介電常數(shù)的測(cè)量按材質(zhì)分類可以分為對(duì)固體、液體、氣體以及粉末(顆粒)的測(cè)量[7]。固體電介質(zhì)在測(cè)量時(shí)應(yīng)用最為廣泛，通常可以分為對(duì)固定形狀大小的固體和對(duì)形狀不確定的固體的測(cè)量。相對(duì)于固體，液體和氣體的測(cè)試方法較少。對(duì)于液體，可以采用波導(dǎo)反射法測(cè)量其介電常數(shù)，誤差在5%左右[8]。此外國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中給出了在90℃、工頻條件下測(cè)量液體損耗角正切及介電常數(shù)的方法[9]。對(duì)于氣體，具體測(cè)試方法少且精度都不十分高。文獻(xiàn)[10]中給出一種測(cè)量方法，以測(cè)量共振頻率為基礎(chǔ)，在LC串聯(lián)諧振電路中產(chǎn)生震蕩，利用數(shù)字頻率計(jì)測(cè)量諧振頻率，不斷改變壓強(qiáng)和記錄當(dāng)前壓強(qiáng)下諧振頻率，最后用作圖或者一元線性回歸法處理數(shù)據(jù)，得到電容變化率進(jìn)而計(jì)算出相對(duì)介電常數(shù)。
表1是測(cè)量固體介電常數(shù)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法(不包括廢止的方法)及其對(duì)頻率、介電常數(shù)范圍、材料等情況的要求。
表1. 測(cè)量固體介電常數(shù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法[9,11-25]
如表1所示，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)對(duì)微擾法和開(kāi)式腔法的過(guò)程做了詳細(xì)介紹，然而對(duì)適用頻率和介電常數(shù)的范圍都有所限制。所以在不同材料，不同頻率的情況下，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)也給出了相應(yīng)的具體測(cè)量方法。可見(jiàn)，上面所分析的方法并不是可以隨便套用的。在不同的系統(tǒng)、測(cè)量不同的材料、所要求的頻率不同的情況下，需要對(duì)其具體問(wèn)題具體分析，這樣才能得出最準(zhǔn)確的方法。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量方法覆蓋的頻率為50 MHz以下和100 MHz到30 GHz，可以說(shuō)是一個(gè)較廣的頻率覆蓋范圍，但是不同范圍適用的材料和環(huán)境等都有所不同。介電常數(shù)的覆蓋范圍是2到100，接近1的介電常數(shù)和較高介電常數(shù)的測(cè)量方法比較稀缺，損耗普遍在10-3到10-4的數(shù)量級(jí)上。
高頻絕緣材料介電常數(shù)介質(zhì)損耗測(cè)試系統(tǒng)由測(cè)試裝置（夾具）、高頻Q表、數(shù)據(jù)采集和tanδ自動(dòng)測(cè)量控件電感器組成。依據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T 1409-2006、GB/T 1693-2007、美標(biāo)ASTM D150以及國(guó)際電工委員會(huì)IEC60250的規(guī)定設(shè)計(jì)制作。系統(tǒng)提供了絕緣材料的高頻介質(zhì)損耗角正切值(tanδ)和介電常數(shù)(ε)自動(dòng)測(cè)量的最佳解決方案。本儀器中測(cè)試裝置是由平板電容器組成，平板電容器一般用來(lái)夾被測(cè)樣品，配用Q表作為指示儀器。絕緣材料的損耗角正切值是通過(guò)被測(cè)樣品放入平板電容器和不放樣品的Q值變化和厚度的刻度讀數(shù)通過(guò)公式計(jì)算得到。使用數(shù)字Q表具有自動(dòng)計(jì)算介電常數(shù)（ε）和介質(zhì)損耗（tanδ）。
一 本設(shè)備適用標(biāo)準(zhǔn)
1 GBT 1409-2006 測(cè)量電氣絕緣材料在工頻、音頻、高頻(包括米波波長(zhǎng)存內(nèi))下電容率和介質(zhì)損耗因數(shù)的推薦方法
2 GBT 1693-2007 硫化橡膠 介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切值的測(cè)定方法
3 ASTM-D150-介電常數(shù)測(cè)試方法
4 GB9622.9-88/SJT 11043-1996 電子玻璃高頻介質(zhì)損耗和介電常數(shù)的測(cè)試方法
介電常數(shù)/介質(zhì)損耗測(cè)試系統(tǒng)系統(tǒng)組成：
1. 主機(jī)：高頻Q表
功能名稱： | GHJ-B |
信號(hào)源范圍DDS數(shù)字合成信號(hào) | 100KHZ-160MHz |
信號(hào)源頻率覆蓋比 | 16000:1 |
信號(hào)源頻率精度 6位有效數(shù) | 3×10-5 ±1個(gè)字 |
采樣精度 | 12BIT 高精度的AD采樣，保證了Q值的穩(wěn)定性，以及低介質(zhì)損耗材料測(cè)試時(shí)候的穩(wěn)定性 |
Q測(cè)量范圍 | 1-1000自動(dòng)/手動(dòng)量程 |
Q分辨率 | 4位有效數(shù),分辨率0.1 |
Q測(cè)量工作誤差 | <5% |
電感測(cè)量范圍 4位有效數(shù),分辨率0.1nH | 1nH-140mH分辨率0.1nH |
電感測(cè)量誤差 | <3% |
調(diào)諧電容 | 主電容17-240pF (一體鍍銀成型,精度高) |
電容自動(dòng)搜索 | 是(帶步進(jìn)馬達(dá)) |
電容直接測(cè)量范圍 | 1pF～25nF |
調(diào)諧電容誤差 分辨率 | ±1 pF或<1% 0.1pF |
諧振點(diǎn)搜索 | 自動(dòng)掃描 |
Q合格預(yù)置范圍 | 5-1000聲光提示 |
Q量程切換 | 自動(dòng)/手動(dòng) |
LCD顯示參數(shù) | F，L，C，Q，Lt，Ct, tn, Σr |
自身殘余電感和測(cè)試引線電感的 | 有 |
大電容值直接測(cè)量顯示功能 | 測(cè)量值可達(dá)25nF |
介質(zhì)損耗系數(shù) | 精度 萬(wàn)分之一 |
介電常數(shù) | 精度 千分之一 |
材料測(cè)試厚度 | 0.1mm-10mm |
介電常數(shù) | LCD直接顯示 |
介質(zhì)損耗系數(shù) | LCD直接顯示 |
2. （數(shù)顯）介電常數(shù)εr和介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ測(cè)試裝置：
固體：材料測(cè)量直徑Φ38mm ；厚度可調(diào) ≥ 15mm
3. 電感組
電感No | 電感量 | 準(zhǔn)確度% | Q值≥ | 分布電容約略值 | 諧振頻率范圍 MHz | 適合介電常數(shù)測(cè)試頻率 | |
1 | 0.1μH | ±0.05μH | 200 | 5pF | 20~70 | 31~103 | 50MHz |
2 | 0.5μH | ±0.05μH | 200 | 5pF | 10~37 | 14.8~46.6 | 15MHz |
3 | 2.5μH | ±5% | 200 | 5pF | 4.6~17.4 | 6.8~21.4 | 10MHz |
4 | 10μH | ±5% | 200 | 6pF | 2.3~8.6 | 3.4~10.55 | 5MHz |
5 | 50μH | ±5% | 200 | 6pF | 1~3.75 | 1.5~4.55 | 1.5MHz |
6 | 100μH | ±5% | 200 | 6pF | 0.75~2.64 | 1.06~3.20 | 1MHz |
7 | 1mH | ±5% | 150 | 8pF | 0.23~0.84 | 0.34~1.02 | 0.5MHz |
8 | 5mH | ±5% | 130 | 8pF | 0.1~0.33 | 0.148~0.39 | 0.25MHz |
9 | 10mH | ±5% | 90 | 8pF | 0.072~0.26 | 0.107~0.32 | 0.1MHz |
注意: 可定制100MHz電感.
三 高頻介電常數(shù)及介質(zhì)蒜損耗測(cè)試系統(tǒng)主要測(cè)試材料:
1 絕緣導(dǎo)熱硅膠,石英晶玻璃,陶瓷片,薄膜,OCA光學(xué)膠,環(huán)氧樹(shù)脂材料,塑料材料,FR4 PCB板材, PA尼龍/滌綸,PE聚乙烯,PTFE聚四氟乙烯,PS聚苯乙烯,PC聚碳酸旨,PVC,PMMA等
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