1Mhz相对介电常数测定仪 50-60HZ工频介电常数测量仪 阻抗分析仪

原标题:1Mhz相对介电常数测定仪 50-60HZ工频介电常数测量仪 阻抗分析仪

了解多种测量介电常数的方法及其特点和适用范围,掌握替代法,比较法和谐振法测固体电介质介电常数的原理和方法,用自己设计与制作的介电常数测试仪,测量压电陶瓷的介电常数。

介质材料的介电常数一般采用相对介电常数εr来表示,通常采用测量样品的电容量,经过计算求出εr,它们满足如下关系:

式中ε为绝对介电常数,ε0为真空介电常数,S为样品的有效面积,d为样品的厚度,C为被测样品的电容量,通常取频率为1kHz时的电容量C。

当实验室无专用测量电容的仪器,但有标准可变电容箱或标准可变电容器时,可采用替代法设计一简易的电容测试仪来测量电容。这种方法的优点是对仪器的要求不高,由于引线参数可以抵消,故测量精度只取决于标准可变电容箱或标准可变电容器读数的精度。若待测电容与标准可变电容的损耗相差不大,则该方法具有较高的测量精度。

替代法参考电路如图2.2.6-1(a)所示,将待测电容Cx(图中Rx是待测电容的介电损耗电阻),限流电阻R0(取1kΩ)、安培计与信号源组成一简单串联电路。合上开关K1,调节信号源的频率和电压及限流电阻R0,使安培计的读数在毫安范围恒定(并保持仪器最高的有效位数),记录读数Ix。将开关K2打到B点,让标准电容箱Cs和交流电阻箱Rs替代Cx调节Cs和Rs值,使Is接近Ix。多次变换开关K2的位置(A,B位),反复调节Cs和Rs,使。假定Cx上的介电损耗电阻Rx与标准电容箱的介电损耗电阻Rs相接近(),则有。

另一种参考电路如图2.2.6-1(b)所示,将标准电容箱Cs调到极小值,双刀双掷开关K2扳到AA’,测量Cx上的电压Vx值;再将K2扳到BB’,调节Cs让Cs上的电压VS接近Vx。将开关K2来回扳到AA’和BB’位,不断调节Cs和Rs值,使伏特计上的读数不变,即,若,则有。

当待测的电容量较小时,用替代法测量,标准可变电容箱的有效位数损失太大,可采用比较法。此时电路引入的参量少,测量精度与标准电容箱的精度密切相关,考虑到Cs和Rs均是十进制旋钮调节,故无法真正调到,所以用比较法只能部分修正电压差带来的误差。比较法的参考电路如图2.2.6-2所示,假定Cs上的Rx与Rs接近(),则测量Cx和Cs上的电压比Vs/Vx即可求得Cx:

谐振法测量电容的原理图见图2.2.6-3,由已知电感L(取1H),电阻R(取1kΩ)和待测电容Cx组成振荡电路,改变信号源频率使RLC回路谐振,伏特计上指示最大,则电容可由下式求出:

式中f为频率,L为已知电感,Cx为待测电容。当待测电容Cx较小时,线圈和引线的分布电容,伏特计的输入电容等都对测量结构有影响,信号源频率的波动和读数精度都将对测量结果有很大的影响,若不采取其他措施,将导致式(2)计算的电容产生很大误差,而且待测电容Cx越小,测量误差越大,这时可采用谐振替代法来解决。

谐振替代法参考电路如图2.2.6-4所示,将电感器的一端与待测电容Cx串联,调节频率f使电路达到谐振,此时电容上的电压达到极大值,固定频率f0,用标准电容箱Cs代替Cx,调节Cs使电路达到谐振,电容上的电压再次达到极大值,此时。此方法的特点是电路简单、测量方便、测量精度与电感L和信号源频率f的测量精度无关,只取决于标准电容箱Cs的精度,在保证线路状态不变的情况下,可消除分布电容和杂散电容的影响。

对于有损耗的电容器,在其固有电感可以忽略不计的条件下,可用串联等效电路或并联等效电路来表示,如图2.2.6-5所示。有损耗的电容器的介质损耗在串联等效电路中为;在并联等效电路中为,故只要测量出待测样品的电容量和等效电阻R,便可测量出样品的介电常数εr和介电损耗tan δ的数值。

电桥的种类很多,主要有臂比电桥、臂乘电桥、变压器比臂电桥、差动电桥等,现仅举单边变压器比例臂电桥为例,参考电路如图2.2.6-6所示。甸桥平衡时,平衡指使器为0,流过绕组N1,N2,及被测阻抗Zx和标准阻抗Zs的电流都相等,绕组N1上的感应电动势E1必会与被测阻抗Zx上的压降平衡,同样绕组N2上的感应电动势E2必会与标准阻抗Zs上的压降平衡,故有

信号源一台,多用表两块,电容箱一个,交流电阻箱一个,压电陶瓷一个,电感器一个,导线若干。

a) 采用替代法(分别按图2.2.6-1(a)和(b)接线)设计一台简易的介电常数测试仪,测量压电陶瓷的介电常数εr,,分别测六次。

b) 用比较法设计一台简易的介电常数测试仪,测量压电陶瓷的介电常数εr,要求测六次。

c) 用谐振法设计一台简易的介电常数测试仪,测量压电陶瓷的介电常数εr,要求测六次。

d) 用谐振替代法设计一台简易的介电常数测试仪,测量压电陶瓷的介电常数εr,要求测六次。返回搜狐,查看更多

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