介電常數(shù)介質(zhì)損耗測(cè)試儀術(shù)語(yǔ)

定義：

這些試驗(yàn)方法所用術(shù)語(yǔ)定義以及電絕緣材料相關(guān)術(shù)語(yǔ)定義見術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)D1711。

本標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語(yǔ)定義：

電容，C，名詞——當(dāng)導(dǎo)體之間存在電勢(shì)差時(shí)，導(dǎo)體和電介質(zhì)系統(tǒng)允許儲(chǔ)存電分離電荷的性能。

討論——電容是指電流電量 q與電位差V之間的比值。電容值總是正值。當(dāng)電量采用庫(kù)倫為單位，電位采用伏特為單位時(shí)，電容單位為法拉，即：

C=q/V           （1）

耗散因子（D），（損耗角正切），（tanδ），名詞——是指損耗指數(shù)（K''）與相對(duì)電容率（K'）之間的比值，它還等于其損耗角（δ）的正切值或者其相位角（θ）的余切值（見圖1和圖2）。

D=K''/K'     (2)

相關(guān)ASTM標(biāo)準(zhǔn)，可瀏覽ASTM，或與ASTM客服service@astm.org。ASTM標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)卷次信息，可參見ASTM標(biāo)準(zhǔn)文件匯總。

討論——a：

D=tanδ=cotθ=Xp/Rp=G/ωCp=1/ωCpRp        (3)

式中：

G=等效交流電導(dǎo)，

Xp=并聯(lián)電抗，

Rp=等效交流并聯(lián)電阻，

Cp=并聯(lián)電容，

ω=2πf（假設(shè)為正弦波形狀）

耗散因子的倒數(shù)為品質(zhì)因子Q，有時(shí)成為儲(chǔ)能因子。對(duì)于串聯(lián)和并聯(lián)模型，電容器耗散因子D都是相同的，按如下表示為：

D=ωRsCs=1/ωRpCp        (4)

串聯(lián)和并聯(lián)部分之間的關(guān)系滿足以下要求：

Cp=Cs/(1+D2)             (5)

Rp/Rs=(1+D2)/D2=1+(1/D2)=1+Q2             (6)

 討論——b:串聯(lián)模型——對(duì)于某種具有電介質(zhì)損耗（圖3）的絕緣材料，其并聯(lián)模型通常是適當(dāng)?shù)哪Ｐ停淇偸悄芎团紶栆竽M在單頻率下電容Cs與電阻Rs串聯(lián)（圖4和圖2）的某個(gè)電容器。

損耗角（缺相角），（δ），名詞——該角度的正切值為耗散因子或反正切值K''/K'或者其余切值為相位角。

討論——相位角和損耗角的關(guān)系見圖1和圖2所示。損耗角有時(shí)成為缺相角。

損耗指數(shù)，K''（ε''），名詞——相對(duì)復(fù)數(shù)電容率虛數(shù)部分的大小；其等于相對(duì)電容率和耗散因子的乘積。

討論——a——它可以表示為：

K''=K' D=功率損耗/（E2×f×體積×常數(shù)）    (7)

     當(dāng)功率損耗采用瓦特為單位，施加電壓采用伏特/厘米為單位，頻率采用赫茲為單位，體積（是指施加了電壓的體積）采用立方厘米為單位，此時(shí)的常數(shù)值為5.556×10-13。

討論——b——損耗指數(shù)是上協(xié)定使用的術(shù)語(yǔ)。在美國(guó)，K''以前成為損耗因 相位角，θ，名詞——該角度的余切值為耗散因子，反余切值K''/K'，同時(shí)也是施加到某一電介質(zhì)的正弦交流電壓與其形成的具有相同頻率的電流分量之間的相位角度差值。

討論——相位角和損耗角之間的關(guān)系見圖1和圖2所示。損耗角有時(shí)也

稱為缺相角。

 功率因子，PF，名詞——某一材料消耗的功率W（單位為瓦特）與有效正弦電壓V和電流I之間乘積（單位為伏特-安）的比值。

討論——功率因子可以采用相位角θ的余弦值（或損耗角的正弦值δ）來(lái)表示：

      （8）

    當(dāng)耗散因子小于0.1時(shí)，功率因子與耗散因子之間的差值小于0.5%。可從下式找到它們的準(zhǔn)確關(guān)系：

      （9）

相對(duì)電容率（相對(duì)介電常數(shù)）（SIC）K'（εr），名詞——相對(duì)復(fù)數(shù)電容率的實(shí)數(shù)部分。它也是采用某一材料作為電介質(zhì)的某一給定形狀電極等效并聯(lián)電容Cp與采用真空（或空氣，適用于多數(shù)實(shí)際用途）作為電介質(zhì)的相同形狀電極電容Cv之間的比值。

K'=Cp/Cv           （10）

討論——a——在普遍的用法，“相對(duì)”一詞經(jīng)常是指下降值。

討論——b——從經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，真空在各處必須采用材料來(lái)替代，因?yàn)槠淠茱@著改變電容。電介質(zhì)等效電路假設(shè)包含一個(gè)電容Cp，該電容與電導(dǎo)并聯(lián)。

討論——c——Cx視為圖3所示的等效并聯(lián)電容Cp。

討論——d——當(dāng)耗散因子為0.1時(shí)，串聯(lián)電容大于并聯(lián)電容，但是兩者差值小于1%，而當(dāng)耗散因子為0.03時(shí)，兩者差值小于0.1%。如果測(cè)量電路獲得串聯(lián)部分的結(jié)果，在計(jì)算修正值和電容率之前，并聯(lián)電容必須由公式5計(jì)算得出。

討論——e——干燥空氣在23℃和101.3kPa標(biāo)準(zhǔn)壓力下的電容率為1.000536（1）。6其從整體的背離值K'-1與溫度成反比，同時(shí)直接與大氣壓力成正比。當(dāng)空間在23℃下達(dá)到水蒸氣飽和時(shí)，電容率增加至為0.00025（2,3），同時(shí)隨著溫度（單位為℃）從10到27℃近似發(fā)生線性變化。對(duì)于局部飽和，增加值與相對(duì)濕度成正比。

介電常數(shù)介質(zhì)損耗測(cè)試儀4.試驗(yàn)方法摘要

電容和交流電阻測(cè)量在一個(gè)樣本上進(jìn)行。相對(duì)電容率等于樣本電容除以（具有相同電極形狀）真空電容計(jì)算值，同時(shí)很大程度上取決于誤差源分辨率。耗散因子通常與樣本幾何形狀無(wú)關(guān)，同時(shí)也可以依據(jù)測(cè)量值計(jì)算得出。

本方法提供了（1）電極，裝置和測(cè)量方法選擇指南；和（2）如何避免或修正電容誤差的指導(dǎo)。

一般的測(cè)量考慮：

邊緣現(xiàn)象和雜散電容    受保護(hù)電極

樣本幾何形狀          真空電容計(jì)算

邊緣，接地和間隙修正

電極系統(tǒng)—接觸式電極

電極材料              金屬箔片

導(dǎo)電涂料              燒銀

噴鍍金屬              蒸發(fā)金屬

液態(tài)金屬              剛性金屬

水

電極系統(tǒng)—非接觸式電極

固定電極              測(cè)微計(jì)電極

液體置換法

括號(hào)里的粗體字參閱這些試驗(yàn)方法附屬的參考文獻(xiàn)清單。

 電容和交流損耗測(cè)量裝置和方法選擇

頻率                  直接和替代方法

兩終端測(cè)量            三終端測(cè)量

液體置換法            精度考

電容率（介電常數(shù)）的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法1

本標(biāo)準(zhǔn)是以固定代號(hào)D150發(fā)布的。其后的數(shù)字表示原文本正式通過(guò)的年號(hào)；在有修訂的情況下，為上一次的修訂年號(hào)；圓括號(hào)中數(shù)字為上一次重新確認(rèn)的年號(hào)。上標(biāo)符號(hào)（ε）表示對(duì)上次修改或重新確定的版本有編輯上的修改。
 本標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)批準(zhǔn)用于國(guó)防部所有機(jī)構(gòu)。
介電常數(shù)介質(zhì)損耗測(cè)試儀范圍
本試驗(yàn)方法包含當(dāng)所用標(biāo)準(zhǔn)為集成阻抗時(shí)，實(shí)心電絕緣材料樣本的相對(duì)電容率，耗散因子，損耗指數(shù)，功率因子，相位角和損耗角的測(cè)定。列出的頻率范圍從小于1Hz到幾百兆赫茲。

注1：在普遍的用法，“相對(duì)”一詞經(jīng)常是指下降值。

這些試驗(yàn)方法提供了各種電極，裝置和測(cè)量技術(shù)的通用信息。讀者如對(duì)某一特定材料相關(guān)的議題感興趣的話，必須查閱ASTM標(biāo)準(zhǔn)或直接適用于被測(cè)試材料的其它文件。

本標(biāo)準(zhǔn)并沒有*列舉所有的安全聲明，如果有必要，根據(jù)實(shí)際使用情況進(jìn)行斟酌。使用本規(guī)范前，使用者有責(zé)任制定符合安全和健康要求的條例和規(guī)范，并明確該規(guī)范的使用范圍。特殊危險(xiǎn)說(shuō)明見7.2.6.1和10.2.1。

本規(guī)范歸屬于電學(xué)和電子絕緣材料ASTM D09委員會(huì)管轄，并由電學(xué)試驗(yàn)D09.12附屬委員分會(huì)直接管理。

當(dāng)前版本核準(zhǔn)于2011年8月1日。2011年8月發(fā)行。原版本在1922年批準(zhǔn)。前一版本于2004年批準(zhǔn)，即為 D150-98R04。DOI：10.1520/D0150-11。

R. Bartnikas, 第2章, “交流電損耗和電容率測(cè)量,” 工程電介質(zhì), Vol. IIB, 實(shí)心絕緣材料的電學(xué)性能, 測(cè)量技術(shù), R. Bartnikas, Editor, STP 926,ASTM, Philadelphia, 1987.

R. Bartnikas, 第1章, “固體電介質(zhì)損耗,” 工程電介質(zhì),Vol IIA, 實(shí)心絕緣材料的電學(xué)性能: 分子結(jié)構(gòu)和電學(xué)行為, R. Bartnikas and R. M. Eichorn, Editors, STP 783, ASTM, Philadelphia, 1983.

介電常數(shù)介質(zhì)損耗測(cè)試儀引用文件
 ASTM標(biāo)準(zhǔn)：4

D374     固體電絕緣材料厚度的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法

D618     試驗(yàn)用塑料調(diào)節(jié)規(guī)程

D1082    云母耗散因子和電容率（介電常數(shù)）試驗(yàn)方法

D1531    用液體位移法測(cè)定相對(duì)電容率（介電常數(shù)）與耗散因子的試驗(yàn)方法

D1711    電絕緣相關(guān)術(shù)語(yǔ)

D5032    用飽和甘油溶液方式維持恒定相對(duì)濕度的規(guī)程

E104     用水溶液保持相對(duì)恒定濕度的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施規(guī)程

E197     室溫之上和之下試驗(yàn)用罩殼和服役元件規(guī)程（1981年取消）5