介电温谱测量系统选型指南

实验六 材料的介电温谱测量一． 原理在交变电场作用下，电介质有弛豫现象，电介质的电容率是与电场频率相关的，描述这种关系的方程称为德拜方程，其表示式如下：[][]22022''22')0(tan 1)0(1)0(τωεεωτεεδτωεεετωεεεε∞∞∞∞∞+-=+-=+-+=r温度对弛豫极化有影响，因此也影响到介质损耗功率P w 、介电常数εr 、损耗角正切tanδ的变化。

温度升高，弛豫极化增加，且离子间易发生移动，所以极化的弛豫时间τ减小。

具体情况可结合德拜方程分析。

+二． 实验仪器设备本实验采用LCR 数字电桥和高低温试验室，进行电容器介电频谱的测量，可同时自动获得主参数电容量（C ）和辅参数损耗角正切值（D ）或品质因子（Q ），其中的电容量C 结合样品的几何参数后，可计算出相应的介电系数εr 。

三． 测量准备1、对待测样品进行编号，并测量样品的直径和厚度，记录下来。

2、打开高低温试验箱的样品室，将待测样品按编号依次用电烙铁焊在样品盒上，关上样品室的门。

m T 图 P w 、t anδ、εr 与温度T 的关系四．测量步骤1. 依次打开高低温试验箱、惠普LCR测试仪、电子转换开关、计算机的电源，打开“LRC 实验控制平台”软件。

2. 在LRC实验控制台左边的工具栏中打开“C”文件夹。

3. 双击“温谱实验”，对实验参数进行设置，如图1所示。

(1) 最高温度：温谱实验的最高温度，85℃；(2) 最低温度：温谱实验的最低温度，-25℃；(3) 温度间隔：隔多少℃测量一次数据，2℃；(4) 测试频率：温谱实验的固定测试频率，1KHz；(5) 升温速率：选择系统推荐；(3) 样品选择：有C（圆片型）、D（其他定型样品）、I（不规则样品）可供选择，在下面的样品通道中双击通道号对样品的参数进行设置。

4. 点击“直接进入实验”，进入实验窗口。

5. 实验窗口实时显示测试数据，通过点击左下方的页面切换，可以在测试数据和曲线图之间切换。

介电频谱和介电温谱1.引言1.1 概述概述部分的内容：介电频谱和介电温谱是研究材料电介质特性的重要工具。

介电频谱主要研究材料在不同频率下的介电性质，而介电温谱则探究材料在不同温度下的介电性能变化。

这两个谱可以提供关于材料的结构、动力学以及与周围环境的相互作用等方面的重要信息。

介电频谱的研究基于材料对外加交变电场的响应，通过测量材料的介电常数（介电相对常数和介电损耗因子）与频率的关系，可以获取材料的电导率、载流子浓度以及电荷传输速率等参数。

这些信息对于材料的设计、开发和应用具有重要意义。

在实际应用中，介电频谱被广泛应用于材料科学、电子工程、能源领域以及生物医学等领域。

而介电温谱则是研究材料在不同温度下的介电性能变化。

材料的介电性质往往受温度的影响，通过测量材料在不同温度下的介电常数，可以了解材料在不同温度环境下的电荷传输行为、晶格结构的变化以及相变等现象。

这些信息对于材料的热稳定性评估、材料在高温环境下的应用以及研究材料的相变行为等都具有重要价值。

因此，介电频谱和介电温谱在材料科学与工程领域发挥着重要的作用。

这两个谱的研究不仅为我们深入理解材料的电介质特性提供了有效的手段，也为材料的设计、性能优化以及新材料的开发提供了重要的参考。

未来的研究方向将会更加注重多尺度、多物理场的耦合研究，以及更精确的实验测量和理论模型的建立，以进一步拓展介电频谱和介电温谱的应用领域和研究深度。

1.2 文章结构文章结构部分的内容可以按照以下方式编写：文章结构部分本文将按照以下结构来进行介电频谱和介电温谱的探讨。

首先，在引言部分将概述本文主要内容，并介绍文章的结构和目的。

接下来，我们将进入正文部分，其中将包括介电频谱和介电温谱的定义与原理以及它们在不同领域中的应用。

最后，在结论部分，我们将总结介电频谱和介电温谱的重要性和应用价值，并展望未来的研究方向和发展趋势。

整个文章的结构将帮助读者更好地理解介电频谱和介电温谱的概念、原理和应用。

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频域介电谱检测装置标准技术规范书（专用部分）标书编号中国南方电网有限责任公司2017年10月目录一、工程概述 (1)1.1 工程概况 (1)1.2 使用条件 (1)二、设备详细技术要求 (2)2.1 供货需求及供货范围 (2)2.2 标准技术特性参数表 (2)2.3 投标人资料提交时间及培训要求 (5)2.4 主要元器件来源 (5)2.5备品备件、专用工具和仪器仪表供货表 (6)三、投标方技术偏差 (6)3.1 投标方技术偏差 (6)3.2 投标方需说明的其他问题 (7)四、设计图纸传递表 (7)4.1 图纸资料提交单位 (7)4.2 一次、二次及土建接口要求（适用于扩建工程） (7)4.3 设备图纸及资料 (7)五、其他 (8)5.1 LCC数据文件 (8)一、工程概述1.1 工程概况本技术规范书采购的设备适用的工程概况如下：表1.1 工程概况一览表（项目单位填写）序号名称项目单位填写1 工程名称2 工程建设单位3 工程地址5 运输条件1.2 使用条件本技术规范书采购的设备适用的外部条件如下：表1.2 设备外部条件一览表（项目单位填写）序号参数类型单位正常使用条件特殊使用条件项目需求值或表述投标人保证值备注（须说明本工程适用的是正常使用条件或是特殊使用条件）1 环境温度1.1 最高日温度℃40 - 1.2 最低日温度℃-25 - 1.3 最大日温差℃201.4 年平均温度℃-2 海拔m -3 太阳辐射强度W/cm2 0.14 污秽等级-5 覆冰厚度mm -6 风速m/s -7 相对湿度7.1 最大日相对湿度% 1007.2 最大月平均相对湿度% 1008 耐受地震能力（地震烈度8度/9度）g9 系统标称电压kV10 系统最高电压kV11 系统额定频率Hz12 系统中性点接地方式13 安装点母线短路电流kA14 直流控制电压V15 设备运输条件16 极限位置阻抗值及偏差17 安装地点室内/室外二、设备详细技术要求2.1 供货需求及供货范围投标方提供的设备具体规格、数量见表2.1:供货范围及设备技术规格一览表。

介电测量技术实验指导书：实验一铁电体介电常数与介电温谱测试一、实验目的1．掌握介电常数的定义及测量原理；2．熟悉介电测量设备的使用方法；3．了解几种不同的铁电体的介电温谱及其相变行为；4．掌握数据处理方法和对数据的分析。

二、实验原理介电常数是表征介质极化能力的一个参数，它正比于单位电场在介质中诱导的电位移大小。

一般说来，固体介质中存在的极化机制有电子位移极化、离子位移极化、偶极取向极化和空间电荷极化四种类型。

决定于具体的极化机制，固体介质的介电常数可以处于从2到104的宽广范围内。

对于铁电体而言，极化的情况相比较于一般介质要复杂得多，既有极化的非线性，又有因为铁电畴的存在而带来的不可逆过程和滞后效应的影响。

根据测量时电场强弱与计算范围的大小，铁电体介电常数可以分为三种：小信号介电常数，交流介电常数以及微分介电常数。

如表1所示。

表1铁电体介电常数的分类测量电场计算范围公式测量方法小信号介电常数（可逆介电常数）小信号交变电场小信号范围ε＝ΔP/ΔE LCR交流介电常数（有效/等效介电常数）强交流电场大范围内平均量ε＝P/E电滞回线西林电桥微分介电常数强交变电场局部小范围ε＝dP/dE 电滞回线微分在本实验中只要求测量小信号介电常数及其温度依赖关系。

低频下测量铁电材料的小信号介电常数的方法主要是应用平行板电极电容器的测量原理，通过测量样品的电容量，经计算求得的。

若忽视平行板电容器的边缘效应，电容量与介电常数的关系如下：dA C rεε0=（1）式中C 为被测样品在低频下的电容量，A 为平行板重叠部分面积，d 为两平行板之间的距离，0ε＝8.85×10-12（F/m ）为真空介电常数，r ε为相对介电常数。

由ACdr 0εε=即可计算出相对介电常数。

平行板电容器一般要求样品的横向尺寸（直径/边长）要大于10倍样品厚度。

铁电体的介电常数温谱曲线携带了铁电相变的信息，对于一级相变和二级相变铁电体，其相变温度（T c ）以上的介温曲线满足居里外斯定律T T C r −=ε（2）其中，一级相变铁电体满足T 0<T c ，如钛酸钡（BT ），而二级相变铁电体满足T 0=T c ，如磷酸二氢钾（KDP ）。

高温介电温谱仪专业用于电介质材料电学性能研究，集高温炉膛、测量夹具、测量软件于一体，需外接阻抗分析仪实现20Hz-30MHz阻抗测量；可以测量介电常数和损耗，阻抗谱及Cole-Cole图，机电耦合系数Kp。

高温介电温谱仪系统参数：温度范围：RT~1250℃控温精度:±1℃测量精度：±0.1℃控温方式：连续升温和分段升温升温斜率：1-10℃/min（可控）降温斜率：1-10℃/min（可控）显示控制：彩色触摸屏数据接口：USB接口数据存储：数据自动转换成Excel格式冷却方式：水冷控温方式：PID精确控温高温介电温谱仪测量参数：频率范围：20Hz-30MHZ测量精度：0.05%供电：220V±10%，50Hz工作环境：0-55℃预热:30min测量原理：平行板电容原理电极材料：铂金测量方式：2线-4线测量集成一体化介电测量■高温炉膛：采用管式炉设计，实现室温-1250℃范围控温；■测量夹具：采用半球状+平板状电极，精确定位测量样品某一点；■测量软件：可以实现温度谱、频率谱、偏压谱、阻抗谱、介电谱、时间谱等测量功能；■阻抗测量：兼容WK6500系列阻抗分析仪，Agilent4294A、E4980A、E4990A阻抗分析仪和TH2828S LCR表；卓越的易用性■高温炉膛：采用电动升降设计，一键控制炉膛上升、下降；■测量夹具：弹簧夹具夹持样品，既不损伤样品又能让电极与样品更好的接触，放取样方便；■测量软件：触摸屏控制和显示，操作直观、使用方便，无需外接电脑；■阻抗测量：只需简单连接介电温谱仪和阻抗分析仪，开机校准后即可开始测量；满足科研需求■实现常温、高温、真空、气氛条件测量材料的介电性能；■可提供块体夹具、薄膜夹具、单样品夹具、四样品夹具，以满足不同样品的测试需求；■直接测量样品的介电常数和介电损耗、阻抗谱及Cole-Cole图、机电耦合系数，满足科研需求；标准配置：主机、测量夹具、测量分析软件、样品工具箱、电源线、出厂检验报告、操作说明书选购件：阻抗分析仪：WK6500系列；AgilentE4980A、E4990A阻抗分析仪；TH2828S LCR表夹具替换件、炉膛替换件、温度控制板替换件、高温传感器替换件。

高温介电温谱测量系统之介电测试夹具与wk6500校准操作手册高温介电温谱测量系统介电测试夹具与WK6500校准操作手册（V1.0）1.概述本篇讲解的是三琦电子精密型高温介电夹具与WK6500B系列精密阻抗分析仪或WK6500P高频LCR表的校准操作。

校准的流程分为：开路校准à短路校准à高频校准，夹具可校准频率为30MHz。

2.适用范围本篇所讲解的内容仅适用于三琦电子精密型高温介电夹具与WK6500B系列精密阻抗分析仪或WK6500P高频LCR表。

3.准备工作精密型高温介电夹具是平行板电极，WK6500提供的配套针脚型校准件不适用于与高温介电夹具完成校准。

因此，三琦电子提供了一种专门用于此类平行板电极校准的方法。

序号校准配件品牌1100欧电阻器件（圆柱型）三琦电子2短路垫片（圆盘型）三琦电子3镊子三琦电子4.操作步骤1)使用四根测试线缆连接精密型高温介电夹具与WK6500仪器，确保线缆与接口之间接触良好；2)调节千分尺，使得介电夹具的上下两电极没有接触，处于开路状态；介电测试夹具与WK650校准操作手册23)开机à按键MODE(主菜单)，屏幕选项Calibrate进入校准界面；4)OpencircuitTrim校验，确保当前介电夹具的上下两电极没有接触，处于开路状态,点击屏幕的OPEN，再点“OK”按钮等待校准完成（无任何提示表示通过，如有错误，会提示相应的对话框）；5)ShortcircuitTrim校验，使用镊子夹持短路垫片平稳放入介电夹具的下电极中间，并确保短路垫片没有接触到保护电极；6)再调节介电夹具上的千分尺，使得上电极与短路垫片保持良好接触，这样，上下两电极通过短路垫片构成了一个短路状态（为了更清楚的看到短路垫片安装的位置，下图中的上电极与短路垫片未接触）；然后，再点击SHORT，再点“OK”按钮等待校准完成（无任何提示表示通过，如有错误，会提示相应的对话框）；介电测试夹具与WK650校准操作手册37)HFComp(高频校验)取出短路垫片，调整WK6500仪表模式参数如下：l项目1：Cl项目2：Dl等效电路：并联l测试频率：10KHzl测试电压：1V8)固定千分尺上的向上滑块螺丝，确保在向下调整的过程中，上电极不会向上滑动。

PZT的介电温谱特性是随着温度的升高，其介电常数逐渐减小。

这是因为温度升高会导致PZT内部的离子活动增加，使得晶格常数增大，从而导致介电常数减小。

因此，PZT的介电温谱特性呈现出一个负的温度系数。

另外，PZT的介电常数还会受到频率、湿度和外电场的影响。

其中，频率和外电场
的影响主要表现在介电常数的实部和虚部上，而湿度的影响则主要表现在介电常数的实部上。

总之，PZT的介电温谱特性是一个比较复杂的问题，需要考虑多种因素的影响。

在实际应用中，需要根据具体的应用场景和要求，选择合适的PZT材料和制备工艺，以达到最佳的性能表现。

低温介电温谱测试系统的研发与应用的开题报告一、研究背景和意义介电材料广泛应用于电子、电力等领域中，而低温环境对于介电材料的性质具有重要的影响。

目前，研究低温介电性质的测试系统主要有两种方式：一种是在低温条件下做介电测试，但设备成本高，实验条件苛刻；另一种是利用介电温谱技术，可以在常温下得到材料的介电性质，但目前市面上的介电温谱测试系统都不能在低温环境下工作。

因此，研发一款低温介电温谱测试系统，具有很好的应用前景。

二、研究内容本研究旨在研发一款低温介电温谱测试系统，具体研究内容如下：1.设计和制作低温介电测试系统，实现在常温和低温环境下对介电性质的测试。

2.对系统进行优化，使其能够对不同形态的样品进行测试，并降低测试误差。

3.通过实验验证系统的可行性，检验测试结果的准确性和可靠性。

三、研究方案本研究主要采用实验研究和机械设计的方法进行。

1.系统设计：系统主要由样品夹持装置、介电测试系统和低温控制系统三部分组成。

样品夹持装置采用机械支架和夹具的形式，通过对样品施加电场，实现对样品的测试；介电测试系统采用精密测试仪器，能够准确测量样品的介电性质；低温控制系统采用制冷装置和温度控制装置，可控制系统的温度在常温和低温环境下进行测试。

2.系统制作：按照设计方案，制作样品夹持装置、介电测试系统和低温控制系统，并将其整合在一起。

3.优化测试方法：通过对样品的形态、电极间距、电压等因素的优化，提高测试的准确性。

4.实验验证：选择不同类型的介电材料进行测试，比较测试结果与已有文献及其他测试方法的结果进行对比，检验测试结果的准确性和可靠性。

四、预期成果1.研发出一款低温介电温谱测试系统，能够在常温和低温环境下对介电性质进行测试。

2.建立系统的测试方法，提高测试的准确性和可靠性。

3.对常见的电子材料进行测试，得到其在不同温度下的介电性质数据。

五、可能遇到的问题及解决方案1.制作难度大：在制作过程中可能会遇到一些技术难点，如夹具设计、材料选择、温度控制等问题，在遇到问题时可以咨询其他相关领域的专家给出解决方案。