第二章 电容(相对介电常数)及损耗因数的测量.ppt

2-1概述
2-2电桥法测量Cx及tanδ
2-3谐振法测量Cx及tanδ
2-4测量误差及其消除方法
2-5介电谱的测量
1、对相对介电常数εr的要求
1）储能元件大，使单位体积中储存的能量大
2）一般电工设备小，减小流过的电容电流
2、对介质损耗因数tanδ(介质损耗角正切)的要求
1）一般电工设备中用的电介质和绝缘体小，否则易消耗浪费电能，使介质发热，容易造成老化或损坏
2）特殊要求利用介质发热大
3、测量目的：
1）检验评定电工设备、元件的性能，选择合适的绝缘材料
2）通过测量，来判断绝缘系统中的含湿量、老化程度等
3）测量其频率谱和温度谱，可作为研究电介质和绝缘材料物质结构的一种手段相对介电常数εr损耗因数tanδ电路分析法计算tanδ影响相对介电常数与损耗因数的因素2、频率
极化需要一定时间，若这时间比交变电场的周期长的多，这种极化就来不及完成。频率低时，各种极化都存在，εr大，频率高时，夹层极化、偶极子极化来不及完成，只剩下电子极化、原子极化，εr减小。
tanδ：主要由偶极子极化、夹层极化造成。频率高，无极化故无损耗；频率低，极化完全跟的上电场变化而无滞后，相位差为90o，也无损耗；只在极化有滞后时出现介质损耗，εr变化时，tanδ出现最大值3、温度
εr:温度升高会使分子间的束缚力减小，极化容易形成，因而介电常数增大，但当温度很高时，物质密度降低，而且分子的热运动加剧，从而使极化强度降低。
tanδ：温度较低时，在εr变化时出现最大值，而在温度很高时，由于电导产生的介质损耗占主要地位，介质损耗就和电导一样随温度上升而指数式增长。同时温度升高，极化松弛时间减小，tanδ随频率变化的最大值向高频方向移动。

4、湿度
水的εr很大（81），同时水分渗入会起增塑作用，使极化更容易形成，也使得εr明显增大，在加上水的电导也比较大，tanδ也明显增大。适用：测量频率不很高时（低于MHz）
分类：
阻容电桥
高压西林电桥：精密西林电桥，大电容电桥，反接和对角线接地电桥
低压阻容电桥：电容比例臂电桥，电阻比例臂电桥
变压器电桥（电感比例臂电桥）
电流比变压器电桥
电压比变压器电桥
自动平衡电桥
双T电桥阻容电桥：精密西林电桥（高压）大电容电桥反接和对角线接地电桥低压阻容电桥（适用于薄膜材料）变压器电桥——电感比例臂电桥（二）电压比变压器电桥：电感桥臂与电桥的电源耦合
适用：施加于电桥的电压不高时

（三）自动平衡电桥：电压比例臂变压器电桥制成
选择标准元件RN，CN，自动平衡的改变UR，UC，直到电桥平衡

数字式自动平衡电桥
LR，CR锁相器；ADA模数、数模转换器；
不接试品，选择RN，CN；接试品，自动调节UC，UR

d:试样厚度A:电极面积CN:标准电容Ux:施加于试样上的电压Uc:记录的信号
RN:标准电阻UR:记录的信号γ0:电流电导率ε’’：损耗指数双T电桥电桥法的局限性：
1、随频率提高，测量回路中的杂散电容及电感对测量结果的影响增大
2、电桥回路和元件的杂散电容及电感较大，一般适用于测量频率在MHz以下

谐振法优点：
1、测量频率在MHz以上
2、谐振法测试回路简单，用的元件少，杂散电容及电感较小
3、用替代法测量，可把部分固定的误差减除
4、在很高测量频率(GHz)下，可使测量误差减到允许范围谐振法测量电容变Q法测量tanδQ表变电纳法测量tanδ一、外来电磁场干扰
试品空间中的电磁场，在试品测试回路中产生干扰电流
消除：
1)屏蔽法:试品的测试系统和干扰源之间用金属板或网屏蔽起来，使电磁场透过屏蔽层时大大衰减，衰减程度与屏蔽材料的电导率、磁导率、金属板的厚度以及被衰减的电磁波的频率有关。适用于实验室内，在变电站等现场试验中无法采用。
2)倒向法：在正相和反相电压下，两次测量

检测：磁场干扰主要是影响指示电桥平衡的检流计的正常工作，即改变其中的固有磁场。测量前先把检流计的输入开关置于断开位置，若只是不为零，说明有外来磁场的干扰，可移动电桥和检流计位置，直到指示为零。或采用倒向法测量后计算二、外界耦合阻抗
外来阻抗与试品或任一桥臂耦合，对测量结果造成严重影响
1)星形阻抗与试品耦合:
耦合阻抗不同，对测得电容及tanδ影响不同

2)变压器旁放置木梯
电容偏大，tanδ偏小

3)电机棒放在桌子上
电容和损耗因数都偏大三、电极、电导等可能造成的误差：误差随测量频率的提高而增大
1、连接导线的电阻、电感以及分布电容带来误差
分析接线电感和电阻影响时，试品用串联等效电路表示
测量频率很高(几MHz以上)，试品电容很大，接线很长时，要注意接线电感及电阻的影响
分析接线电容影响时，试品用并联等效电路表示
测得的电容偏大，损耗因数偏小
2、对于原材料或某