聚合物材料介電常數介質損耗測試儀

聚合物材料介電常數介質損耗測試儀被測材料有：
高分子復合材料、絕緣漆、尼龍制品材料、硅橡膠、硫化橡膠、橡膠、塑料、聚酯薄膜、聚四氟乙烯、環氧樹脂、電纜料、納米材料、導熱材料、硅膠片、絕緣材料、光伏材料、塑膠原料、高分析材料、功能膜材料、塑料制品、絕緣軟管、熱塑性塑料材料、板材和片狀材料、絕緣紙、軟管和軟套管、廣電新材料、聚合物材料、涂料涂層、纖維制品、PVA/PP/PE、通用塑料、工程塑料、塑料助劑、填充母料、塑料機械、塑料制品、天然橡膠、其他化工、合成橡膠、橡膠助劑、骨架材料、復材制品、橡膠機械、橡膠制品、天然纖維、通用分析儀、人造纖維、合成纖維、特種纖維、物性測試儀、纖維助劑、基體樹脂、增強材料、行業專用儀、原材料類、膠粘劑類、化學試劑、混合設備、無機原料、有機原料、聚乙烯、分離設備、原材料類、膠粘劑類、化學試劑、反應設備、無機原料、有機原料、聚乙烯、成型設備、聚丙烯、涂料類、油墨類、彈性體。

聚合物材料介電常數介質損耗測試儀1．Q值測量
a．Q值測量范圍：2～1023；
b．Q值量程分檔：30、100、300、1000、自動換檔或手動換檔；
c．標稱誤差

1、范圍：

本標準規定了介電常數和介質損耗角正切值的兩種測定方法。方法A為工頻（50Hz）下的測定方法，方法B為高頻電場下的測定方法。

本標準適用于硫化橡膠。

2、規范性引用文件：

下列文件中的條款通過本標準的引用而成為本標準的條款。凡是注日期的引用文件，其隨后所有的修（不包括勘誤的內容）或修訂版均不適用于本標準，然而，鼓勵根據本標準達成協議的各方研究是否可使用這些文件的新版本。凡是不注日期的引用文件，其新版本適用于本標準。

GB/T 2941 橡膠物理試驗方法試樣制備和調節通用程序（GB/T 2941-2006，ISO 23529：2004，IDT）

3、術語和定義：

下列術語和定義適用于本標準。

3.1

介質損耗 dielectric loss

絕緣材料在電場作用下，由于介質電導和介質極化的滯后效應，在其內部引起的能量損耗。

3.2

損耗角 δloss angleδ

在交變電場下，電介質內流過的電流向量和電壓向量之間的夾角（功率因數角φ）的余角（δ）。

3.3

損耗角正切 tanδ loss tangentδ

介質損耗因數 dielectric loss factor

介質損耗角正切值。

3.4

介電常數 εdielectric constant

絕緣材料在電場作用下產生極化，電容器極板間有電介質存在時的電容量C、與同樣形狀和尺寸的真空電容量C0之比。

注：不同試樣、不同電極的真空電容和邊緣校正的計算參見附錄A。

4、測試電極：

4.1 電極材料

見表1。

表 1 電極材料

4.2 電極尺寸

4.2.1 板狀試樣電極

4.2.1.1 方法A：板狀電極尺寸見表2，電極如圖1所示。

表 2 板狀試樣電極尺寸 單位為毫米

——保護電源；——試樣；——高壓電極。

圖 1 板狀試樣電極配置（工頻）

4.2.1.2 方法B：采用二電極系統。電極尺寸大小與試樣尺寸相等，或電極小于試樣尺寸。板狀試樣電極直徑為φ38.0mm±0.1mm、φ50.0mm±0.1mm、φ70.0mm±0.1mm。

4.2.2 管狀試樣電極

4.2.2.1 方法A：管狀試樣電極尺寸見表3，電極如圖2所示。

表 3 管狀試樣電極尺寸

1——保護電極；

2——測量電極；

3——高壓電極；

4——試樣。

1——上蓋螺釘；

2——上蓋板；

3——升降螺桿；

4——上電極導軌；

5——螺帽；

6——導筒；

7——導槽螺釘；

8——絕緣桿；

9——高壓電極；

10——試樣；

11——測量電極；

12——保護電極；

13——絕緣板（聚四氟乙烯板）；

14——絕緣支腳；

15——有機玻璃板。

1——微調管形電容器；

2——測試樣品電容器；

3——上支撐板；

4——上電極；

5——試樣；

6——下電極；

7——底板。

5、測試儀器：

5.1 方法A

5.1.1 測試儀器為工頻高壓電橋，其原理圖如圖6所示。

T  試驗變壓器；

C3  標準電容器；

C5  試樣；

R3  可變電阻；

C2、C 可變電容；

R4  固定電阻；

G-  電橋平衡指示器；

P  放電器。

圖 6 工頻高壓電橋原理圖

5.1.2 測量范圍

損耗角正切（tanδ）：0.001～1；電容（C）：40pF～2000pF。

5.1.3 電橋測量誤差

測量時誤差不超過10%，當試樣tanδ小于0.001時測量誤差不超過0.0001，電容的測量誤差不超過5%，標準電容器的tanδ應小于0.0001。

5.1.4 電橋必須有良好的屏蔽接地裝置。

5.2 方法B

5.2.1 方法B的測試儀器有兩種：一種是諧振升高法（Q表），另一種時變電鈉法。

5.2.1.1 諧振升高法（Q表）

Q表原理圖

5.2.1.1.1 測量范圍

頻率為50Hz～50MHz，電容40pF～500pF，Q值10～600。

5.2.1.1.2 測量誤差

電容誤差：±（0.5%C+0.1pF），Q值±10%；有關儀器的測量誤差均為±10%。

5.2.1.2 變電鈉法

其測試原理如圖8所示。

C——可調電容；

L——諧振線圈；

CT——管形微調電容；

Cu——主電容；

Cx——試樣。

高頻介質損耗儀原理圖

6、試樣：

6.1 試樣尺寸

6.1.1 方法A試樣尺寸見表4。

試樣的制備應符合GB/T 2941的規定，也可以在符合試樣厚度尺寸的膠板上用旋轉刀進行裁切，制樣方法的不同，其試驗結果無可比性。

6.3 試樣數量

試樣的數量不少于3個。

7、硫化與試驗之間的時間間隔：

試樣在硫化與試驗之間的時間間隔按GB/T2941的規定執行。

8、試驗條件：

8.1 試樣表面應清潔、平滑，無裂紋、氣泡和雜質等，試樣表面應用蘸有無水乙醇的布擦洗。

8.2 試樣應在標準實驗室溫度及濕度下至少調節24h。

8.3當試樣處理有特殊要求時，可按其產品標準規定的進行。

9、試驗步驟：

9.1 方法A

9.1.1 試驗電壓為1000V～3000V，一般情況下為1000V，電源頻率為50Hz。

9.1.2 按設備說明書正確的連接。

9.1.3 接通電源預熱30min。

9.1.4 將試樣接人電橋C、的橋臂中，加上試驗電壓，根據電橋使用方法進行平衡，讀取R3和tanδ或C的值。

9.2 方法B—諧振升高法（Q表法）

9.2.1 按照Q表的操作規程調整儀器，選定測量頻率，測定C1和Q1的值。

9.2.2 將試樣放入測試電極中，并調節電容器C，使電路諧振，達到最大Q值記下調諧電容量C2和Q2的值。

9.2.3 將試樣從測試電極中取出，調節C或測試電極的距離，使電路重新諧振，記下C、或測試電極的校正電容值與Q值，并根據測試值計算出損耗角tanδ與介電常數ε。

9.2.4 其他高頻測試儀器按其說明書進行操作，通過測試值計算出損耗角tanδ和介電常數ε。

10、試驗結果：

10.1 方法A

10.1.1 介質損耗角正切值（tanδ）可在電橋上直接讀數，按式（1）進行計算：

tanδ=2πfR4C×10-6 （1）

式中：

π——3.14；

f——頻率50Hz；

R4——固定電阻阻值，單位為歐姆（Ω）；

C——可變電容值，單位為微法（μF）；

10.1.2 介電常數（ε）的計算見表6。

10.2 方法B

10.2.1 電容的計算

10.2.1.1 諧振升高法

應用支架電極時按式（7）計算：

Cx=C1-C2+Ca （7）

應用測微電極時按式（8）計算：

Cx=C’1-C’2+Ca （8）

10.2.1.2 變電納法（配用測微電極）：

按式（9）、式（10）計算：

Cx=C1-C2+Ca （9）

當電極直徑為38mm時，則Ca=1/d

式中：

Cx——試樣的并聯等值電容，單位為皮法（pF）；

C1——電極間距為試樣厚度d，且無試樣時諧振電容量，單位為皮法（pF）；

C2——有試樣時諧振電容量，單位為皮法（pF）；

C'1——極的校正電容值，單位為皮法（pF）；

C'——有試樣時，測微電極間距等于試樣厚度時，測微電極的校正電容值，單位為皮法（pF）；

C——試樣的幾何電容量，單位為皮法（pF）；

S——電極面積單位為平方厘米（cm2）；

d——試樣厚度，單位為厘米（cm）。

10.2.2 介電常數ε的計算

式中：

Cx——試樣的并聯等值電容，單位為皮法（pF）；

d——試樣的厚度，單位為厘米（cm）；

D——電極的直徑，單位為厘米（cm）。

10.2.3介質損耗角正切tanδ值的計算

10.2.3.1諧振升高法（Q表法）按式（12）計算：

10.2.3.2 變電納法：各種高頻損耗測試儀配用測微電極使用時按式（I3）計算：
 

式中：

C’——無電極時，諧振回路標準電容器指示值單位為皮法（pF）；

Q1——無試樣時，電極間距為d時，諧振Q值；

Q2——電極間有試樣時的諧振Q值；

△Ci—有試樣時兩次衰減至諧振峰0.707時，微調電容變化量，單位為皮法（pF）；

△C0——無試樣時兩次衰減至諧振峰0.707時，微調電容變化量，單位為皮法（pF）；

Cx——試樣的并聯等值電容，單位為皮法（pF）。

10.2.4 管狀試樣測試結果計算

10.2.4.1 試樣電容量按式（14）計算：

Cx=C1-C2 （14）
 

式中：

C1——無試樣時，諧振電容量；

C2——有試樣時，諧振電容量。

10.2.4.2試樣介電常數按式（15）式（16）計算：

式中：

L——電極長度，單位為厘米（cm）；

D1、D2——管外徑和內徑，單位為厘米（cm）。

10.2.4.3 損耗角正切值的計算

與Q表接線柱直接連線時按式（17）計算：

當高頻介質損耗角測試儀與測微電極連接時按式計算：式中：

C1、Q1——無試樣時，諧振電容量及Q值；

C2、Q2——有試樣時，諧振電容量及Q值；

△Ci——有試樣時兩次衰減至諧振峰0.707時，微調電容變化量，單位為皮法（pF）；

△C0——無試樣時兩次衰減至諧振峰0.707時，微調電容變化量，單位為皮法（pF）。

注：不同試驗環境對試驗結果的影響因素參見附錄B。

10.3 試驗結果以每組試驗結果的中位數表示，取兩位有效數字。