GB/T31838.6-2021固體絕緣材料

介電和電阻特性

第6部分

：介電特性（AC方法）

相對介電常數(shù)和介質(zhì)損耗因數(shù)（頻率0.1Hz~10MHz）(2026年)深度解析目錄標準出臺的時代背景與行業(yè)價值:為何0.1Hz~10MHz頻段介電特性測試成絕緣領域核心訴求?測試原理的科學內(nèi)核揭秘:AC方法為何能成為0.1Hz~10MHz頻段介電特性測試的首選方案?測試設備的選型與校準規(guī)范:從傳感器到頻率發(fā)生器,哪些設備參數(shù)直接決定測試精度?數(shù)據(jù)處理與結果評定的權威方法:專家視角解析數(shù)據(jù)修正

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誤差分析與合格判定邏輯標準實施中的常見疑點與解決方案:頻率干擾

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試樣極化等難題如何科學破解?核心術語與定義深度剖析:相對介電常數(shù)與介質(zhì)損耗因數(shù)如何定義才能精準指導測試實踐?試樣制備的關鍵技術要點:如何把控試樣尺寸

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狀態(tài)與預處理以保障測試結果的準確性?測試流程的分步實施指南:從試樣安裝到數(shù)據(jù)記錄,如何規(guī)避每一步的誤差風險?不同應用場景下的測試差異化策略:電子

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電力

、航空領域如何適配標準要求?未來發(fā)展趨勢與標準拓展展望:5G與新能源驅動下,介電特性測試將迎來哪些變革標準出臺的時代背景與行業(yè)價值：為何0.1Hz~10MHz頻段介電特性測試成絕緣領域核心訴求？固體絕緣材料行業(yè)發(fā)展的迫切需求隨著電子信息、電力裝備、航空航天等領域技術升級，固體絕緣材料應用場景愈發(fā)復雜，對其介電性能要求更嚴苛。傳統(tǒng)測試標準頻段覆蓋不足，1Hz~10MHz頻段涵蓋低頻極化到高頻損耗關鍵區(qū)間，能精準反映材料在多場景下的絕緣性能，成為行業(yè)質(zhì)量管控核心指標，標準出臺填補了該頻段測試規(guī)范空白。（二）現(xiàn)有測試技術的局限與標準升級動因A此前相關標準存在頻段割裂、測試方法不統(tǒng)一等問題，導致不同實驗室數(shù)據(jù)缺乏可比性。部分標準僅覆蓋高頻或低頻單一區(qū)間，無法全面評估材料介電特性。本標準整合AC方法優(yōu)勢，統(tǒng)一0.1Hz~10MHz頻段測試流程，解決了技術分散性問題，推動行業(yè)測試技術標準化升級。B（三）標準對行業(yè)質(zhì)量管控的核心指導價值標準明確了相對介電常數(shù)和介質(zhì)損耗因數(shù)的測試方法，為材料研發(fā)、生產(chǎn)檢驗、成品驗收提供統(tǒng)一技術依據(jù)。通過規(guī)范測試流程，降低企業(yè)質(zhì)量管控成本，提升產(chǎn)品合格率。同時，統(tǒng)一的數(shù)據(jù)評價體系助力行業(yè)技術交流，推動固體絕緣材料整體質(zhì)量提升，支撐高端裝備制造業(yè)發(fā)展。契合未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展的前瞻性布局15G通信、新能源汽車、智能電網(wǎng)等新興產(chǎn)業(yè)對絕緣材料高頻、寬頻段介電性能需求突出，0.1Hz~10MHz頻段測試覆蓋了這些產(chǎn)業(yè)的核心應用場景。標準的出臺提前布局了關鍵技術規(guī)范，為新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供技術支撐，增強我國在絕緣材料領域的國際競爭力。2、核心術語與定義深度剖析：相對介電常數(shù)與介質(zhì)損耗因數(shù)如何定義才能精準指導測試實踐？相對介電常數(shù)的科學定義與物理內(nèi)涵01標準定義相對介電常數(shù)為“在相同條件下，介質(zhì)的介電常數(shù)與真空介電常數(shù)的比值”。其物理內(nèi)涵反映材料儲存電場能量的能力，無單位。該定義精準錨定“相同條件”核心前提，包括溫度、濕度、頻率等，避免因環(huán)境差異導致測試偏差，為測試時的條件控制提供明確依據(jù)，確保定義與實踐的一致性。02（二）介質(zhì)損耗因數(shù)的術語界定與損耗機理關聯(lián)介質(zhì)損耗因數(shù)被定義為“介質(zhì)在交流電場作用下，每周期內(nèi)消耗的電能與儲存的電能之比”，也稱損耗角正切值（tanδ)。該定義直接關聯(lián)材料的損耗機理，如電導損耗、極化損耗等，不同損耗機理在不同頻率下表現(xiàn)不同，定義的科學性為后續(xù)按頻率區(qū)間分析損耗特性提供了術語基礎，確保測試結果能精準反映損耗本質(zhì)。（三）AC方法的術語定義與技術特征闡釋標準中AC方法指“采用交流電場激勵試樣，通過測量試樣的電容、電導等參數(shù)計算介電特性的測試方法”。其技術特征為寬頻段覆蓋（0.1Hz~10MHz）、非破壞性測試，定義明確了激勵源類型與核心測量參數(shù)，區(qū)分于直流測試方法，為測試設備選型、測試流程設計提供關鍵技術指引，保障方法實施的規(guī)范性。關鍵輔助術語的定義與測試關聯(lián)性分析標準還界定了“試樣電極系統(tǒng)”“極化時間”“頻率掃描”等輔助術語。如“試樣電極系統(tǒng)”定義為“由試樣和電極組成的用于測試的整體結構”，明確了電極與試樣的協(xié)同關系，其設計直接影響測試精度。這些術語與核心指標測試緊密關聯(lián)，共同構建了完整的術語體系，避免測試過程中的概念混淆。12、測試原理的科學內(nèi)核揭秘：AC方法為何能成為0.1Hz~10MHz頻段介電特性測試的首選方案？AC方法的核心原理：交流電場下的介電響應機制01AC方法核心原理是利用交流電場周期性變化，使試樣內(nèi)部發(fā)生極化（電子極化、離子極化、偶極子極化等）和電導過程。通過測量電極間的電流與電壓相位差、幅值等參數(shù)，計算電容和電導，進而得到相對介電常數(shù)（與電容正相關）和介質(zhì)損耗因數(shù)（與相位差相關）。該機制能實時反映材料在不同頻率下的介電響應，契合寬頻段測試需求。02（二）0.1Hz~10MHz頻段選擇的科學依據(jù)1Hz低頻段可捕捉材料偶極子極化等慢極化過程，反映材料長期使用中的絕緣穩(wěn)定性；10MHz高頻段對應電子、離子等快極化過程，適配高頻應用場景。該頻段覆蓋了絕大多數(shù)固體絕緣材料的關鍵極化與損耗區(qū)間，能全面表征材料介電特性。實驗數(shù)據(jù)表明，此頻段外的測試結果對實際應用指導意義有限，故成為標準核心頻段。（三）AC方法相較于DC方法的技術優(yōu)勢DC方法僅能測量直流電導，無法反映頻率相關的極化損耗，且易因試樣極化導致測試誤差。AC方法可通過頻率掃描獲得寬頻段數(shù)據(jù)，全面表征介電特性；非破壞性測試可重復測量同一試樣；對高阻材料測試精度更高，能有效區(qū)分不同損耗機理。這些優(yōu)勢使其成為寬頻段介電特性測試的首選，尤其適配固體絕緣材料多場景應用需求。12測試原理與數(shù)據(jù)準確性的內(nèi)在關聯(lián)01原理中的極化與損耗機制直接決定數(shù)據(jù)解讀邏輯：低頻段損耗增大可能源于偶極子極化不完全，高頻段損耗變化與材料界面極化相關。明確原理可避免數(shù)據(jù)誤判，如將高頻段電容波動誤判為材料缺陷。同時，原理指導測試條件控制，如極化時間設置需匹配低頻極化過程，確保測試數(shù)據(jù)真實反映材料本征特性。02四

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試樣制備的關鍵技術要點

：如何把控試樣尺寸

、狀態(tài)與預處理以保障測試結果的準確性？試樣取樣的代表性與隨機性要求01標準要求試樣需從同一批次材料中隨機取樣，取樣位置覆蓋材料不同區(qū)域，避免因材料不均勻導致的結果偏差。對于板材、薄膜等不同形態(tài)材料，取樣方式不同：板材需在中心及邊緣區(qū)域取樣，薄膜需連續(xù)取樣多片。代表性取樣確保測試結果能反映整批材料性能，是后續(xù)測試準確性的基礎。02（二）試樣尺寸與形狀的精準控制規(guī)范根據(jù)電極系統(tǒng)類型，標準明確了試樣尺寸要求：如采用平行板電極時，圓形試樣直徑宜為25mm~50mm，厚度為0.1mm~10mm，尺寸偏差需控制在±0.5%以內(nèi)。試樣表面需平整、無裂紋、無雜質(zhì)，邊緣無毛刺。尺寸精準控制可保證電極與試樣良好接觸，避免邊緣效應影響電容測量，直接提升數(shù)據(jù)準確性。12（三）試樣預處理的環(huán)境條件與操作流程預處理需控制環(huán)境溫度（23℃±2℃)、相對濕度（50%±5%），將試樣置于該環(huán)境中靜置24h以上，消除前期儲存環(huán)境對材料介電性能的影響。對于吸濕性材料，需在干燥環(huán)境中預處理，避免水分導致電導增大，使損耗因數(shù)測試值偏高。預處理流程需記錄環(huán)境參數(shù)，確?？勺匪菪裕瑸榻Y果復現(xiàn)提供保障。12試樣狀態(tài)的質(zhì)量檢驗與不合格判定標準1預處理后需檢驗試樣狀態(tài)：表面平整度用千分表測量，偏差超過0.01mm為不合格；用放大鏡檢查有無裂紋、氣泡，存在此類缺陷的試樣需剔除；測量厚度時取不同位置5點平均值，偏差超過標準要求需重新取樣。不合格試樣直接影響測試結果真實性，嚴格檢驗可避免無效測試，提升測試效率與數(shù)據(jù)可靠性。2、測試設備的選型與校準規(guī)范：從傳感器到頻率發(fā)生器，哪些設備參數(shù)直接決定測試精度？核心測試設備的關鍵參數(shù)要求頻率發(fā)生器需滿足0.1Hz~10MHz連續(xù)可調(diào)，頻率精度±0.1%；電容測量儀量程需覆蓋1pF~100nF，精度±0.05%；電壓源輸出范圍0V~10kV，穩(wěn)定性±0.1%/h。電極系統(tǒng)需采用導電性能良好的金屬材料（如銅、銀），平行板電極平整度≤0.001mm。這些參數(shù)直接決定測試范圍與精度，是設備選型的核心依據(jù)。（二）電極系統(tǒng)的選型與安裝調(diào)試要點根據(jù)試樣形態(tài)選型：薄膜材料選平行板電極，不規(guī)則試樣選三電極系統(tǒng)。安裝時需保證電極與試樣同軸，壓力均勻（0.1MPa~0.5MPa），避免接觸不良。調(diào)試時需測量電極間絕緣電阻，確保大于1012Ω,減少漏電流影響。電極系統(tǒng)的選型與調(diào)試直接影響電容測量準確性，是設備環(huán)節(jié)的關鍵控制點。（三）設備校準的周期與權威校準方法1標準要求設備每年至少校準一次，校準機構需具備CNAS資質(zhì)。校準項目包括頻率精度、電容測量精度、電壓穩(wěn)定性等。采用標準電容器（已知電容值）校準電容測量儀，用標準信號源校準頻率發(fā)生器，通過比對測量值與標準值的偏差，調(diào)整設備參數(shù)。定期校準確保設備處于正常工作狀態(tài)，保障測試數(shù)據(jù)的溯源性。2輔助設備的配置與性能匹配要求01需配置環(huán)境控制系統(tǒng)（控溫精度±0.5℃,控濕精度±2%），保障測試環(huán)境穩(wěn)定；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采樣頻率需為測試頻率的10倍以上，避免數(shù)據(jù)失真；屏蔽罩用于減少電磁干擾，屏蔽效能需≥80dB。輔助設備性能需與核心設備匹配，如環(huán)境控制系統(tǒng)精度不足會導致材料介電性能波動，影響測試結果。02六

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測試流程的分步實施指南

：從試樣安裝到數(shù)據(jù)記錄

，如何規(guī)避每一步的誤差風險？測試前的設備與環(huán)境準備工作01測試前需檢查設備校準狀態(tài)，開機預熱30min使設備性能穩(wěn)定；環(huán)境控制系統(tǒng)需提前1h開啟，將溫度、濕度調(diào)節(jié)至標準要求并穩(wěn)定；清潔電極表面，去除油污、雜質(zhì)，用無水乙醇擦拭后晾干；準備好試樣，核對預處理記錄。充分準備可規(guī)避設備不穩(wěn)定、環(huán)境波動、電極污染等初始誤差風險。02（二）試樣安裝的規(guī)范操作與接觸性保障01將預處理后的試樣平穩(wěn)放置在下電極中心，確保無偏移；緩慢放下上電極，施加規(guī)定壓力，避免試樣變形或破損；對于薄膜試樣，可在電極與試樣間放置導電膏增強接觸，但需控制用量避免污染試樣。安裝后檢查電極與試樣接觸是否均勻，可用萬用表測量電極間電阻，確認無接觸不良情況，規(guī)避接觸電阻導致的誤差。02（三）頻率掃描的參數(shù)設置與過程監(jiān)控要點頻率掃描從0.1Hz開始，按對數(shù)間隔設置頻率點（如0.1Hz、1Hz、10Hz…10MHz），每個頻率點停留時間≥3倍極化時間，確保極化過程達到穩(wěn)定。掃描過程中實時監(jiān)控電壓、電流波形，觀察是否存在畸變，若有畸變需檢查電極接觸或設備狀態(tài)。合理設置參數(shù)與過程監(jiān)控可避免未達穩(wěn)定狀態(tài)導致的數(shù)據(jù)偏差。數(shù)據(jù)記錄與原始數(shù)據(jù)管理規(guī)范每個頻率點需記錄相對介電常數(shù)、介質(zhì)損耗因數(shù)、測試溫度、濕度、電壓等數(shù)據(jù)，記錄精度保留4位有效數(shù)字。原始數(shù)據(jù)需采用紙質(zhì)或電子臺賬記錄，明確試樣編號、批次、測試人員、日期等信息，確保可追溯。禁止隨意修改原始數(shù)據(jù)，異常數(shù)據(jù)需標注原因并重新測試，保障數(shù)據(jù)的真實性與完整性。、數(shù)據(jù)處理與結果評定的權威方法：專家視角解析數(shù)據(jù)修正、誤差分析與合格判定邏輯原始數(shù)據(jù)的有效性篩選與異常值處理采用格拉布斯準則篩選異常值：計算數(shù)據(jù)標準差與平均值，若某數(shù)據(jù)與平均值偏差超過3倍標準差，判定為異常值。異常值需分析原因，如為設備波動導致需重新測試，如為試樣缺陷導致需剔除該試樣數(shù)據(jù)。篩選時需保留原始數(shù)據(jù)與篩選記錄，確保過程可追溯，避免因隨意剔除數(shù)據(jù)導致的結果失真。12（二）數(shù)據(jù)修正的核心方法與適用場景核心修正包括邊緣效應修正與溫度修正：邊緣效應可通過修正公式（考慮電極直徑與試樣厚度比）計算修正后的電容值；溫度修正需根據(jù)材料溫度系數(shù)，將非標準溫度下的測試值修正至23℃基準值。對于吸濕性材料，還需進行濕度修正。修正方法需嚴格遵循標準公式，不同材料適用不同修正系數(shù)，避免修正不當引入新誤差。12（三）誤差分析的科學方法與主要誤差來源識別采用系統(tǒng)誤差與隨機誤差分離法分析：系統(tǒng)誤差包括設備校準偏差、電極邊緣效應、環(huán)境控制誤差等，可通過校準設備、修正公式、提升環(huán)境精度規(guī)避；隨機誤差包括試樣不均勻性、操作重復性偏差等，可通過多次測量（同一試樣測量3次）取平均值減小。誤差分析需量化誤差范圍，確保測試結果在允許誤差內(nèi)（相對介電常數(shù)允許誤差±2%，損耗因數(shù)±5%）。結果評定的依據(jù)與合格判定的分級標準評定依據(jù)為標準規(guī)定的技術指標與產(chǎn)品規(guī)范要求，若無產(chǎn)品規(guī)范則參考行業(yè)通用標準。合格判定分三級：A級（偏差≤允許誤差的50%）、B級（偏差≤允許誤差）、不合格（偏差>允許誤差）。判定時需結合數(shù)據(jù)修正結果與誤差分析，出具包含測試值、修正值、誤差范圍的評定報告，為材料質(zhì)量判定提供權威依據(jù)。、不同應用場景下的測試差異化策略：電子、電力、航空領域如何適配標準要求？電子信息領域的測試重點與參數(shù)調(diào)整1電子領域關注材料高頻介電性能（1MHz~10MHz），如芯片封裝材料需低介電常數(shù)以減少信號延遲。測試時將頻率掃描重點放在高頻段，增加該區(qū)間頻率點密度；采用小尺寸試樣（直徑25mm）適配電子材料小型化特點；環(huán)境控制需更嚴格（溫度23℃±0.5℃),避免高溫影響高頻性能。通過參數(shù)調(diào)整精準匹配電子領域應用需求。2（二）電力裝備領域的測試側重點與特殊要求電力領域關注材料低頻耐老化性能（0.1Hz~1kHz），如電纜絕緣材料需低損耗以減少發(fā)熱。測試時延長低頻段停留時間（每頻率點≥5倍極化時間），模擬長期運行狀態(tài)；采用厚試樣（5mm~10mm）模擬實際使用厚度；增加耐溫測試場景（如70℃、100℃),評估高溫下介電性能穩(wěn)定性，契合電力裝備長期高溫運行需求。（三）航空航天領域的極端環(huán)境適配測試策略航空航天領域需應對高低溫、低氣壓等極端環(huán)境，測試時環(huán)境控制系統(tǒng)需覆蓋-55℃~125℃溫度范圍、0.01MPa~0.1MPa氣壓范圍；采用三電極系統(tǒng)減少低氣壓下的表面放電影響；頻率掃描需兼顧高低頻，適配航空電子設備與高壓系統(tǒng)的不同需求。同時，增加循環(huán)測試（高低溫循環(huán)10次后再測試），評估材料穩(wěn)定性。12通用場景與特殊場景的測試方案切換要點通用場景采用標準參數(shù)（溫度23℃、濕度50%、頻率全區(qū)間掃描）；切換至特殊場景時，先調(diào)整環(huán)境參數(shù)并穩(wěn)定，再根據(jù)場景需求調(diào)整試樣尺寸、頻率點分布、測試時間等。切換后需用標準試樣驗證測試方案有效性，如航空場景切換后用已知性能的航空絕緣材料測試，確認數(shù)據(jù)與歷史值一致，保障方案適配性。12、標準實施中的常見疑點與解決方案：頻率干擾、試樣極化等難題如何科學破解？頻率干擾導致的數(shù)據(jù)波動問題與破解之道常見干擾為外部電磁信號（如電網(wǎng)干擾、無線信號）導致高頻段數(shù)據(jù)波動。解決方案：測試系統(tǒng)加裝屏蔽罩，屏蔽線連接設備與電極；將測試設備接地，接地電阻≤1Ω；避開高電磁干擾環(huán)境（如遠離變壓器、無線發(fā)射裝置）；采用差分測量法抑制共模干擾。實施后可使高頻段數(shù)據(jù)波動幅度控制在±0.5%以內(nèi)，解決干擾問題。（二）試樣極化不完全的成因與解決策略低頻段易出現(xiàn)極化不完全，表現(xiàn)為同一頻率點多次測量值遞增。成因包括停留時間不足、試樣厚度過大、環(huán)境溫度偏低。解決策略：延長低頻段停留時間（0.1Hz~1Hz頻率點停留≥10s）；對厚試樣采用分步極化（從低頻到高頻逐步掃描，避免初始極化不足）；將環(huán)境溫度控制在標準上限（25℃),加速極化過程，確保數(shù)據(jù)穩(wěn)定。（三）電極接觸不良引發(fā)的測試誤差與改進方法01接觸不良導致電容測量值偏小、損耗因數(shù)偏高。改進方法：對于剛性試樣，增加電極壓力至0.3MPa~0.5MPa；對于柔性試樣，采用彈性電極（如帶彈簧的上電極）保證均勻接觸；在電極表面噴涂導電涂層，提升導電性能；安裝后用阻抗分析儀測量接觸阻抗，確?！?Ω,及時發(fā)現(xiàn)并解決接觸問題。02不同實驗室間數(shù)據(jù)差異的溯源與統(tǒng)一措施01數(shù)據(jù)差異源于設備校準偏差、試樣預處理環(huán)境不同、操作習慣差異。溯源方法：開展實驗室間比對試驗，采用同一批次標準試樣在不同實驗室測試；分析差異來源，如校準偏差需重新校準設備，環(huán)