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測量電氣絕緣材料在工頻、音頻、高頻下電容率和介質損耗因數的推薦方法

更新時間:2018-09-10      點擊次數:2429

測(ce)量電(dian)氣絕緣材料(liao)在工頻(pin)(pin)、音頻(pin)(pin)、高頻(pin)(pin)

(包括(kuo)米波(bo)波(bo)長在內)

下電容率和介質損耗因(yin)數(shu)的推薦方法

Recommended methods for the determination of the permittivity and dielectric dissipation factor of electrical insulating materials at power,audio and radio frequencies including meter wavelengths.

(IEC 60250:1969,MOD)

 

 

前   言

本標準修改采用IEC 60250:1969《測(ce)量電氣絕緣材料(liao)在工頻(pin)、音頻(pin)、高頻(pin)(包括米波波長(chang)在內)下電容率和介質損耗因(yin)數(shu)的推薦方法》(英文版)。

本標準根據(ju)IEC 60250:1969重新起草(cao)。在附(fu)錄B中列(lie)出(chu)了(le)本標準章條編(bian)號與IEC6 0250:1969章條編(bian)號的對照(zhao)一覽(lan)表。

考慮到我國國情,在采用 IEC 60250:1969時,本標準做了一(yi)些修(xiu)改。有關技術性差異已(yi)編入正文(wen)中并在它們所涉(she)及(ji)的條款的頁(ye)邊空白處用垂直單線(xian)標識。

為便于使用,本標準(zhun)做了下列編輯性修改:

a)刪除標準的(de)目次和前言;

b)用小(xiao)數(shu)點‘.’代替作為小(xiao)數(shu)點的逗(dou)號‘,’;

c)引(yin)用的IEC 60247,由“Measurement of relative permittivity,dielectric dissipation factor and d.c . resistivit y of insulating liquids"即“液體(ti)絕緣材料相對電(dian)容率、介(jie)質損耗因(yin)數(shu)和(he)直(zhi)流(liu)電(dian)阻(zu)率的測量 ”代(dai) 替 “ Recommended Test c ells for Measuring the Resistivity of Insulating Liquids and Methods of cleaning the cells”即“測量絕緣液體(ti)電(dian)阻(zu)率的試(shi)驗池(chi)及清洗試(shi)驗池(chi)的推(tui)薦方法 ”;

d)用 “εr”代替“εrk ”;

e)增加(jia)了“術語”;

f)增加公式中(zhong)符(fu)號說明(ming):

g)圖按GB/T 1.1 -2000標注.

本標(biao)準與(yu)GB/T 1409--1988的相比,主要變化(hua)如下(xia):

1)增(zeng)加(jia)“規范性引用文(wen)件”(本標準第2章);

2)增加“電介(jie)質用途”(本(ben)標準4.1) ;

3)刪去導電橡皮(pi):

4)增加石墨”(本(ben)標準(zhun)5.1.3);

5)增加“液體絕(jue)緣材料”,(本標準(zhun)5.2)。

本標準代替GB/T1409-1988《固體絕緣材料在工頻(pin)、音頻(pin)、高頻(pin)(包括米波長在內)下(xia)相對介(jie)電常數和介(jie)質損耗因(yin)數的(de)試(shi)驗方法》。

本標準的附錄(lu)(lu)A、附錄(lu)(lu)B為資料性附錄(lu)(lu)。

本(ben)標準由(you)中(zhong)國(guo)電器工業(ye)協會提出。

本標準(zhun)由全國絕緣材料標準(zhun)化(hua)技術委員(yuan)會歸。

本標準起(qi)草單位:桂林電器科學研究所。

本標準(zhun)主要(yao)起(qi)草人:王(wang)先鋒、谷曉麗(li)。

本標(biao)(biao)準所代(dai)替(ti)標(biao)(biao)準的歷次版本發布(bu)情況為:

—— GB/T 1409-1978;

—— GB/T1409- 1988

 

 

測(ce)量電(dian)氣絕緣材料在工(gong)頻、音頻、高頻

(包括(kuo)米波波長在(zai)內)

下電容率和介(jie)質損耗因數的推薦(jian)方法

  1. 范圍(wei)

本(ben)標準(zhun)規(gui)定了在(zai)15Hz-300MHz的頻率(lv)范(fan)圍(wei)內測量(liang)電容率(lv)、介質損耗(hao)因(yin)數(shu)(shu)的方(fang)法,并由此計算某些數(shu)(shu)值(zhi),如損耗(hao)指數(shu)(shu)。本(ben)標準(zhun)中所(suo)敘述(shu)的某些方(fang)法,也能用于其(qi)他頻率(lv)下測量(liang)。

本標準(zhun)適用于(yu)測量液體、易熔材料(liao)以及固(gu)體材料(liao)。測試(shi)結果與某些物理條件有(you)關,例如(ru)頻率、溫度(du)、濕度(du),在(zai)特殊情況下也與電場強度(du)有(you)關。

有(you)時在超過1000V的電(dian)壓(ya)下試驗(yan),則會引起(qi)一(yi)些與(yu)電(dian)容率和(he)介質(zhi)損耗因數無關的效(xiao)應(ying),對(dui)此(ci)不予論(lun)述(shu)。

  1. 規(gui)范性(xing)引用文(wen)件(jian)

下列文(wen)件(jian)(jian)中的(de)(de)(de)(de)條款(kuan)(kuan)通過本(ben)(ben)標(biao)準的(de)(de)(de)(de)引(yin)用(yong)(yong)而成為本(ben)(ben)標(biao)準的(de)(de)(de)(de)條款(kuan)(kuan)。凡是(shi)(shi)注日期(qi)的(de)(de)(de)(de)引(yin)用(yong)(yong)文(wen)件(jian)(jian),其隨后所有的(de)(de)(de)(de)修(xiu)改單(dan)(不包(bao)括(kuo)勘誤(wu)的(de)(de)(de)(de)內容)或修(xiu)訂版(ban)均不適用(yong)(yong)于(yu)本(ben)(ben)標(biao)準,然而,鼓勵(li)根據本(ben)(ben)標(biao)準達成協(xie)議的(de)(de)(de)(de)各方研究是(shi)(shi)否可使用(yong)(yong)這(zhe)些文(wen)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)版(ban)本(ben)(ben)。凡是(shi)(shi)不注日期(qi)的(de)(de)(de)(de)引(yin)用(yong)(yong)文(wen)件(jian)(jian),其版(ban)本(ben)(ben)適用(yong)(yong)于(yu)本(ben)(ben)標(biao)準。

IEC60247:1978 液體絕緣材料相對(dui)電(dian)容率、介質損耗因數和直(zhi)流(liu)電(dian)阻率的測量(liang)

  1. 術語(yu)和定義(yi)

下列術(shu)語(yu)和定義(yi)適用于本標(biao)準(zhun)。

3.1  相對電容率(lv) relative permittivity

εr

電容器的電極之間及電極周圍的空間全部充以絕緣材料時,其電容Cx與同樣電極構形的真空電容C0之比:

           …………(1)

式(shi)中:

εr——相對電容率;

Cx——充有絕緣材(cai)料(liao)時電容(rong)器的電極電容(rong);

C0——真空中電容器的電極電容。

在標準大氣壓下,不含二氧化碳的干燥空氣的相對電容率εr等于1.00053。因此,用這種電極構形在空氣中的電容Ca來代替C0測量相對電容率εr時,也有足夠的度。

在一個測量系統中,絕緣材料的電容率是在該系統中絕緣材料的相對電容率εr與真空電氣常數ε0的乘積。

在SI制中,電容率用法/米(F/m )表示。而且,在SI單位中,電氣常數ε0為:

 …………(2)

在本標準中,用(yong)皮法(fa)和厘米來計(ji)算電(dian)容(rong),真(zhen)空電(dian)氣常數(shu)為:

      …………(3)

3.2  介質(zhi)損耗角 dielectric loss angle

δ

由(you)絕緣材料(liao)作為介質的電(dian)容器上所施(shi)加的電(dian)壓與由(you)此而(er)產(chan)生的電(dian)流之間的相位差的余角。

3.3  介質損(sun)耗因數  dielectric dissipation factor

tanδ

損(sun)耗(hao)角δ的正切。

3.4  〔介質(zhi)〕損(sun)耗(hao)指數  [dielectric] loss index

εr

該材料的損耗因數tanδ與相對電容率εr的乘積。

3.5  復相(xiang)對電容率  complex relative permittivity

εr

由相對電容率(lv)和損耗指(zhi)數(shu)結合而得到(dao)的(de):

        ………………(3)

          ………………(4)

        ………………(5)

         ………………(6)

式中:

εr——復相對電容率;

εr”——損耗指數;

εr’、 εr——相對電容率;

tanδ——介質損(sun)耗因數。

注 :有損耗的(de)(de)電(dian)容(rong)器在任何給定的(de)(de)頻率下能用電(dian)容(rong)Cs和電(dian)阻(zu)Rs的(de)(de)串聯(lian)電(dian)路表示(shi),或(huo)用電(dian)容(rong)Cp和電(dian)阻(zu)Rp或(huo)電(dian)導Gp )的(de)(de)并聯(lian)電(dian)路表示(shi)。

并(bing)聯等(deng)值電路(lu)               串(chuan)聯等(deng)值電路(lu)

    

……(7)   ……(8)

式中:

Cs——串(chuan)聯電容;

Rs——串聯電(dian)阻;

Cp——并聯電(dian)容;

Rp——并聯電阻。

雖然以并(bing)聯(lian)電(dian)路(lu)(lu)表(biao)(biao)示一(yi)(yi)個具有(you)介質損耗的絕緣材(cai)料通(tong)常是合適(shi)的,但在單一(yi)(yi)頻率下有(you)時(shi)也(ye)需要(yao)以電(dian)容Cs和電(dian)阻Rs的串聯(lian)電(dian)路(lu)(lu)來表(biao)(biao)示。

串(chuan)聯元件與并聯元件之間,成(cheng)立(li)下列關系(xi):

     ………………(9)

    ………………(10)

    ………………(11)

式(9), (10), (11)中(zhong)Cs、Rs、Cp、Rp、tanδ同式(7),(8)。

無論串聯(lian)表示法還是并(bing)聯(lian)表示法,其介質(zhi)損(sun)耗因數tanδ是相等的。

假如(ru)測量電路依據(ju)串聯元件來產生結果,且tanδ太大而在(zai)(zai)式(9)中不能被忽略,則(ze)在(zai)(zai)計(ji)算(suan)電容率(lv)前(qian)必須先計(ji)算(suan)并聯電容。

本標準(zhun)中(zhong)的計(ji)算和(he)側量是根據電流(liu)(ω=2πf)正弦波形作出(chu)的。

  1. 電(dian)氣絕緣材料(liao)的性能(neng)和(he)用途

4.1  電介質(zhi)的用途

電介質一般被用在兩個不同(tong)的方面:

用作電(dian)氣回路元(yuan)件的支(zhi)撐,并(bing)且使元(yuan)件對地絕緣(yuan)(yuan)及元(yuan)件之間相互絕緣(yuan)(yuan);

用作(zuo)電容(rong)器介質。

4.2  影(ying)響(xiang)介電性(xing)能的因素(su)

下(xia)面分別討論頻(pin)率、溫度、濕度和電氣強度對(dui)介電性能的影(ying)響。

4.2.1  頻率

因為只有少數材料如石英玻璃、聚苯乙烯或聚乙烯在很寬的頻率范圍內它們的εr和tanδ幾乎是恒定的,且被用作工程電介質材料,然而一般的電介質材料必須在所使用的頻率下測量其介質損耗因數和電容率。

電容率和介(jie)質(zhi)損耗因數的變(bian)化(hua)是由(you)于介(jie)質(zhi)極(ji)化(hua)和電導而(er)產生,重要的變(bian)化(hua)是極(ji)性分(fen)子(zi)引(yin)起的偶極(ji)子(zi)極(ji)化(hua)和材料的不均勻性導致的界面極(ji)化(hua)所引(yin)起的。

4.2.2  溫度

損(sun)耗(hao)(hao)指數在(zai)一個頻率(lv)下可以出現一個大(da)值,這(zhe)個頻率(lv)值與(yu)電介(jie)質(zhi)材(cai)料的溫(wen)度有(you)關。介(jie)質(zhi)損(sun)耗(hao)(hao)因數和電容率(lv)的溫(wen)度系數可以是正的或負的,這(zhe)取(qu)決(jue)于(yu)在(zai)測量溫(wen)度下的介(jie)質(zhi)損(sun)耗(hao)(hao)指數大(da)值位置。

4.2.3  濕度

極化的(de)(de)程度隨水分的(de)(de)吸收量或電介(jie)質(zhi)(zhi)材料表面水膜的(de)(de)形成而增加,其結果使電容率(lv)、介(jie)質(zhi)(zhi)損耗(hao)因(yin)數和直流電導率(lv)增大。因(yin)此試驗前(qian)和試驗時(shi)對環(huan)境濕度進行控制是*的(de)(de)。

注:濕度的顯著(zhu)影(ying)響常常發生在1MHz以下(xia)及微波頻率范圍內。

4.2.4  電場強度

存在(zai)界(jie)面(mian)極化時,自由離(li)子的數(shu)目隨電場強度增大(da)而增加(jia),其損耗指數(shu)大(da)值的大(da)小和位置也隨此而變(bian)。

在較(jiao)高的頻率下(xia),只(zhi)要電(dian)(dian)介(jie)質(zhi)中不出現局部放電(dian)(dian),電(dian)(dian)容率和介(jie)質(zhi)損耗(hao)因數與電(dian)(dian)場強度(du)無關。

  1. 試樣(yang)和(he)電極

5.1  固體絕緣材料

5.1.1  試樣的(de)幾何形狀(zhuang)

測定材料的電(dian)容(rong)率和介質損耗因數,采(cai)用板(ban)狀試樣,也(ye)可采(cai)用管(guan)狀試樣。

在測定電容率需(xu)要(yao)(yao)較高精度時(shi),大(da)的(de)誤(wu)差來自試樣(yang)尺寸的(de)誤(wu)差,尤(you)其(qi)是(shi)試樣(yang)厚(hou)度的(de)誤(wu)差,因此厚(hou)度應足夠(gou)大(da),以滿足測量所需(xu)要(yao)(yao)的(de)度。厚(hou)度的(de)選(xuan)取(qu)決定于試樣(yang)的(de)制備方法和各點間(jian)厚(hou)度的(de)變化。

對(dui)1%的(de)(de)度(du)來講,1.5mm的(de)(de)厚度(du)就足(zu)夠了,但是對(dui)于更高度(du),是采用較(jiao)厚的(de)(de)試(shi)樣,例(li)如6mm-12mm測量厚度(du)必須使測量點有規則(ze)地分布在整個(ge)試(shi)樣表面(mian)上(shang),且厚度(du)均勻度(du)在±1%內(nei)。如果材料的(de)(de)密度(du)是已知的(de)(de),則(ze)可用稱量法測定(ding)厚度(du)。選取試(shi)樣的(de)(de)面(mian)積(ji)時應(ying)能(neng)提供滿足(zu)精度(du)要求(qiu)的(de)(de)試(shi)樣電(dian)容。測量10 pF的(de)(de)電(dian)容時,使用有良好(hao)屏蔽保護的(de)(de)儀器。由于現有儀器的(de)(de)極限(xian)分辨能(neng)力約1pF,因(yin)此試(shi)樣應(ying)薄(bo)些(xie),直徑為10cm或更大些(xie)。

需(xu)要(yao)(yao)(yao)(yao)測低損(sun)耗(hao)因數值(zhi)(zhi)時(shi),很重要(yao)(yao)(yao)(yao)的(de)一點是導(dao)線串聯(lian)電(dian)(dian)(dian)(dian)阻引(yin)入的(de)損(sun)耗(hao)要(yao)(yao)(yao)(yao)盡(jin)(jin)可(ke)能(neng)地(di)小(xiao),即被測電(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)和該電(dian)(dian)(dian)(dian)阻的(de)乘積要(yao)(yao)(yao)(yao)盡(jin)(jin)可(ke)能(neng)小(xiao)。同(tong)樣(yang),被測電(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)對總電(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)的(de)比值(zhi)(zhi)要(yao)(yao)(yao)(yao)盡(jin)(jin)可(ke)能(neng)地(di)大。第(di)1點表(biao)示(shi)導(dao)線電(dian)(dian)(dian)(dian)阻要(yao)(yao)(yao)(yao)盡(jin)(jin)可(ke)能(neng)低及試樣(yang)電(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)要(yao)(yao)(yao)(yao)小(xiao)。第(di)二點表(biao)示(shi)接有試樣(yang)橋臂的(de)總電(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)要(yao)(yao)(yao)(yao)盡(jin)(jin)可(ke)能(neng)小(xiao),且(qie)試樣(yang)電(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)要(yao)(yao)(yao)(yao)大。因此試樣(yang)電(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)取值(zhi)(zhi)為20pF,在測量回路中,與(yu)試樣(yang)并聯(lian)的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)不應大于(yu)約(yue)5pF。

5.1.2  電極系統

5.1.2.1  加到試(shi)樣上的電極

電(dian)(dian)(dian)極(ji)可選用(yong)(yong)5.1.3中任意一(yi)種。如果不用(yong)(yong)保護(hu)環。而且試樣上(shang)下的兩(liang)(liang)個(ge)電(dian)(dian)(dian)極(ji)難以對齊時,其中一(yi)個(ge)電(dian)(dian)(dian)極(ji)應(ying)比另一(yi)個(ge)電(dian)(dian)(dian)極(ji)大些。已經加有(you)電(dian)(dian)(dian)極(ji)的試樣應(ying)放置在兩(liang)(liang)個(ge)金屬電(dian)(dian)(dian)極(ji)之間,這兩(liang)(liang)個(ge)金屬電(dian)(dian)(dian)極(ji)要比試樣上(shang)的電(dian)(dian)(dian)極(ji)稍小些。對于平板形和(he)圓柱形這兩(liang)(liang)種不同電(dian)(dian)(dian)極(ji)結構的電(dian)(dian)(dian)容(rong)計算(suan)公(gong)式以及(ji)邊緣電(dian)(dian)(dian)容(rong)近(jin)似計算(suan)的經驗公(gong)式由表1給出。

對于介質損耗因數的(de)(de)測量,這種類型的(de)(de)電極(ji)在高頻下不能(neng)滿足要求,除(chu)非試樣的(de)(de)表面和金屬板都非常平整。圖(tu)1所(suo)示的(de)(de)電極(ji)系統也要求試樣厚度均勻。

5.1.2.2  試樣(yang)上不(bu)加電極

表面電(dian)(dian)導率很低的試(shi)樣(yang)可以不加(jia)電(dian)(dian)極(ji)而(er)將(jiang)試(shi)樣(yang)插人電(dian)(dian)極(ji)系(xi)統中測(ce)量,在這個電(dian)(dian)極(ji)系(xi)統中,試(shi)樣(yang)的一側或(huo)兩側有(you)一個充(chong)滿(man)空氣(qi)或(huo)液體的間隙。

平板(ban)電(dian)極(ji)或圓柱(zhu)形電(dian)極(ji)結構的電(dian)容(rong)計算公式由表3給出。

下面兩種型式的電極裝置特別合適(shi)。

5.1.2.2.1  空氣填(tian)充測(ce)微計(ji)電極

當(dang)試樣插入和不插入時,電(dian)(dian)容(rong)都能調節到同(tong)一個(ge)值,不需(xu)進行測量系統(tong)的電(dian)(dian)氣(qi)校正(zheng)就能測定電(dian)(dian)容(rong)率。電(dian)(dian)極系統(tong)中可包括保護電(dian)(dian)極。

5.1.2.2.2  流(liu)體排出法

在電(dian)(dian)容率(lv)近(jin)似等于試(shi)樣的電(dian)(dian)容率(lv),而介質(zhi)損耗因數(shu)可以(yi)忽(hu)略的一種液(ye)體(ti)內進行(xing)測(ce)量,這種測(ce)量與試(shi)樣厚(hou)(hou)度測(ce)量的精度關系不大(da)。當相繼采(cai)用兩種流體(ti)時(shi),試(shi)樣厚(hou)(hou)度和電(dian)(dian)極系統的尺寸可以(yi)從計(ji)算公式中(zhong)消去。

試(shi)樣為與試(shi)驗池(chi)電(dian)(dian)極(ji)直(zhi)(zhi)徑(jing)相同的圓片,或對測微(wei)計(ji)電(dian)(dian)極(ji)來說,試(shi)樣可以(yi)比電(dian)(dian)極(ji)小到(dao)足以(yi)使邊(bian)緣效應(ying)忽(hu)略不計(ji)在測微(wei)計(ji)電(dian)(dian)極(ji)中,為了(le)忽(hu)略邊(bian)緣效應(ying),試(shi)樣直(zhi)(zhi)徑(jing)約比測微(wei)計(ji)電(dian)(dian)極(ji)直(zhi)(zhi)徑(jing)小兩倍的試(shi)樣厚度。

5.1.2.3  邊緣效應

為了避免邊(bian)緣(yuan)效應引起電(dian)容率的(de)(de)測(ce)量(liang)誤差,電(dian)極系(xi)統可加上(shang)保(bao)護電(dian)極。保(bao)護電(dian)極的(de)(de)寬度應至少(shao)為兩倍的(de)(de)試樣(yang)厚(hou)度,保(bao)護電(dian)極和(he)主電(dian)極之間的(de)(de)間隙應比試樣(yang)厚(hou)度小。假(jia)如不(bu)能用保(bao)護環,通常(chang)需對邊(bian)緣(yuan)電(dian)容進行修正,表1給出了近似計(ji)算公式。這些公式是(shi)經驗公式,只適用于規定的(de)(de)幾種特定的(de)(de)試樣(yang)形(xing)狀。

此外,在一個合適的頻率和溫度下,邊緣(yuan)電容可采用(yong)有(you)保護環和無保護環的(比較)測(ce)量來獲得,用(yong)所得到的邊緣(yuan)電容修正其他頻率和溫度下的電容也可滿足精度要求。

5.1.3  構成電極的材(cai)料

5.1.3.1  金屬箔(bo)電極

用極少量的(de)硅脂或其他合適的(de)低損耗粘(zhan)合劑將金(jin)屬箔(bo)貼在(zai)(zai)試樣上。金(jin)屬箔(bo)可以是(shi)純錫或鉛,也可以是(shi)這些金(jin)屬的(de)合金(jin),其厚度大為(wei)100μm,也可使用厚度小于(yu)10 μm的(de)鋁箔(bo)。但是(shi),鋁箔(bo)在(zai)(zai)較高溫度下易形成一(yi)層(ceng)電絕緣的(de)氧(yang)化(hua)膜,這層(ceng)氧(yang)化(hua)膜會影響測量結果,此(ci)時可使用金(jin)箔(bo)。

5.1.3.2  燒熔金屬電極

燒熔金(jin)屬電極適用(yong)于玻璃、云母(mu)和(he)陶瓷等材料,銀(yin)是普遍使用(yong)的(de),但是在高溫(wen)或(huo)高濕下,采用(yong)金(jin)。

5.1.3.3  噴(pen)鍍金屬電極(ji)

鋅或銅電極可以噴(pen)鍍在(zai)試樣(yang)上,它(ta)們(men)能直接(jie)在(zai)粗糙的表面上成(cheng)膜(mo)。這種電極還(huan)能噴(pen)在(zai)布上,因為它(ta)們(men)不穿透(tou)非常(chang)小的孔眼。

5.1.3.4  陰極蒸發或高真(zhen)空(kong)蒸發金屬(shu)電極

假如處理結果(guo)既不改變也不破壞絕緣材(cai)料(liao)的性能(neng),而且(qie)材(cai)料(liao)承受高真(zhen)空時也不過度逸出氣(qi)體,則本方法是(shi)可以采用(yong)的。這一類電極的邊緣應界限分明(ming)。

5.1.3.5  汞電極(ji)和(he)其他(ta)液體金屬(shu)電極(ji)

把試樣夾(jia)在兩塊互相配合(he)好的(de)凹模(mo)之間(jian),凹模(mo)中充有液體金(jin)屬,該液體金(jin)屬必須是(shi)純(chun)凈的(de)。汞電極不能用于高溫,即使在室溫下用時(shi),也(ye)應采取(qu)措施,這是(shi)因為它(ta)的(de)蒸(zheng)氣是(shi)有毒的(de)。

伍德合(he)(he)金(jin)(jin)和其他(ta)低熔點合(he)(he)金(jin)(jin)能代(dai)替(ti)汞(gong)(gong)。但(dan)是這(zhe)些合(he)(he)金(jin)(jin)通(tong)常(chang)含有鎘, 鎘像汞(gong)(gong)一樣,也(ye)是毒性元素。這(zhe)些合(he)(he)金(jin)(jin)只有在(zai)良(liang)好抽(chou)風的(de)房(fang)間或(huo)在(zai)抽(chou)風柜中才(cai)能用(yong)于(yu)100℃以上(shang),且(qie)操作人員應知道可能產生的(de)健康危害。

5.1.3.6  導電漆(qi)

無論是氣(qi)干(gan)(gan)或低溫烘(hong)干(gan)(gan)的(de)(de)(de)高電導率的(de)(de)(de)銀漆都可用(yong)作電極材料。因為此種電極是多(duo)孔的(de)(de)(de),可透(tou)過濕氣(qi),能(neng)使(shi)試(shi)(shi)樣的(de)(de)(de)條件處(chu)理在涂上(shang)電極后進行,對(dui)研究濕度的(de)(de)(de)影響時特別有(you)(you)用(yong)。此種電極的(de)(de)(de)缺點是試(shi)(shi)樣涂上(shang)銀漆后不(bu)能(neng)馬上(shang)進行試(shi)(shi)驗,通常要(yao)求12h以上(shang)的(de)(de)(de)氣(qi)干(gan)(gan)或低溫烘(hong)干(gan)(gan)時間(jian),以便去除所有(you)(you)的(de)(de)(de)微量溶劑(ji)(ji),否則,溶劑(ji)(ji)可使(shi)電容率和介質(zhi)損(sun)耗因數增加。同時應注意漆中的(de)(de)(de)溶劑(ji)(ji)對(dui)試(shi)(shi)樣應沒有(you)(you)持久的(de)(de)(de)影響。

要使(shi)用刷漆法做到邊緣界(jie)限(xian)分明的電極較(jiao)困難,但使(shi)用壓板或壓敏材料遮框噴(pen)漆可克服此局(ju)限(xian)。

但在*的頻率下(xia),因(yin)銀漆電極的電導(dao)率會非常低,此時則不能使用(yong)。

5.1.3.7  石墨

一(yi)般不推薦(jian)使用石(shi)墨(mo)(mo),但是有時候也可采用,特別是在較低的頻率下。石(shi)墨(mo)(mo)的電阻會引起損耗的顯(xian)著增大,若采用石(shi)墨(mo)(mo)懸浮(fu)液制成電極,則石(shi)墨(mo)(mo)還會穿透試樣(yang)。

5.1.4電極的選擇(ze)

5.1.4.1板(ban)狀試(shi)樣

考慮下面兩(liang)點很重要:

a)不加電極,測量時快而方便,并(bing)可避免由于試樣和電極間的不良(liang)接觸而引起的誤差(cha)。

b)若試樣上是加電極的(de),由測量試樣厚度h時的相對(dui)誤差h/h所引(yin)起(qi)的相對(dui)電容率的相對(dui)誤差(cha)εrr可由下式得到(dao):

//img49.chem17.com/9/20180825/636707555779359540342.png……………………………12

式中:

εr——相(xiang)對(dui)電(dian)容(rong)率的偏差;

εr——相(xiang)對電容率;

h——試(shi)樣厚度; 

Ah——試(shi)樣厚(hou)度的偏差。

若試樣上加電極(ji),且試樣放在有固定距離S>h的兩個電極之間,這時

//img50.chem17.com/9/20180825/636707555643794671345.png ……………………………13

式中:

εrεrh同式(12)。

εr——試樣浸入(ru)所用(yong)流體(ti)的相(xiang)對(dui)電容(rong)率,對(dui)于(yu)在空(kong)氣中的測量則εr等于(yu)1

對(dui)于相對(dui)電容率為(wei)10以(yi)上的無孔材料,可采(cai)用(yong)沉積金屬電(dian)極(ji)。對(dui)于這(zhe)些材料,電(dian)極(ji)應覆蓋在試(shi)樣的整個表面上,并(bing)且不用(yong)保護(hu)電(dian)極(ji)。對(dui)于相對(dui)電(dian)容率在3?10之間的材料(liao),能給(gei)出(chu)zui高(gao)精(jing)度(du)的(de)(de)電(dian)極是金(jin)屬(shu)(shu)箔(bo)、汞或沉積(ji)金(jin)屬(shu)(shu),選擇這些電(dian)極時要(yao)注意(yi)適合材(cai)料的(de)(de)性能(neng)(neng)。若厚(hou)度(du)的(de)(de)測量能(neng)(neng)達到足(zu)夠(gou)精(jing)度(du)時,試樣(yang)上(shang)不加電(dian)極的(de)(de)方法方便(bian)而(er)更可取。假如有一種合適的(de)(de)流體(ti),它的(de)(de)相(xiang)對電(dian)容率(lv)已知或者能(neng)(neng)很準確地測出(chu)(chu),則采用流體(ti)排出(chu)(chu)法是zui好(hao)的。

5.1.4.2管狀試樣

對管(guan)狀試(shi)樣而言,合適的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)系統(tong)將取決于它的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)容率(lv)、管(guan)壁厚(hou)度、直(zhi)徑和(he)(he)(he)所要求的(de)測量精度。一(yi)般情況下,電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)系統(tong)應為一(yi)個(ge)內(nei)(nei)電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)和(he)(he)(he)一(yi)個(ge)稍(shao)為窄(zhai)一(yi)些的(de)外電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)和(he)(he)(he)外電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)兩端(duan)的(de)保護電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)組成,外電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)和(he)(he)(he)保護電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)之(zhi)間的(de)間隙應比管(guan)壁厚(hou)度小(xiao)。對小(xiao)直(zhi)徑和(he)(he)(he)中(zhong)(zhong)等直(zhi)徑的(de)管(guan)狀試(shi)樣,外表面可加三(san)條箔帶(dai)或沉積(ji)金屬(shu)帶(dai),中(zhong)(zhong)間一(yi)條用(yong)作(zuo)為外電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)(測量電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)),兩端(duan)各(ge)有一(yi)條用(yong)作(zuo)保護電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)。內(nei)(nei)電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)可用(yong)汞,沉積(ji)金屬(shu)膜或配合較好(hao)的(de)金屬(shu)芯軸。

高電容率的管狀(zhuang)試樣,其內電極(ji)和外電極(ji)可以(yi)伸展到管狀(zhuang)試樣的全(quan)部長度上,可以(yi)不用(yong)保護電極(ji)。

大直徑的(de)管(guan)狀或(huo)(huo)圓(yuan)筒(tong)形試樣(yang),其電(dian)(dian)(dian)極(ji)系統可以是圓(yuan)形或(huo)(huo)矩形的(de)搭接,并且(qie)只對管(guan)的(de)部分圓(yuan)周進行(xing)試驗(yan)。這種(zhong)試樣(yang)可按板狀試樣(yang)對待(dai),金(jin)屬(shu)箔(bo)、沉積金(jin)屬(shu)膜或(huo)(huo)配合較好的(de)金(jin)屬(shu)芯軸內電(dian)(dian)(dian)極(ji)與金(jin)屬(shu)箔(bo)或(huo)(huo)沉積金(jin)屬(shu)膜的(de)外電(dian)(dian)(dian)極(ji)和(he)保護電(dian)(dian)(dian)極(ji)一起使用(yong)。如采用(yong)金(jin)屬(shu)箔(bo)做內電(dian)(dian)(dian)極(ji),為了保證(zheng)電(dian)(dian)(dian)極(ji)和(he)試樣(yang)之間的(de)良好接觸,需在管(guan)內采用(yong)一個彈性的(de)可膨脹的(de)夾具。

對(dui)于非常(chang)準(zhun)確(que)的(de)(de)測量(liang),在厚度(du)的(de)(de)測量(liang)能(neng)達到足夠的(de)(de)精度(du)時,可采用試(shi)樣上不加電(dian)極的(de)(de)系統。對(dui)于相對(dui)電(dian)容率εr不超過10的管狀試樣,方(fang)便的電極(ji)是用金屬箔、汞或沉積金屬膜(mo)。相對電容率在10以上(shang)(shang)的(de)管(guan)狀試樣,應采(cai)用(yong)(yong)沉積金屬(shu)膜電(dian)極;瓷管(guan)上(shang)(shang)可采(cai)用(yong)(yong)燒熔(rong)金屬(shu)電(dian)極。電(dian)極可像(xiang)帶(dai)材(cai)一(yi)樣包覆在(zai)管(guan)狀試樣的(de)全部圓(yuan)周(zhou)或部分(fen)圓(yuan)周(zhou)上(shang)(shang)。

5.2液(ye)體絕緣材料

5.2.1試驗池的設計

對于(yu)低介質損(sun)耗(hao)因數的(de)待測液(ye)體(ti),電(dian)極(ji)系(xi)統重要(yao)的(de)特點是:容易清洗、再裝配(必(bi)要(yao)時)和灌(guan)注(zhu)液(ye)體(ti)時不(bu)(bu)移動電(dian)極(ji)的(de)相對位置。此外還(huan)應(ying)注(zhu)意(yi):液(ye)體(ti)需要(yao)量少,電(dian)極(ji)材(cai)料不(bu)(bu)影響(xiang)液(ye)體(ti),液(ye)體(ti)也(ye)不(bu)(bu)影響(xiang)電(dian)極(ji)材(cai)料,溫度(du)易于(yu)控制,端點和接線能適當地屏蔽;支撐電(dian)極(ji)的(de)絕緣支架應(ying)不(bu)(bu)浸沉在液(ye)體(ti)中,還(huan)有(you),試驗池不(bu)(bu)應(ying)含(han)有(you)太短(duan)的(de)爬電(dian)距離和尖銳的(de)邊緣,否(fou)則能影響(xiang)測量精(jing)度(du)。

滿足上述要求的試驗池見圖(tu)2?4。電極是不(bu)銹(xiu)鋼的,用硼硅酸鹽(yan)玻(bo)璃或石英玻(bo)璃作絕緣,圖2和圖3所示的試(shi)驗池也可用作(zuo)電阻率的測定,1EC 60247:1978對此(ci)已(yi)詳細敘述。

由于有些液體如氯化物,其介質(zhi)損耗因(yin)數與電(dian)極材(cai)料有明顯的(de)關系,不銹鋼電(dian)極不總是合(he)適的(de)。有時,用(yong)鋁和杜拉鋁制成的(de)電(dian)極能得到(dao)比較穩定(ding)的(de)結果(guo)。

5.2.2試驗池的準(zhun)備

應用(yong)一(yi)種或幾種合(he)適(shi)的(de)溶(rong)劑來清(qing)(qing)洗試(shi)驗池,或用(yong)不含有不穩定化(hua)合(he)物(wu)的(de)溶(rong)劑多次清(qing)(qing)洗。可以(yi)通過(guo)化(hua)學試(shi)驗方法檢(jian)查其純度,或通過(guo)一(yi)個已知的(de)低電容率和介質損耗因數的(de)液體試(shi)樣測量的(de)結(jie)果來確定。3試(shi)(shi)驗(yan)池試(shi)(shi)驗(yan)幾種類型的絕緣液體(ti)時,若單獨使(shi)用(yong)溶劑(ji)不能(neng)去除污物,可用(yong)一種柔(rou)和的擦凈劑(ji)和水(shui)來清(qing)潔(jie)試(shi)(shi)驗(yan)池的表面。若使(shi)用(yong)一系(xi)列溶劑(ji)清(qing)洗時則后(hou)要(yao)用(yong)大沸點低于(yu)100°C的(de)分析(xi)級的(de)石油醚(mi)來(lai)再次清洗(xi),或者用任(ren)一種對一個已(yi)知(zhi)低電容率和介(jie)質(zhi)損耗(hao)因數的(de)液(ye)體測量(liang)能(neng)給(gei)出正(zheng)確(que)值的(de)溶劑來(lai)清洗(xi),并(bing)且這種溶劑在化學(xue)性(xing)質(zhi)上與被試液(ye)體應是相(xiang)似(si)的(de)。推(tui)薦使(shi)用下述方(fang)法(fa)進行清洗(xi)。

試驗(yan)池應全部拆開(kai),*地清洗(xi)各部件(jian),用瑢劑回流的方法(fa)或(huo)放在(zai)未使用溶劑中攪動(dong)反復洗(xi)滌方法(fa)均可去除各部件(jian)上(shang)的溶劑并(bing)放在(zai)清潔的烘箱中,在(zai)110℃左右的溫度下烘干(gan)30min

待試驗池的各部件冷卻(que)到室溫(wen),再重新裝配起來。池內應注人一些待試的液(ye)體(ti),停幾分鐘(zhong)后,倒出此(ci)液(ye)體(ti)再重新倒人待試液(ye)體(ti),此(ci)時絕(jue)緣支架不應被液(ye)體(ti)弄濕。

在上述各(ge)步驟(zou)中,各(ge)部件可用(yong)干凈的鉤針或鉗子(zi)巧妙地處(chu)理,以使試(shi)驗池有效的內(nei)表面不(bu)與手接觸。

1:在同種質量油的(de)常規試(shi)驗(yan)中,上面(mian)所說(shuo)的(de)淸洗步驟可以代之為在每一次試(shi)驗(yan)后用沒有殘留紙(zhi)屑的(de)干紙(zhi)簡單地擦擦試(shi)驗(yan)池。

2:采用溶(rong)劑(ji)時,有些溶(rong)劑(ji)特別是苯、四氧化碳、甲苯、二甲苯是有毒的(de),所以要注(zhu)意防火及毒性對(dui)人體(ti)的(de)影響,此外,氧化物(wu)溶(rong)劑(ji)受光作用會分解。

5.2.3試驗(yan)池的校正

當需要(yao)高(gao)精度測(ce)定液體(ti)電介質的相對(dui)電容(rong)率時,應首先(xian)用(yong)一種(zhong)已(yi)知相對(dui)電容(rong)率的校正液體(ti)(如(ru)苯)來測(ce)定電(dian)極(ji)常數'

電極常數”C。的確定按式(shi)(14:

//img49.chem17.com/9/20180825/636707555271108282868.png ……………………………14

式中:

Cc——電極常數;

Co——空氣中電極裝置(zhi)的電容;

Cn——充有校(xiao)正液體時電極裝置的電容;

εn——校正液體的相對電容率(lv)。

C。和(he)Cc的差值可求得校(xiao)正電容(rong)Cg

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并按照公式

來(lai)計(ji)算液(ye)體未知相對電容率εx

式中:

Cg——校正電容(rong);

Co——空氣中電(dian)極裝置的電(dian)容;

Cc——電極(ji)常數|

Cx——電極裝置(zhi)充有被試(shi)液體時的(de)電容(rong);

εx——液(ye)體(ti)的(de)相對(dui)電(dian)容率。

假(jia)如CoCnCx值是在εn是已知的(de)(de)某一相同溫度下測(ce)定(ding)的(de)(de),則可(ke)求得zui高精度的εx值。

采用上述方法(fa)測(ce)定(ding)液體電(dian)介質的相對(dui)電(dian)容率時(shi),可保證其測(ce)得(de)結果有足(zu)夠的精度,因(yin)為(wei)它消(xiao)除了由于寄(ji)生電(dian)容或電(dian)極間(jian)隙數值的不準確測(ce)量(liang)所引起的誤(wu)差。

 

6、測試方法的選擇

測量電容率和介質損(sun)耗(hao)因數(shu)的(de)方法可(ke)分成(cheng)兩(liang)種(zhong):零點指示法和諧振法。

6.1零(ling)點(dian)指(zhi)示法適(shi)用于頻率不超過50MHz時(shi)的測量。測量電(dian)(dian)(dian)容率(lv)和介質(zhi)損耗因數可用替(ti)代(dai)法;也就是(shi)在接入(ru)試樣和不接試樣兩種(zhong)狀態下,調節(jie)回路的一個臂使(shi)電(dian)(dian)(dian)橋(qiao)平衡。通(tong)常回路采用西林電(dian)(dian)(dian)橋(qiao)、變壓器電(dian)(dian)(dian)橋(qiao)(也就是(shi)互感耦合比例臂電(dian)(dian)(dian)橋(qiao))和并聯(lian)T型網絡。變壓器電橋(qiao)的優點(dian):采用(yong)保護電極(ji)(ji)不需任何外(wai)加附(fu)件或過多(duo)操作,就可采用(yong)保護電極(ji)(ji);它沒有其他網絡的缺點(dian)。

6.2諧振(zhen)法適用(yong)于10kHz?幾(ji)百(bai)MHz的(de)(de)頻(pin)率(lv)范圍內的(de)(de)測(ce)量。該方(fang)法為(wei)替代(dai)法測(ce)量,常(chang)用的(de)(de)是變電(dian)抗法。但(dan)該方(fang)法不適合采用保護電(dian)極(ji)。

注:典型的電(dian)橋(qiao)和(he)電(dian)路示例見(jian)附錄。附錄中所舉的例子自然是不全面的,敘述電(dian)橋(qiao)和(he)測量方法報導見(jian)有關文獻和(he)該種儀器的原理說明書。

 

7、試驗步驟(zou)

7.1試樣的制備

試樣應從固體材料上截取,為了滿足要求,應按(an)相關(guan)的標準(zhun)方法的要求來制備。


應地測(ce)量厚度(du),使偏差在±0.2%0.005mm)以內,測量點應(ying)均勻地分布在試樣表面。必要時(shi),應(ying)測其有效面積。

7.2條件處理(li)

條件處(chu)理應按相關規范(fan)規定進行。

7.3測(ce)量(liang)

電(dian)氣測量按本(ben)標準或所使用的(de)儀(yi)器(電(dian)橋)制(zhi)造商推薦的(de)標準及相應(ying)的(de)方法進(jin)行。

在(zai)1MHz或更高頻率下(xia),必須減小接線的(de)電感對測量(liang)結果的(de)影響。此時,可采(cai)用同(tong)軸接線系統(見(jian)圖1所示),當用(yong)變電(dian)(dian)抗(kang)法測量時,應提供一(yi)個固定微調電(dian)(dian)容(rong)器。

 

8、結果

8.1相對電容率εr

試樣加有保護電(dian)極時其相對(dui)電(dian)容率εr可按公式(1)計算,沒有保護電極時試樣的被測電容C'x包括了一個微小的(de)邊緣電容Ce,其(qi)相對電容率為:

//img50.chem17.com/9/20180825/636707560466409585372.png ……………………………17

式中:

εr——相對電(dian)容率;

C'x——沒有(you)保護(hu)電(dian)極時試樣的電(dian)容;

Ce——邊(bian)緣電(dian)容;

Co——法向(xiang)極(ji)間電容;

Co和(he)Ce能從表1計算得來。

必要時應對試樣的對地電(dian)容(rong)(rong)(rong)、開關觸頭之間的電(dian)容(rong)(rong)(rong)及(ji)等值(zhi)串聯和并聯電(dian)容(rong)(rong)(rong)之間的差值(zhi)進行校正。

測微計電極間或不(bu)接觸電極間被測試樣的相對(dui)電容率可按表2、表3中相應的(de)公(gong)式計算得來。

8.2介質損耗因數tanδ

介質損耗因數(shu)tanδ按(an)照(zhao)所用(yong)的測量裝置給定的公(gong)式,根據(ju)測出的數值(zhi)來計(ji)算。

8.3精度要求

在(zai)第5章和(he)附錄A中所規定的精度是:電容率精度為±1%,介質損(sun)耗因數的精度為±5%±0.0005)。這(zhe)些(xie)精度(du)至(zhi)少取(qu)決(jue)于(yu)三個因素:即(ji)電(dian)容(rong)和介質損(sun)耗因數的(de)實測精度(du);所用電(dian)極(ji)(ji)裝置引起的(de)這(zhe)些(xie)量的(de)校正(zheng)精度(du);極(ji)(ji)間法向真空電(dian)容(rong)的(de)計(ji)算精度(du)(見表1)。

在較低頻(pin)率下,電容的測量精度能達±0.1%0.02pF),介質損(sun)耗(hao)因數的測量精度能達±2%±0.00005)。在較高頻率(lv)下,其誤(wu)差增大,電容的測量精度(du)為±0.5%±01PF),介質損耗(hao)因數的測量精度為±2%±0.0002)。

對于(yu)帶(dai)有保護(hu)電極(ji)的(de)(de)試樣(yang),其測(ce)量精(jing)度只考(kao)慮極(ji)間(jian)法(fa)向真(zhen)空電容時有計算(suan)誤(wu)差(cha)。但由被保護(hu)電極(ji)和保護(hu)電極(ji)之間(jian)的(de)(de)間(jian)隙太寬而(er)引起的(de)(de)誤(wu)差(cha)通常大到(dao)百(bai)分(fen)(fen)之零點幾(ji),而(er)校正只能計算(suan)到(dao)其本(ben)身值的(de)(de)百(bai)分(fen)(fen)乏幾(ji)。如果試樣(yang)厚度的(de)(de)測(ce)量能到(dao)±0.005mm,則對平均厚度為1.6mm的試樣,其(qi)厚度測量(liang)誤(wu)差能(neng)達到(dao)百分(fen)之零(ling)點幾(ji)。圓形試樣的直徑能(neng)測定到(dao)±0.1%的(de)精度,但它是以(yi)平方的(de)形式引(yin)人(ren)誤差的(de),綜合這(zhe)些因(yin)素,極間法向真空電容的(de)測量(liang)誤差為±0.5%

對(dui)表(biao)面(mian)加有電(dian)極(ji)(ji)的(de)試(shi)樣(yang)(yang)的(de)電(dian)容(rong)(rong),若采(cai)用測微計(ji)電(dian)極(ji)(ji)測量時,只(zhi)要試(shi)樣(yang)(yang)直徑比測微計(ji)電(dian)極(ji)(ji)足夠小,則只(zhi)需要進(jin)行極(ji)(ji)間法向(xiang)電(dian)容(rong)(rong)的(de)修正。采(cai)用其他的(de)一些方法來測量兩電(dian)極(ji)(ji)試(shi)樣(yang)(yang)時,邊緣電(dian)容(rong)(rong)和(he)對(dui)地電(dian)容(rong)(rong)的(de)計(ji)算將帶來一些誤(wu)差(cha),因為它們的(de)誤(wu)差(cha)都可(ke)達(da)到試(shi)樣(yang)(yang)電(dian)容(rong)(rong)的(de)2%?40%。根據目前有(you)關這些(xie)電(dian)容資料,計算邊緣電(dian)容的誤差為10%,計(ji)算(suan)對地(di)(di)電(dian)容(rong)的誤差為因(yin)此帶來總(zong)的誤差是(shi)百分之幾(ji)十到百分之幾(ji)。當電(dian)極不接地(di)(di)時,對地(di)(di)電(dian)容(rong)誤差可大大減小。

采(cai)用測微計電(dian)極時,數量級(ji)是0.03的(de)介(jie)質損耗因數可測(ce)到真值的(de)±0.0003,數量(liang)級(ji)0.0002的介質損(sun)耗因數可測到(dao)真值的±0.00005介質損(sun)耗(hao)因(yin)數的范(fan)圍通(tong)常是0.0001?0.1,但也可擴(kuo)展到0.1以上。頻率(lv)在10MHz20MHz之間時,有可能檢測出(chu)0.00002的介(jie)質損耗因數。1?5的相對(dui)電(dian)容率可測到其真值的±2%,該精度(du)不僅受到(dao)計算極間法向真(zhen)空電容測(ce)量精度(du)的限(xian)制(zhi),也(ye)受到(dao)測(ce)微計電極系統誤差的限(xian)制(zhi)。

 

9、試驗報告

試驗(yan)報(bao)告中應給出下列相關內(nei)容:

絕緣(yuan)材料的(de)型號名稱及種類、供貨形(xing)式、取(qu)樣(yang)方法(fa)、試樣(yang)的(de)形(xing)狀及尺寸(cun)和取(qu)樣(yang)日期(qi)(并注(zhu)明試樣(yang)厚度和試樣(yang)在與電極接觸的(de)表面進行處理的(de)情(qing)況(kuang));

試(shi)樣(yang)條件處理的方法(fa)和處理時間;

電極裝置類(lei)型,若有(you)加在(zai)試樣上(shang)的(de)電極應(ying)注明(ming)其(qi)類(lei)型;

測量儀器(qi);

試驗時的(de)溫(wen)度和相對濕度以(yi)及試樣的(de)溫(wen)度;

施加的電壓(ya);

施加的頻(pin)率;

相對電容(rong)率εr(平均值(zhi));

介質損(sun)耗因(yin)數tanδ(平(ping)均值);

試驗日期;

相對電(dian)容(rong)率(lv)和介(jie)質損耗(hao)(hao)因數(shu)值以及由它(ta)們(men)計算得到的(de)值如損耗(hao)(hao)指數(shu)和損耗(hao)(hao)角,必要時,應給出與(yu)溫度和頻率(lv)的(de)關系。

表1  真(zhen)空電容的計算(suan)和(he)邊緣校正

1

極間法向電容(rong)

(單位:皮法和(he)厘(li)米)

2

邊(bian)緣(yuan)電容(rong)的(de)校正

(單位:皮法和厘米)

3

1.有(you)保(bao)護環的(de)圓盤狀電極

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2.沒有(you)保護環的圓(yuan)盤狀電極(ji)

a)電極直(zhi)徑=試樣直徑

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b)上下電極相等,但比(bi)試樣小

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其(qi)中:ε是試樣相對電容(rong)率的近似值,并且a≤h


表(biao)1(續)

1

極間法向電容

(單位:皮法和厘米)

2

邊緣電容的校正

(單位:皮(pi)法和厘米)

3

c)電極直徑(jing)=試(shi)樣直徑

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其中(zhong):ε是試樣相對電容率的近似值,并且a≤h

3.有保護環的(de)圓柱形電(dian)極

//img49.chem17.com/9/20180825/636707563758498688409.png 

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4.沒有保護(hu)環(huan)的圓柱形電極

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//img49.chem17.com/9/20180825/636707565616158596333.png 

//img49.chem17.com/9/20180825/636707565967472848764.png 

其(qi)中:ε是試(shi)樣相對電容率的近似值

試樣的相對電容(rong)率://img48.chem17.com/9/20180825/636707566042041326304.png

其中:

C'x——電(dian)極之間被測(ce)的電(dian)容;

In——自然對數(shu);

Ig——常用對數(shu)。

2 試樣電(dian)容(rong)的計(ji)算——接觸式測微計(ji)電極

試樣(yang)電(dian)容

符號(hao)定義(yi)

1.并聯一(yi)個標準電容(rong)器來(lai)替代試樣電容(rong)

CP——試樣的并聯電容

C——取去試樣后,為恢(hui)復平衡時的標準電容(rong)器的電容(rong)增量

Cr——在距離(li)為r時,測微(wei)計電極的標定電容

Cs——取去試(shi)樣后,恢復(fu)平衡,測微計電極間距為s時的標(biao)定電容CorCoh——測(ce)微計電極之間(jian)試樣(yang)所(suo)占據(ju)的,間(jian)距分別為rh的空氣電容。可用(yong)表1中的公式1來(lai)計算r——試樣與所加電極的厚(hou)度

h——試樣厚度

相對電容率(lv)//img49.chem17.com/9/20180825/636707566623925056383.png

CP=C+Cor

試樣直徑(jing)(jing)至少比測微計(ji)電極的直徑(jing)(jing)小2r。在(zai)計算電容率時(shi)必(bi)須采用(yong)試樣的真實厚(hou)度h和面積(ji)A

2.取去(qu)試樣后減少測微(wei)計電極間的距離來替代(dai)試樣電容

CP=Cs-Cr+Cor

試樣直徑至少比(bi)測微計電極的直徑小2r。在計算電容(rong)率時(shi)必(bi)須采用試樣的真實厚度h和面積(ji)A

3.并聯一個標準電(dian)容(rong)器來替代試樣電(dian)容(rong)

當試樣(yang)與電極(ji)(ji)的(de)直徑同(tong)樣(yang)大小(xiao)時,僅(jin)存(cun)在一個微小(xiao)的(de)誤差(因電極(ji)(ji)邊緣(yuan)電場畸(ji)變引起0.2%?0.5%的(de)誤差),因而可以避免空(kong)氣電容的(de)兩次計算。

CP=C+Coh

試(shi)(shi)樣直徑等于測微計電極直徑,施于試(shi)(shi)樣上的電極的厚度為零。


表3電容率和(he)介質損耗因數的計算(suan)——不接觸電極(ji)

相(xiang)對電(dian)容率

1

介質損耗(hao)因(yin)數

2

符(fu)號意義

3

1.測微計電極(ji)(在空(kong)氣中(zhong))

 

//img49.chem17.com/9/20180825/636707566715965646177.png 

h調(diao)到一個新值h'o,而(er)C=0

//img50.chem17.com/9/20180825/636707566825166346502.png 

tanδx= tanδc+M·εr·tanδ

 

C——試(shi)樣插(cha)人(ren)時(shi)電(dian)(dian)容的改變量(電(dian)(dian)容增加時(shi)為+號)

C1——裝有試(shi)樣時的電容

C1——僅有流體時的電容,其值(zhi)為εr•Co

Co——所考慮的(de)區域上的(de)真空電容,其值為(wei)εo•A/h0

A——試樣一個面的(de)面積,用 厘米2表示(試驗的面(mian)積(ji)大(da)于等于電極面(mian)積(ji)時)

ε1——在試驗溫度下的流體(ti)相對(dui)電容率(對(dui)空氣(qi)而言ε1. 00)

ε0——電氣常數用皮法/厘米表示

tanδ——試樣插入時,損耗因數的(de)增(zeng)加量

tanδc——裝有(you)試(shi)樣時的損耗(hao)因數

tanδx試樣的(de)損耗(hao)因數的(de)計算(suan)值

d0——內(nei)電極的外直徑d1——試樣的(de)內直(zhi)徑 d2試樣的(de)外(wai)直徑

d3——外電極的內直徑h0——平(ping)行平(ping)板間距

h——試樣的平均(jun)厚度

M——h/h—1

lg――常用(yong)對數

注;在(zai)二流體法(fa)的公式中(zhong),腳注12分別表(biao)示第1種和(he)第(di)二種流體。

2. 平板電極(ji)——流體(ti)排出法(fa)

//img50.chem17.com/9/20180825/636707567365865812825.png 

tanδx= tanδc+M·εr·tanδ

//img49.chem17.com/9/20180825/636707567444022313875.png 

當(dang)試樣的損耗因數小于(yu)1時,可以用下列(lie)公式:

//img48.chem17.com/9/20180825/636707567527950851216.png 

//img49.chem17.com/9/20180825/636707567616871421920.png 

3. 圓(yuan)柱(zhu)形電極——流體排出法(用(yong)于tanδ小于0.1時)

//img48.chem17.com/9/20180825/636707568041506143905.png 

//img48.chem17.com/9/20180825/636707568134950742631.png 

4. 二流體法——平板(ban)電極(用于tanδx小于0. 1時)

//img48.chem17.com/9/20180825/636707568250079480155.png 

//img50.chem17.com/9/20180825/636707568338220045282.png 

//img48.chem17.com/9/20180825/636707568753962710137.png 

1——測微計頭;

6——微調電容器;

2——連(lian)接(jie)可調電(dian)極(B)的(de)金屬波紋管;

7——接(jie)檢(jian)測器;

3——放試樣的空(kong)間(試樣電(dian)容(rong)器M1

8——接到電路(lu)上;

4——固定電(dian)極(ji)(A);

9——可調電極(ji)(B)。

5——測微計頭(tou);

 

圖1  用于固體介(jie)質測量的(de)測微計——電容器裝置(zhi)

單位為(wei)毫米(mi)

//img50.chem17.com/9/20180825/636707568882819536366.png 

1——內電極;

1——把柄(bing);

2——外電極;

5——棚硅酸鹽(yan)或石英墊圈;

3——保護環;

6——硼硅酸鹽或石英墊圈。

圖2  液體測量的三電極試驗池示例

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注滿試驗池所需的液體量大約15mL

1——溫度(du)計插孔;

2——絕緣(yuan)子;

3——過剩液(ye)體溢流(liu)的兩個出口。

圖3  測(ce)量(liang)液體的兩電極(ji)試驗池(chi)示例

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1——溫度(du)計插孔;

2——1mm厚的金屬(shu)板;

3——石英玻璃;

4——1mm2mm的間隙;

5——溫度(du)計插孔

圖(tu)4  液體測量(liang)的平板(ban)兩電極試驗池 

 

 

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