基本恒定的，因而一般的絕緣材料必須在它所使用的頻率下測(cè)量介質(zhì)損耗因數(shù)和相對(duì)介電 常數(shù)。相對(duì)介電常數(shù)和介質(zhì)損耗因數(shù)的變化是由于介質(zhì)極化和

5、電導(dǎo)而引起的，極性分子的偶極極化和材料 不均勻性導(dǎo)致的界面極化是弓愧上述變化的主要原因。2溫度損耗指數(shù)在某一頻率下可以出現(xiàn)最大值，這個(gè)頻率值與絕緣材料的溫度有關(guān)。介質(zhì)損耗因數(shù)和相對(duì) 介電常數(shù)的溫度系數(shù)可以是正的也可以是負(fù)的，這由測(cè)量溫度下的損耗因數(shù)與其最大值的相對(duì)位置 來決定。3濕度極化的程度隨水分的吸收量或絕緣材料表面水膜的形成而增加，其結(jié)果使相對(duì)分電常數(shù)、介質(zhì)損耗 因數(shù)和直流電導(dǎo)率增大。4電場(chǎng)強(qiáng)度存在界面極化時(shí)，自由離子的數(shù)目隨電場(chǎng)強(qiáng)度的增加而增加，其損耗指數(shù)最大值的大小和位置也隨 此而變。在較高的頻率下，只要絕緣材料不出現(xiàn)局部放電，相對(duì)介電常數(shù)和介質(zhì)損耗因數(shù)與電場(chǎng)強(qiáng)度無關(guān)。4試樣和電極4

6、.1試樣的幾何形狀測(cè)定材料的相對(duì)介電常數(shù)和介質(zhì)損耗因數(shù)，最好采用片狀試樣，也可以采用管狀試樣。在測(cè)定。r 值時(shí)，最大的誤差來自試樣尺寸的誤差，尤其是厚度的誤差。對(duì)于1%的精度來說，1. 5 mm的厚度就足夠了；對(duì)于更高的精度要求，則試樣應(yīng)更厚些。測(cè)定tan6時(shí)，導(dǎo)線的串聯(lián)電阻與試樣電容的乘積應(yīng)盡可能小，同時(shí)，又要求試樣電容在總電容中的比值盡可能大。因而，折衷的方案是試樣具有幾十皮法的電容。測(cè)量回路與試樣并聯(lián)的電容應(yīng)小于5pF。試樣的大小應(yīng)適合所采用的電極系統(tǒng)。2電極系統(tǒng)1接觸式電極用4. 3條所列電極材料之一加到試樣上。電極型式有三電極系統(tǒng)和兩電極系統(tǒng)兩種。使用兩電極系統(tǒng)且使上下兩個(gè)電極對(duì)準(zhǔn)有

7、困難時(shí)，則下電極應(yīng)比上電極稍大些，金屬電極應(yīng)稍小或等于試樣上的電極。板狀和管狀試樣使用不同電極時(shí)的電容計(jì)算公式以及邊緣電容近似計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式列于表1，這些公式僅適用于規(guī)定的幾種試樣形狀。高頻下測(cè)量時(shí)，為了避免接線電阻、分布電容的影響，推薦使用測(cè)微計(jì)電極。2. 2不接觸電極表面電導(dǎo)率很低的試樣可以不用電極材料而將它插入電極系統(tǒng)，在這種電極系統(tǒng)中，試樣的一側(cè)或兩側(cè)有一個(gè)充滿空氣或液體的間隙，該間隙可以是固定的，也可以是可調(diào)的。用平板電極和圓柱形電極裝置進(jìn)行測(cè)量時(shí)，其計(jì)算公式由表2和表3給出。表1真空電容的計(jì)算和邊緣電容的修正匹用誨電村pv.em曾 itM 上下電嶂尊的ithW.小J. /以妒職牲陽屯

8、姓C.-fl投南整野用的n廈曜milQi我始0-241 -i|H-Ail ，忡柯電苛HI-E2. 2. 2流體排出法固定式電極在相對(duì)介電常數(shù)近似等于試樣的相對(duì)介電常數(shù)、而介質(zhì)損耗因數(shù)可以忽略的一種液體內(nèi)進(jìn)行測(cè)量。這種測(cè)量與試樣厚度測(cè)量的精度關(guān)系不大。當(dāng)相繼采用兩種流體時(shí)，試樣厚度和電極系統(tǒng)的尺寸可以 從計(jì)算公式中消去。試樣為試驗(yàn)池電極直徑相同的圓形，在測(cè)微計(jì)電極中，為了消除邊緣效應(yīng)，試樣直徑約比測(cè)微計(jì)電極 直徑小兩倍試樣厚度。3邊緣效應(yīng)為避免邊緣效應(yīng)引起相對(duì)介電常數(shù)的測(cè)量誤差，電極系統(tǒng)應(yīng)加進(jìn)一個(gè)保護(hù)電極，保護(hù)電極的寬度至少 為試樣厚度的兩倍。保護(hù)電極和測(cè)量電極間的間隙應(yīng)小于試樣厚度。使用兩電極

9、系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)對(duì)邊緣電 容按表1列出的近似計(jì)算公式進(jìn)行修正（這些公式是經(jīng)驗(yàn)公式，只適用于幾種規(guī)定的試樣形狀）。此 外，邊緣電容也可以用有保護(hù)環(huán)和無保護(hù)環(huán)測(cè)量的結(jié)果進(jìn)行比較獲得。用這個(gè)邊緣電容來修正另一頻 率和溫度下的電容時(shí)，其精確度可以滿足要求。4. 3電極材料電極材料是用于改善金屬塊電極與試樣的接觸而施加于試樣表面的導(dǎo)電材料。1金屬箔電極金屬箔可以為厚度在100卜m以下的純箔、鉛箔及厚度在10卜山以下的退火鋁箔，也可以使用金箔。 在較高溫度下不宜使用鋁箔，因?yàn)殇X箔在較高溫度下易生成電絕緣的氧化膜而影響測(cè)量結(jié)果。用少量 純凈的硅油或其他低耗粘合劑將金屬箔貼到試樣上。4.3.2燒熔金屬電極1燒熔金屬

10、電極一般用銀，但在高溫和高溫下最好采用金。燒熔金屬電極適用于能耐高溫的材料，如玻璃、陶瓷、云母等。4.3.3真空鍍膜和金屬噴鍍電極真空鍍膜電極是在真空下將銀或鋁或其他金屬噴鍍到試樣表面形成的電極。金屬噴鍍電極是低熔點(diǎn)的 金屬噴鍍到試樣表面形成的電極；在制作電極時(shí)，真空和噴鍍溫度對(duì)材料性能應(yīng)不產(chǎn)生永久性的損害。 這些電極是多孔的，因此可以在加上電極后進(jìn)行預(yù)處理和條件處理。噴鍍金屬電極特別適合于潮濕條件下的測(cè)試。4導(dǎo)電液體電極把試樣夾在兩塊相互配合好的凹模之間，凹模中充滿導(dǎo)電液體，該導(dǎo)電液體必須是純凈的。導(dǎo)電液體 可為汞，但應(yīng)謹(jǐn)慎使用汞，因?yàn)楣渍舭l(fā)出有劇毒的氣體，尤其在高溫下。43. 5導(dǎo)電漆高

11、電導(dǎo)率的銀漆，除在試樣上經(jīng)氣干或低溫烘干后即成電極，該電極具有與4. 3. 3條相似的優(yōu)點(diǎn)。 漆中的溶劑對(duì)試樣應(yīng)沒有持久的影響，在極高的頻率下不能使用導(dǎo)電銀漆。4. 3. 6導(dǎo)電橡皮用體積電阻車小于30。、邵氏硬度為4060 (A表)的橡皮作為電極材料，把試樣放入兩塊橡皮電極 之間，加上0. 01 MPa左右的壓力。導(dǎo)電橡皮只適合于工頻及以下頻率的測(cè)量。44電極的選擇4.4.1板狀試樣電極的選擇必須考慮以下幾點(diǎn)：a接觸式電極砸們靠、計(jì)算簡(jiǎn)便。工頻下的測(cè)量主要選用接觸式電極，缺點(diǎn)是各種電極材料對(duì)測(cè)試 結(jié)果都有影響；b、不接觸電極：可避免由于試樣和電極接觸不良帶來的誤差，因此測(cè)量精度較高。但是空氣

12、填充不 接觸法測(cè)量時(shí)減樣厚度測(cè)量誤差所引起的相對(duì)介電常數(shù)的誤差比接觸式電極的稍大；而采用兩種溶伏 桃中法測(cè)量時(shí)，試樣厚度測(cè)量誤差對(duì)測(cè)試結(jié)果沒有影響。相對(duì)介電常數(shù)在10以上的非多孔性材料最 好采用沉積金屬電極，且不用保護(hù)電極；介電常數(shù)在3-10之間的材料最好采用金屬箔、汞或沉積金 屬作電極材料。若厚度的測(cè)量精度較商，則可以用空氣填充測(cè)微計(jì)測(cè)理或用流體排出法測(cè)量。4. 2管狀試樣對(duì)于管狀試樣，電極系統(tǒng)的選擇取決于它的相對(duì)介電常數(shù)、管壁厚度、試樣直徑及測(cè)量精度要和一 般情況下記極采用三電極系統(tǒng)，管內(nèi)電極為高壓電極，可用汞、沉積金屬膜、金屬箱和配合較好的金 屬芯軸。管外為測(cè)量電極和在它兩端的保護(hù)電極，

13、電極可用金屬箔或沉積金屬。高相對(duì)介電常數(shù)的管狀試樣，可使用兩電極系統(tǒng)和與電極等寬度的試樣。大直徑的管狀試樣，可按板狀試樣考慮。5測(cè)量方法的選擇測(cè)量絕緣材料的相對(duì)介電常數(shù)和介質(zhì)損耗因數(shù)的方法可分成兩種：零點(diǎn)指示法和回路諧振法1零點(diǎn)指示法適用于頻率不超過50MHz的測(cè)理，通常采用西林電橋、變壓器電橋和平行T形網(wǎng)絡(luò)， 可用替代法和直接法測(cè)量?？捎锰娲ê椭苯臃y(cè)量5.2回路諧振法用于10kHz-300MHz的測(cè)量。這種方法總是替代法，常用的方法有變電納法和變Q值法 等。幾種典型的測(cè)試儀器原理見附錄A。6試驗(yàn)步驟1試樣試樣可按產(chǎn)品規(guī)范中的要求或合適的標(biāo)準(zhǔn)方法制備。厚度測(cè)量應(yīng)精確到士(0. 2%+0.0

14、01 mm)以內(nèi)，測(cè)量點(diǎn)應(yīng)均勻地分布在整個(gè)測(cè)量面上。2試樣處理試樣處理應(yīng)按有關(guān)的產(chǎn)品規(guī)范進(jìn)行。3測(cè)量電氣測(cè)量按本標(biāo)準(zhǔn)和所使用儀器的操作規(guī)范進(jìn)行。在IMHZ或更高的頻率下測(cè)量時(shí)，必須用短而粗的導(dǎo)線連接，以消除電感和接線電阻對(duì)測(cè)量結(jié)果 的影響，也可以采用同軸接線系統(tǒng)。4精度要求通常所要求的精度是：相對(duì)介電常數(shù)精度為士 1 %,介質(zhì)損耗因數(shù)精度為土（5%十0. 000 5）。在較低頻率下和較高要求時(shí)所要求的精度為：電容測(cè)量精度為士（0. 1%+0. 02 PF），介質(zhì)損耗 因數(shù)的測(cè)量精度為士（2%+0. 000 05）。在較高頻率下的精度要求為：電容測(cè)量精度士（0. 5%十0. IPF），介質(zhì)損耗因

15、數(shù)精度為士（2% + 0. 000 2）。7結(jié)果1相對(duì)個(gè)電常數(shù)E有保護(hù)電極的試樣，其相對(duì)介電常數(shù)按式（12）計(jì)算：Er= Cx/C。 （ 12）沒有保護(hù)電極的試樣，其相對(duì)介電常數(shù)按式（13）計(jì)算：Er= （C,x 一 Cc）/C。 （13）式中，Cc、C。由表1中公式給出。測(cè)微電極間或不接觸電極間被測(cè)試樣的相對(duì)介電常數(shù)可按表2、表3中相應(yīng)的公式計(jì)算出來。2介質(zhì)損耗因數(shù)tan6介質(zhì)損耗因數(shù)tan6按照所用的測(cè)量裝置給定的公式算出或直接從儀器上讀出。3數(shù)據(jù)處理取各個(gè)相對(duì)介電常數(shù)的算術(shù)平均值作為相對(duì)介電常數(shù)的最終結(jié)果。取各個(gè)介質(zhì)損耗因數(shù)的算術(shù)平均值作為介質(zhì)損耗因數(shù)的最終結(jié)果。8試驗(yàn)報(bào)告試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)至少

16、報(bào)告下列內(nèi)容：絕緣材料的說明和標(biāo)志（名稱、型號(hào)、生產(chǎn)廠等），試樣形狀及尺寸；b試樣處理的方法和時(shí)間；C.電極裝置和測(cè)量?jī)x器；試驗(yàn)時(shí)的環(huán)境溫度、相對(duì)濕度和試樣溫度；外施電壓和頻率；r.測(cè)得的相對(duì)介電常數(shù)。r各個(gè)值及最終結(jié)果；測(cè)得的介質(zhì)損耗因數(shù)tan6各個(gè)值及最終結(jié)果；試驗(yàn)日期和試驗(yàn)員。有必要時(shí)，還需報(bào)告損耗指數(shù)、介質(zhì)損耗角等所要求報(bào)告的計(jì)算結(jié)果。附錄A幾種典型的儀器（參考件）川西林電橋西林電橋是測(cè)量介電常數(shù)和介質(zhì)損耗因數(shù)的最典型裝置。它可以使用于頻率低于50 HZ直至100 kHZ 數(shù)量級(jí)的頻率范圍之內(nèi)。電容測(cè)量范圍通常為5010 000 PF。西林電橋可分為高頻西林電橋和低頻 西林電橋。AI.

17、 1低頻西林電橋一般為高壓電橋，電路如圖AI所示，該電橋平衡時(shí)：J圖AI西林電橋線路圖為了消除雜散電容、對(duì)地電容、殘余電感的影響，以及高壓端對(duì)測(cè)量端的影響，電橋必須有良好的屏 蔽并帶有瓦格納接地，電路如圖AZ所示。操作時(shí)，把S反復(fù)打向a、b端，調(diào)節(jié)電橋平衡。這樣，電 橋M、N兩點(diǎn)與屏蔽電位相等，因而消除了對(duì)地電容等的影響。圖AZ具有瓦格納（Wagnor）接地線路的西林電橋4圖恐具有瓦椎璃rw相接他歿路的W林也僑AI. 2高頻西林電橋這種電橋一般在中等電壓下工作，通常，電橋中的標(biāo)準(zhǔn)電容是可變的。測(cè)試可以用替代法。為了提高 測(cè)量精度，仍可以使用瓦格納接地輔助橋臂。AZ變壓器電橋變壓器電橋的原理圖見

18、圖A3，當(dāng)電橋平衡時(shí)，復(fù)電抗Zx和ZM的比值等于電壓矢量Ul和U。的比值， 而由于U；/U。是一個(gè)常數(shù)K，Z。是已知的，故Zx KZ。，從而得到試樣的電容Cx和介質(zhì)損耗因 數(shù)圖AS蜜您器電拼城路侔|圖A3變壓器電橋線路圖變壓器電橋可用三端測(cè)量而無需輔助橋臂，可獲得寬廣的電容量程和較高的準(zhǔn)確度，它可應(yīng)用于幾十 赫到幾十兆赫的頻率范圍。AZ. 1低頻變壓器電橋低頻變壓器電橋一般為高壓電橋。變壓器電橋的誤差會(huì)隨負(fù)載而變化，尤其是Ul和U。之間的相位差會(huì)直接影響tans的測(cè)量值。因而， 需用一個(gè)無損電容C。代替Zx進(jìn)行標(biāo)定，采用圖A4的裝置，把S分別打向a、b時(shí)，可以保持高壓邊 的負(fù)載不變而進(jìn)行標(biāo)定。

19、圖A4耳有恒畿校正的變壓器電峪當(dāng)用并聯(lián)于電壓U1上的無損電容來標(biāo)定時(shí)，承受電壓U2的阻抗Zw是如下組成的；U1與U2同相時(shí)，Zm為純電容Cm；U2超前于U1時(shí)，Zm由電容Cm與電阻Rm組成；U2滯后于U1時(shí)，則采用如圖A5所示的裝置，引入一個(gè)輔助繞組提供一個(gè)與U同相的U3。T TflTS阿瑞的賣醒徒路圖圖交胴器電轎注：當(dāng)U2滯后于U1時(shí)用繞組U2補(bǔ)償。虛線：與Cm并聯(lián)形成一個(gè)高電阻（當(dāng)I2超前于I1時(shí)）。A2.2高頻電橋上面的計(jì)論同樣適用于高頻電橋，由于它通常為低壓電橋，因而可以采用替代法。A3雙T網(wǎng)絡(luò)在雙T網(wǎng)絡(luò)橋路中，從電源經(jīng)兩個(gè)T形網(wǎng)絡(luò)流向檢測(cè)器的兩個(gè)電流是大小相等、方向相反的。圖A6示出

20、了雙T網(wǎng)絡(luò)的原理圖。圖A是測(cè)量絕緣材料最常用的雙T網(wǎng)絡(luò)電路圖，這種線路在平衡時(shí);志十 + =以心，B A&件村丁型網(wǎng)卓燎建圈測(cè)試時(shí)，先不接試樣，調(diào)節(jié)Cv和Ch使電路達(dá)到平衡然后，將試樣接到X、X端，此時(shí)，Cv和Ch的變 化值分別為Cv和CH則:雙T網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的頻率范圍可從50kHz至50MHz,這種線路也很容易屏蔽，但是其平衡隨頻率的變化太靈 敏，在較同高頻率的變化分別為*和Ch則：雙T網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的頻率范圍可從50kHz至50MHz，這種線路也很容易屏蔽，但是其平衡隨頻率的變化太 靈敏，在較高頻率下接線和開關(guān)阻抗會(huì)引起較大誤差。A4諧振法(Q表法)Q表法可在10kHz到260MHz頻率范圍內(nèi)使用，圖A8為這種線路原理圖。在接入試樣和不接入試樣情 況下分別調(diào)節(jié)電路諧振，并測(cè)量電容兩端的電壓作為Q值，求得試樣的Cx值和tane值。則： 式中：C2、Q2-分別為有試樣時(shí)的電容和Q值；C1、Q1-分別為無試樣時(shí)的電容和Q值；C0-測(cè)量回路的分布電容值。A5變電納法變電納法一般用于較高頻率下的測(cè)量，它與測(cè)微電極系統(tǒng)配合使用，可以消除測(cè)試過程中高頻下接 線電阻和測(cè)量電容的串聯(lián)電感和串聯(lián)電阻對(duì)測(cè)量值產(chǎn)生的影響。在這樣的系統(tǒng)中，不管試樣在不在 回路中，電路中的電感與電阻總是相對(duì)地保持恒定，試樣的直徑約比電極直徑小兩倍試樣厚度，以 消除由于試樣插入而引起的邊緣電容的變化測(cè)試中，首先