塑料介電常數(shù)測(cè)試儀塑料介電常數(shù)測(cè)試儀

概念：

電介質(zhì)在外電場(chǎng)作用下，其內(nèi)部會(huì)有發(fā)熱現(xiàn)象，這說明有部分電能已轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉，電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下，在單位時(shí)間內(nèi)因發(fā)熱而消耗的能量稱為電介質(zhì)的損耗功率，或簡(jiǎn)稱介質(zhì)損耗（diclectric loss）。介質(zhì)損耗是應(yīng)用于交流電場(chǎng)中電介質(zhì)的重要品質(zhì)指標(biāo)之一。介質(zhì)損耗不但消耗了電能，而且使元件發(fā)熱影響其正常工作。如果介電損耗較大，甚至?xí)鸾橘|(zhì)的過熱而絕緣破壞，所以從這種意義上講，介質(zhì)損耗越小越好。

形式

各種不同形式的損耗是綜合起作用的。由于介質(zhì)損耗的原因是多方面的，所以介質(zhì)損耗的形式也是多種多樣的。介電損耗主要有以下形式：

1）漏導(dǎo)損耗

實(shí)際使用中的絕緣材料都不是完善的理想的電介質(zhì)，在外電場(chǎng)的作用下，總有一些帶電粒子會(huì)發(fā)生移動(dòng)而引起微弱的電流，這種微小電流稱為漏導(dǎo)電流，漏導(dǎo)電流流經(jīng)介質(zhì)時(shí)使介質(zhì)發(fā)熱而損耗了電能。這種因電導(dǎo)而引起的介質(zhì)損耗稱為“漏導(dǎo)損耗”。由于實(shí)阿的電介質(zhì)總存在一些缺陷，或多或少存在一些帶電粒子或空位，因此介質(zhì)不論在直流電場(chǎng)或交變電場(chǎng)作用下都會(huì)發(fā)生漏導(dǎo)損耗。

2）極化損耗

在介質(zhì)發(fā)生緩慢極化時(shí)（松弛極化、空間電荷極化等），帶電粒子在電場(chǎng)力的影響下因克服熱運(yùn)動(dòng)而引起的能量損耗。

　　一些介質(zhì)在電場(chǎng)極化時(shí)也會(huì)產(chǎn)生損耗，這種損耗一般稱極化損耗。位移極化從建立極化到其穩(wěn)定所需時(shí)間很短（約為10-16～10-12s），這在無線電頻率（5×1012Hz 以下）范圍均可認(rèn)為是極短的，因此基本上不消耗能量。其他緩慢極化（例如松弛極化、空間電荷極化等）在外電場(chǎng)作用下，需經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間（10-10s或更長(zhǎng)）才達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，因此會(huì)引起能量的損耗。

若外加頻率較低，介質(zhì)中所有的極化都能全跟上外電場(chǎng)變化，則不產(chǎn)生極化損耗。若外加頻率較高時(shí)，介質(zhì)中的極化跟不上外電場(chǎng)變化，于是產(chǎn)生極化損耗。

電離損耗

電離損耗（又稱游離損耗）是由氣體引起的，含有氣孔的固體介質(zhì)在外加電場(chǎng)強(qiáng)度超過氣孔氣體電離所需要的電場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，由于氣體的電離吸收能量而造成指耗，這種損耗稱為電離損耗。

結(jié)構(gòu)損耗

在高頻電場(chǎng)和低溫下，有一類與介質(zhì)內(nèi)鄰結(jié)構(gòu)的緊密度密切相關(guān)的介質(zhì)損耗稱為結(jié)構(gòu)損耗。這類損耗與溫度關(guān)系不大，耗功隨頻率升高而增大。

試驗(yàn)表明結(jié)構(gòu)緊密的晶體成玻璃體的結(jié)構(gòu)損耗都很小，但是當(dāng)某此原因（如雜質(zhì)的摻入、試樣經(jīng)淬火急冷的熱處理等）使它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)松散后。其結(jié)構(gòu)耗就會(huì)大大升高。

宏觀結(jié)構(gòu)不均勾性的介質(zhì)損耗

工程介質(zhì)材料大多數(shù)是不均勻介質(zhì)。例如陶瓷材料就是如此，它通常包含有晶相、玻璃相和氣相，各相在介質(zhì)中是統(tǒng)計(jì)分布口。由于各相的介電性不同，有可能在兩相間積聚了較多的自由電荷使介質(zhì)的電場(chǎng)分布不均勻，造成局部有較高的電場(chǎng)強(qiáng)度而引起了較高的損耗。但作為電介質(zhì)整體來看，整個(gè)電介質(zhì)的介質(zhì)損耗必然介于損耗大的一相和損耗小的一相之間。

表征：

電介質(zhì)在恒定電場(chǎng)作用下，介質(zhì)損耗的功率為

　　W=U2/R=（Ed）2S/ρd=σE2Sd

定義單位體積的介質(zhì)損耗為介質(zhì)損耗率為

ω=σE2

在交變電場(chǎng)作用下，電位移D與電場(chǎng)強(qiáng)度E均變?yōu)閺?fù)數(shù)矢量，此時(shí)介電常數(shù)也變成復(fù)數(shù)，其虛部就表示了電介質(zhì)中能量損耗的大小。

D，E，J之間的相位關(guān)系圖

D，E，J之間的相位關(guān)系圖

如圖所示，從電路觀點(diǎn)來看，電介質(zhì)中的電流密度為

J=dD/dt=d（εE）/dt=Jτ+iJe

式中Jτ與E同相位。稱為有功電流密度，導(dǎo)致能量損耗；Je，相比較E超前90°，稱為無功電流密度。

定義

tanδ=Jτ/Je=ε〞/εˊ

式中，δ稱為損耗角，tanδ稱為損耗角正切值。

損耗角正切表示為獲得給定的存儲(chǔ)電荷要消耗的能量的大小，是電介質(zhì)作為絕緣材料使用時(shí)的重要評(píng)價(jià)參數(shù)。為了減少介質(zhì)損耗，希望材料具有較小的介電常數(shù)和更小的損耗角正切。損耗因素的倒數(shù)Q=（tanδ）-1在高頻絕緣應(yīng)用條件下稱為電介質(zhì)的品質(zhì)因素，希望它的值要高。

工程材料：離子晶體的損耗，離子晶體的介質(zhì)損耗與其結(jié)構(gòu)的緊密程度有關(guān)。

緊密結(jié)構(gòu)的晶體離子都排列很有規(guī)則，鍵強(qiáng)度比較大，如α-Al2O3、鎂橄欖石晶體等，在外電場(chǎng)作用下很難發(fā)生離子松弛極化，只有電子式和離子式的位移極化，所以無極化損耗，僅有的一點(diǎn)損耗是由漏導(dǎo)引起的（包括本質(zhì)電導(dǎo)和少量雜質(zhì)引起的雜質(zhì)電導(dǎo)）。這類晶體的介質(zhì)損耗功率與頻率無關(guān)，損耗角正切隨頻率的升高而降低。因此，以這類晶體為主晶相的陶瓷往往用在高頻場(chǎng)合。如剛玉瓷、滑石瓷、金紅石瓷、鎂橄欖石瓷等

結(jié)構(gòu)松散的離子晶體，如莫來石（3Al2O3·2SiO2）、董青石（2MgO·2Al2O3·5SiO2）等，其內(nèi)部有較大的空隙或晶格畸變，含有缺陷和較多的雜質(zhì)，離子的活動(dòng)范圍擴(kuò)大。在外電場(chǎng)作用下，晶體中的弱聯(lián)系離子有可能貫穿電極運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生電導(dǎo)打耗。弱聯(lián)系離子也可能在一定范圍內(nèi)來回運(yùn)動(dòng)，形成熱離子松弛，出現(xiàn)極化損耗。所以這類晶體的介質(zhì)損耗較大，由這類品體作主晶相的陶瓷材料不適用于高頻，只能應(yīng)用于低頻場(chǎng)合。