介电损耗是指电介质在交变电场作用下,由于极化过程中各种弛豫过程引起的电能向热能的转化而造成的能量损耗,以下是介电损耗测定的相关内容:
原理
电介质在交变电场作用下,其电流会超前电压一个相位角
,
的余角
称为介质损耗角。介电损耗可以用介质损耗因数
来表示,它等于电介质在单位时间内消耗的有功功率与无功功率之比,
值越大,表明电介质的损耗越大。通过测量介质损耗角
或相关的电学参数,进而计算出介电损耗因数
,以评估电介质的性能。
主要测定方法
西林电桥法
原理:西林电桥是一种专门用于测量介电损耗的交流电桥。它利用平衡原理,将被测电介质的电容和介电损耗与已知的标准电容和电阻进行比较,当电桥达到平衡时,通过已知的标准元件值和电桥的平衡条件来计算被测电介质的介电损耗因数和电容值。
操作:将被测样品接入西林电桥的测量臂,调节电桥的其他臂的电阻和电容,使电桥达到平衡状态。此时,根据电桥平衡公式计算出被测样品的介电损耗因数和电容。该方法测量精度高,适用于测量各种电介质材料的介电损耗,尤其是在低损耗测量方面具有较高的准确性。
谐振法
原理:利用 LC谐振电路的谐振特性,当电路达到谐振时,其电抗为零,电路中的电流达到Zui大值。将被测电介质作为电容元件接入谐振电路中,通过测量谐振频率、品质因数等参数,计算出电介质的电容和介电损耗因数。
操作:将被测样品与已知的电感组成谐振电路,通过调节信号源的频率,使电路达到谐振状态。测量谐振频率和品质因数,根据公式计算出电容,再根据得到介电损耗因数。这种方法适用于测量较高频率下的介电损耗,常用于研究材料在射频、微波等频段的介电性能。
宽频介电谱法
原理:在很宽的频率范围内(通常从低频到高频甚至微波频段),测量电介质的复介电常数,其中为复介电常数的实部,与电介质的电容相关;为虚部,与介电损耗相关。介电损耗因数。通过测量不同频率下的复介电常数,得到介电谱,从而全面了解电介质在不同频率下的介电性能和介电损耗特性。
操作:使用宽频介电谱仪对被测样品施加不同频率的交变电场,测量样品在各个频率下的响应电流和电压,通过数据分析计算出复介电常数和介电损耗因数。该方法能够提供丰富的介电信息,可用于研究电介质的弛豫过程、极化机制以及材料的微观结构等。
影响因素
温度:温度对介电损耗有显著影响。一般来说,随着温度的升高,介电损耗会呈现出先增大后减小的趋势。这是因为温度升高会使电介质中的分子热运动加剧,极化过程加快,但也可能导致电介质的结构发生变化,影响极化机制。
频率:介电损耗与频率密切相关。在低频段,介电损耗主要由电导损耗和松弛极化损耗决定,随着频率的增加,介电损耗逐渐增大;在高频段,由于极化过程跟不上电场的变化,介电损耗会逐渐减小。
湿度:对于一些吸湿性较强的电介质材料,湿度的增加会使材料中的水分含量增加,水分会在电场作用下产生额外的损耗,导致介电损耗增大。
杂质与缺陷:电介质中的杂质和缺陷会影响电子和离子的运动,增加极化过程中的能量损耗,从而使介电损耗增大。