介電常數(shù)介質(zhì)損耗測(cè)試設(shè)備中介電常數(shù)與耗散因數(shù)間的關(guān)系

2023年05月10日 16:07:39人氣：754來源：北京智德創(chuàng)新儀器設(shè)備有限公司

　　介電常數(shù)又稱電容率或相對(duì)電容率，是表征電介質(zhì)或絕緣材料電性能的一個(gè)重要數(shù)據(jù)，常用 ε 表示。介質(zhì)在外加電場(chǎng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng) 電荷而削弱電場(chǎng)，原外加電場(chǎng)(真空中)與最終介質(zhì)中電場(chǎng)比值即為介電常數(shù)。其表示電介質(zhì)在電場(chǎng)中貯存靜電能的相對(duì)能力，例如一個(gè)電容板中充入介電常數(shù)為 ε 的物質(zhì)后可使其電容變大 ε 倍。介電常數(shù)愈小絕緣性愈好。如果有高介電常數(shù)的材料放在電場(chǎng)中，場(chǎng)的強(qiáng)度會(huì)在電介質(zhì)內(nèi)有可觀的下降。介電常數(shù)還用來表示介質(zhì)的極化程度，宏觀的介電常數(shù)的大小，反應(yīng)了微觀的極化現(xiàn)象的強(qiáng)弱。氣體電介質(zhì)的極化現(xiàn)象比較弱，各種氣體的相對(duì)介電常數(shù)都接近1 ，液體、固體的介電常數(shù)則各不相同，而且介電常數(shù)還與溫度、電源頻率有關(guān)

　　有些物質(zhì)介電常數(shù)具有復(fù)數(shù)形式，其實(shí)部即為介電常數(shù)，虛數(shù)部分常稱為耗散因數(shù)。

　　通常將耗散因數(shù)與介電常數(shù)之比稱作耗散角正切，其可表示材料與微波的耦合能力，耗散角正切值越大，材料與微波的耦合能力就越強(qiáng)。例如當(dāng)電磁波穿過電解質(zhì)時(shí)，波的速度被減小，波長也變短了。

　　介質(zhì)損耗是指置于交流電場(chǎng)中的介質(zhì)，以內(nèi)部發(fā)熱的形式表現(xiàn)出來的能量損耗。介質(zhì)損耗角是指對(duì)介質(zhì)施加交流電壓時(shí)，介質(zhì)內(nèi)部流過的電流相量與電壓向量之間的夾角的余角。介質(zhì)損耗角正切是對(duì)電介質(zhì)施加正弦波電壓時(shí)，外施電壓與相同頻率的電流之間相角的余角 δ 的正切值--tg δ. 其物理意義是：每個(gè)周期內(nèi)介質(zhì)損耗的能量//每個(gè)

　　周期內(nèi)介質(zhì)存儲(chǔ)的能量。

　　介電損耗角正切常用來表征介質(zhì)的介電損耗。介電損耗是指電介質(zhì)在交變電場(chǎng)中, 由于消耗部分電能而使電介質(zhì)本身發(fā)熱的現(xiàn)象。原因是電介質(zhì)中含有能導(dǎo)電的載流子,在外加電場(chǎng)作用下,產(chǎn)生導(dǎo)電電流,消耗掉一部分電能,轉(zhuǎn)為熱能。任何電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下都有能量

　　損耗，包括由電導(dǎo)引起的損耗和由某些極化過程引起的損耗。

　　用 tg δ作為綜合反應(yīng)介質(zhì)損耗特性優(yōu)劣的指標(biāo)，其是一個(gè)僅僅取決于材料本身的損耗特征而與其他因素?zé)o關(guān)的物理量， tgδ的增大意味著介質(zhì)絕緣性能變差，實(shí)踐中通常通過測(cè)量 tgδ來判斷設(shè)備絕緣性能的好壞。

　　由于介電損耗的作用電解質(zhì)在交變電場(chǎng)作用下將長生熱量，這些熱會(huì)使電介質(zhì)升溫并可能引起熱擊穿，因此，在絕緣技術(shù)中，特別是當(dāng)絕緣材料用于高電場(chǎng)強(qiáng)度或高頻的場(chǎng)合，應(yīng)盡量采用介質(zhì)損耗因數(shù)，即電介質(zhì)損耗角正切 tgδ較低的材料。但是，電介質(zhì)損耗也可用作一種電加熱手段，即利用高頻電場(chǎng)(一般為0.3--300兆赫茲)對(duì)介電常數(shù)大的材料(如木材、紙張、陶瓷等) 進(jìn)行加熱。這種加熱由于熱量產(chǎn)生在介質(zhì)內(nèi)部，比外部加熱速度更快、熱效率更高，而且熱均勻。頻率高于300兆赫時(shí)，達(dá)到微波波段，即為微波加熱(家用微波爐即據(jù)此原理)。

　　在絕緣設(shè)計(jì)時(shí)，必須注意材料的 tgδ值。若 tgδ過大則會(huì)引起嚴(yán) 重發(fā)熱，使絕緣材料加速老化，甚至導(dǎo)致熱擊穿。

　　一下例舉一些材料的 ε 值：

　　石英-----3.8

　　絕緣陶瓷-----6.0

　　紙------70

　　有機(jī)玻璃------2.63

　　PE-------2.3

　　PVC--------3.8

　　高分子材料的 ε 由主鏈中的鍵的性能和排列決定

　　分子結(jié)構(gòu)極性越強(qiáng)， ε 和 tg δ越大。

　　非極性材料的極化程度較小， ε 和 tg δ都較小。

　　當(dāng)電介質(zhì)用在不同場(chǎng)合時(shí)對(duì)介電常數(shù)與耗散因素的大小有不同的要求。做電容介質(zhì)時(shí) ε 大、 tg δ??；對(duì)航空航天材料而言， ε 要小 tg δ要大。

　　另外要注意材料的極性越強(qiáng)受濕度的影響越明顯。主要原因是高濕的作用使水分子擴(kuò)散到高分子的分子之間，使其極性增強(qiáng)；同時(shí)潮濕的空氣作用于塑料表面，幾乎在幾分鐘內(nèi)就使介質(zhì)的表面形成一層水膜，它具有離子性質(zhì)，能增加表面電導(dǎo)，因此使材料的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切 tgδ都隨之增大。故在具體應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意電介質(zhì)的周圍環(huán)境。

　　電介質(zhì)在現(xiàn)代生活中經(jīng)常被用到，而介電常數(shù)與耗散因素是電介質(zhì)的兩個(gè)重要參數(shù)，根據(jù)不同的要求，應(yīng)當(dāng)選用具有不用介電常數(shù)與耗散因數(shù)的材料，以達(dá)到最佳的效果。同時(shí)還應(yīng)當(dāng)注意外界因素對(duì)介電常數(shù)與耗散因數(shù)的影響。

關(guān)鍵詞：電容板

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