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聚合物介电常数和介电损耗的测定
聚合物的介电常数和介电损耗是指材料在电场作用下的电学性质。
介电常数描述了材料在电场中的响应能力，介电损耗则表示了
材料在电场中能量的耗散情况。
测定聚合物的介电常数和介电损耗
通常需要进行以下步骤和方法：
1. 介电常数的测定：
静电法，通过测量材料在不同电场下的电容来计算介电常数。
谐振法，利用谐振电路的谐振频率和电容值来计算介电常数。
微波法，利用微波在材料中的传播速度和波长来计算介电常数。
2. 介电损耗的测定：
并联谐振法，利用谐振电路的损耗因子和谐振频率来计算介
电损耗。
阻抗分析法，通过测量材料在不同频率下的阻抗来计算介电
损耗。
热量法，通过测量材料在电场中的温度变化来计算介电损耗。
3. 实验条件：
在测定介电常数和介电损耗时，需要控制温度、湿度和外界
电磁场等因素，以确保实验结果的准确性和可重复性。
4. 数据处理：
对测得的数据进行统计分析和处理，计算出介电常数和介电
损耗的平均值和误差范围。
5. 应用：
了解聚合物的介电常数和介电损耗对于材料在电子器件、电
力设备和电力系统中的应用具有重要意义，可以指导材料的选用和
性能优化。
总的来说，测定聚合物的介电常数和介电损耗需要结合多种方
法和技术，以获得准确可靠的实验结果，并且这些性质的测定对于材料的研究和应用具有重要意义。
介电常数测试方法国标
介电常数是描述物质对电场的响应能力的物理量，也是一种重要的材
料参数。
它的测试方法在国际上已经标准化，以确保测试结果的准确性和
可比性。
接下来将介绍介电常数的测试方法国标，包括ASTM标准和IEC
标准，并对其进行比较和分析。
ASTMD150标准是用于固态绝缘材料介电常数测量的标准方法。
首先，样品被切割为规定的几何形状，如圆盘、片状或柱状。
然后，使用特定频
率的交流电场在样品上施加电压。
根据外加电场引起的样品极化程度来测
量介电常数。
ASTMD150还规定了测试条件、测试设备和测试结果的计算
方法。
对于这两个标准，有几个方面需要注意。
首先是测试频率的选择。
不
同频率下，材料的介电常数可能会有所不同。
因此，在进行介电常数测试时，需要在规定的频率范围内选择适当的频率。
其次是测试温度的影响。
温度对材料的介电常数也会有影响，因此需要在规定的温度下进行测试，
并校正温度的影响。
另外还有一些其他的介电常数测试方法，如微波谐振腔法、差分电容
法和电容测量法等。
这些方法在特定情况下可能更为精确或适用于特定材料。
国际上也有一些相关标准，如ASTMD2520和ASTMD1169，用于特定材
料的介电常数测试。
介电常数的测定实验报告数学系 周海明 PB05001015 2006-11-16实验题目：介电常数的测定实验目的：了解多种测量介电常数的方法及其特点和适用范围，掌握替代法，比较法和谐振法测固体电介质介电常数的原理和方法，用自己设计与制作的介电常数测试仪，测量压电陶瓷的介电常数。
实验原理：介质材料的介电常数一般采用相对介电常数r ε来表示，通常采用测量样品的电容量，经过计算求出r ε，它们满足如下关系：SCd r 00εεεε==（1）。
式中ε为绝对介电常数，0ε为真空介电常数，m F /1085.8120-⨯=ε，S 为样品的有效面积，d 为样品的厚度，C 为被测样品的电容量，通常取频率为1kHz 时的电容量C 。
一、替代法替代法参考电路如图1所示，将待测电容C x （图中R x 是待测电容的介电损耗电阻），限流电阻R 0(取1k Ω)、安培计与信号源组成一简单串联电路。
合上开关K 1，调节信号源的频率和电压及限流电阻R 0，使安培计的读数在毫安范围恒定（并保持仪器最高的有效位数），记录读数I x 。
将开关K 2打到B 点，让标准电容箱C s 和交流电阻箱R s 替代C x 调节C s 和R s 值，使I s 接近I x 。
多次变换开关K 2的位置(A,B 位)，反复调节C s 和R s ，使X S I I =。
假定C x 上的介电损耗电阻R x 与标准电容箱的介电损耗电阻R s 相接近（s x R R ≈），则有s x C C =。
另一种参考电路如图2所示，将标准电容箱C s 调到极小值，双刀双掷开关K 2扳到AA ’，测量C x 上的电压V x 值；再将K 2扳到BB ’，调节C s 让C s 上的电压V S 接近V x 。
将开关K 2来回扳到AA ’和BB ’位，不断调节C s 和R s 值，使伏特计上的读数不变，即X S V V =，若s x R R ≈，则有s x C C =。
二、比较法当待测的电容量较小时，用替代法测量，标准可变电容箱的有效位数损失太大，可采用比较法。
固体与液体介电常数的测量一、实验目的:运用比较法粗测固体电介质的介电常数，运用比较法法测量固体的介电常数,谐振法测量固体与液体的介电常数(以及液体的磁导率)，学习其测量方法及其物理意义，练习示波器的使用。
二、实验原理：介质材料的介电常数一般采用相对介电常数εr 来表示，通常采用测量样品的电容量，经过计算求出εr ，它们满足如下关系：SCdr 00εεεε==式中ε为绝对介电常数，ε0为真空介电常数，m F /1085.8120-⨯=ε，S 为样品的有效面积，d 为样品的厚度，C 为被测样品的电容量，通常取频率为1kHz 时的电容量C 。
替代法：替代法的电路图如下图所示。
此时电路测量精度与标准电容箱的精度密切相关。
实际测量时，取R=1000欧姆,我们用双踪示波器观察,调节电容箱和电阻箱的值,使两个信号相位相同, 电压相同，此时标准电容箱的容值即为待测电容的容值。
谐振法：1、交流谐振电路：在由电容和电感组成的LC 电路中，若给电容器充电，就可在电路中产生简谐形式的自由电振荡。
若电路中存在交变信号源，不断地给电路补充能量，使振荡得以持续进行，形成受迫振动，则回路中将出现一种新的现象——交流谐振现象。
RLC 串联谐振电路如下图所示:图一：RLC 串联谐振电路其中电源和电阻两端接双踪示波器。
电阻R 、电容C 和电感L 串联电路中的电流与电阻两端的电压是同相位的，但超前于电容C 两端的电压2π ，落后于电感两端的电压2π，如图二。
图二：电阻R 、电容C 和电感L 的电压矢量图电路总阻抗：Z ==L V →-RV →回路电流：V I Z==电流与信号源电压之间的位相差：1arctan i L C R ωωϕ⎛⎫- ⎪=-⎪ ⎪⎝⎭找到RLC 串联电路的谐振频率，如果已知L 的值，就可以得出C 的大小。
2、谐振法测量电容谐振法测量电容的原理图见上图一，由已知电感L ，电阻R 待测电容C x 组成振荡电路，改变信号源频率使RLC 回路谐振，使得双踪示波器两个频道的波形相位相同，电阻上电压最大,则电容可由下式求出：L f C X 2241π=式中f 为频率，L 为已知电感，C x 为待测电容。
实验题目：介电常数的测量实验目的：了解多种测量介电常数的方法及其特点和适用范围，掌握替代法，比较法和谐振法测固体电介质介电常数的原理和方法，用自己设计与制作的介电常数测试仪，测量压电陶瓷的介电常数。
实验数据：表一：替代法测量电容数据表二：比较法测量电容数据表三：谐振法测量电容数据4、电桥法5、仪器常数（1）压电陶瓷几何尺寸直径d=(24.65±0.02)mm （P=0.95） 厚度h=(0.194±0.010)mm （P=0.95） （2）电容箱示值准确度 10×0.1μF 组±0.5% 10×0.01μF 组±0.65% 10×0.001μF 组±2% 10×0.0001μF 组±5%数据处理：介电常数的计算公式可以被统一化为2020004)2(d Ch d Ch S Ch r πεπεεεεε====1、 替代法那么根据公式计算出错误！未找到引用源。
1.204×103下面求不确定度： 测量列的标准差为：1)()(2--=∑n C CC ii xx σ错误！未找到引用源。
=0.00008μF取P=0.95，查表得t 因子t P =2.57，那么测量列不确定度的A 类评定为F F nC t x Pμμσ00008.0600008.057.2)(=⨯= 根据给定的电容箱的参数，可以计算得测量列不确定度的B 类评定 错误！未找到引用源。
=（0.02×0.65%+0.006×2%+0.0002×5%）μF =0.00026μF所以测量列的展伸不确定度为 95.0,0003.000026.000008.0])([)(2222==+=+=P F F u nC t C U B x Px μμσ根据介电常数的计算公式和不确定度的传递原则，有2222])(2[])([])([])([dd U h h U C C U U xx rr ++=ε那么3222322210064.0)65.2402.0()194.0010.0()0262.00003.0(10204.1])(2[])([])([)(⨯=++⨯⨯=++=d d U h h U C C U U xx r r εε 故最终结果写成：95.0,10)06.020.1()(3=⨯±=±=P U r r r εεε2、比较法，得到下表故错误！未找到引用源。
介电常数测试原理
介电常数（Dielectric constant）是一个描述物质电介质特性的
物理量。
它表示了一种介质相对于真空（或其他参考介质）的电容性能。
在测试介电常数的实验中，首先需要制备一个被测物质的样品，这个样品可以是固体、液体或气体，具体的形式根据被测物质的性质而定。
接下来，需要使用一个电容器，这个电容器一般由两个平行的金属板组成，中间夹着被测介质样品。
两个金属板的距离可以根据实际需要进行调节。
在实验中，首先将电容器接入一个电源，使其形成一个电路。
然后，通过测量电容器中的电压和电容器上施加的电压之间的关系，就可以得到被测介质的介电常数。
具体而言，可以使用一个电容-电压测试仪或者其他电测设备来进行测量。
测量的原理是，介质中的电场会导致介质中的电子和离子移动，从而引起电极上的极化现象。
极化过程会在电极上产生一个额外的电荷，这个电荷与电极上施加的电势有关。
通过测量电容器的电压和施加在电容器上的电压，可以推导出被测介质的介电常数。
需要注意的是，在实际测量过程中，还需要考虑到被测介质的温度、湿度和压力等因素对介电常数的影响。
因此，在测量时，还需要保持一定的环境条件，并进行相应的修正计算，以获得准确的介电常数值。
总之，介电常数测试是通过测量电容器中电压和施加电压之间的关系，得到被测介质的介电常数的一种方法。
这种测试方法广泛应用于材料科学、电子工程等领域，为相关领域的研究提供了重要的实验数据。
电容法测试介电常数介电常数是描述介质电性质的物理量，它反映了介质在电场中的响应能力。
在工程领域和科学研究中，准确测量介电常数对于研究材料的电性质以及设计电子元器件至关重要。
电容法是一种常用的测量介电常数的方法，本文将探讨电容法测试介电常数的原理、步骤和应用。
一、电容法测试介电常数的原理电容法是通过测量电容器在不同介质中的电容变化来确定介电常数的一种方法。
其基本原理是根据电容器的电容公式C=εA/d，其中C为电容，ε为介电常数，A为电容器的极板面积，d为极板间的距离。
当电容器中充满不同介质时，介质的介电常数ε会影响电容器的电容值。
因此，通过测量电容器在不同介质中的电容变化，可以间接地得到介质的介电常数。
二、电容法测试介电常数的步骤1. 准备工作：选择合适的电容器和介质样品。
电容器通常选择平行板电容器或圆柱电容器，而介质样品可以是固体、液体或气体。
2. 测量电容：将电容器与待测介质连接，通过电容计测量电容器的电容值。
此时，电容器中充满了待测介质。
3. 更换介质：将待测介质更换为其他介质，重复第2步的测量。
可以选择多种不同介质进行测量。
4. 计算介电常数：根据电容公式C=εA/d，利用测得的电容值和已知参数计算介质的介电常数。
三、电容法测试介电常数的应用电容法测试介电常数在科学研究和工程应用中具有广泛的应用价值。
1. 材料研究：通过测量不同材料的介电常数，可以了解材料的电性质，为材料的选取和设计提供依据。
例如，在电子器件设计中，选择具有合适介电常数的材料可以减小电容器的体积和提高性能。
2. 电介质性能评估：介电常数是评估电介质性能的重要指标之一。
通过测试介电常数，可以评估电介质的绝缘性能、能量存储能力等，为电力系统和电子设备的设计和运行提供参考。
3. 电子元器件设计：在电子元器件中，介电常数对于电容器的性能至关重要。
通过电容法测试介电常数，可以选择合适的介质材料，提高电容器的性能和稳定性。
4. 环境监测：某些液体介质的介电常数随温度、湿度等环境因素的变化而变化。
实验题目：介电常数的测量实验目的：测量陶瓷电容的介电常数介电体（又称电介质）最基本的物理性质是它的介电性，对介电性的研究不但在电介质材料的应用上具有重要意义，而且也是了解电介质的分子结构和激化机理的重要分析手段之一，探索高介电常数的电介质材料，对电子工业元器件的小型化有着重要的意义。
介电常数（又称电容率）是反映材料特性的重要参量，电介质极化能力越强，其介电常数就越大。
测量介电常数的方法很多，常用的有比较法，替代法，电桥法，谐振法，Q 表法，直流测量法和微波测量法等。
各种方法各有特点和适用范围，因而要根据材料的性能，样品的形状和尺寸大小及所需测量的频率范围等选择适当的测量方法。
本实验要求学生了解多种测量介电常数的方法及其特点和适用范围，掌握替代法，比较法和谐振法测固体电介质介电常数的原理和方法，用自己设计与制作的介电常数测试仪，测量压电陶瓷的介电常数。
实验原理：介质材料的介电常数一般采用相对介电常数εr 来表示，通常采用测量样品的电容量，经过计算求出εr ，它们满足如下关系：SCdr 00εεεε==（1）式中ε为绝对介电常数，ε0为真空介电常数，m F /1085.8120-⨯=ε，S 为样品的有效面积，d 为样品的厚度，C 为被测样品的电容量，通常取频率为1kHz 时的电容量C 。
一、替代法当实验室无专用测量电容的仪器，但有标准可变电容箱或标准可变电容器时，可采用替代法设计一简易的电容测试仪来测量电容。
这种方法的优点是对仪器的要求不高，由于引线参数可以抵消，故测量精度只取决于标准可变电容箱或标准可变电容器读数的精度。
若待测电容与标准可变电容的损耗相差不大，则该方法具有较高的测量精度。
替代法参考电路如图2.2.6-1(a)所示，将待测电容C x （图中R x 是待测电容的介电损耗电阻），限流电阻R 0(取1k Ω)、安培计与信号源组成一简单串联电路。
合上开关K 1，调节信号源的频率和电压及限流电阻R 0，使安培计的读数在毫安范围恒定（并保持仪器最高的有效位数），记录读数I x 。
介电常数的测试方法介电常数的测试方法介电常数（dielectric constant，k）是指介电介质中电场强度和电势的比值，它是一个重要的参数，对电子元件工作有着重要的影响。
以下是介电常数的测试方法：一、常用的介电常数测量仪1、电磁场仪：电磁场仪可以测量介质中的垂直电场强度，从而得到介电常数，但它有一定的精度限制，如测量精度只有10kV/m。
2、微波仪：这是一种测量介电介质介电常数的仪器，它可以通过微波电磁测量来测量介电介质的介电常数，其精度高达10-3。
3、介质折射率仪：它可以测量介质折射率，从而确定介电介质的介电常数，但是其精度也不太高，一般只能达到10-2。
4、驻波比测量仪：它通过测量驻波比来求出介质的介电常数，它具有很高的精度，可以达到10-4。
二、常用的介电常数实验1、电容器实验：通过一定的电压打在一个电容器上，求电容器的容量，从而可以求出介电介质的介电常数。
2、阻抗实验：通过在介电介质中放置一个阻抗元件，再用频谱分析仪测量频率，从阻抗元件的抗谐振特性来求出介质的介电常数。
3、电场强度实验：通过在介质中放置一个电场强度传感器，在电场强度场中求出介质的介电常数。
4、多普勒实验：通过在介质中设置一个多普勒实验装置，通过控制电源来测量多普勒效应，从而求出介电介质的介电常数。
三、其他测试方法1、介电弹簧实验：通过介电弹簧实验来求出介电介质的介电常数。
2、有限元分析：通过有限元分析法来求出介电介质的介电常数，但需要一定的计算机知识。
3、量子力学实验：通过量子力学实验来测量介质的介电常数，但这一实验方法的准确性和精度仍然是有局限性的。
介电常数的测试方法十分多样，确定介电常数时要根据不同的环境、需求等选取不同的测量仪器和实验方法，以准确测量介电介质的介电常数。
《大学物理》实验报告
学院： 专业： 姓名： 学号： 实验题目：介电常数的测量
实验目的：1．掌握固体、液体电介质相对介电常数的测量原理及方法
2．学习减小系统误差的实验方法
3．学习用线性回归处理数据的方法。
实验原理:用两块平行放置的金属电极构成一个平行板电容器，其电容量为：
D
S
C ε=
D 为极板间距，S 为极板面积，ε即为介电常数。
材料不同ε也不同。
在真空中的介电常数为
0ε，m F /1085.8120-⨯=ε。
考察一种电介质的介电常数，通常是看相对介电常数，即与真空介电常数相比的比值r ε。
如能测出平行板电容器在真空里的电容量C 1及充满介质时的电容量C 2，则介质的相对介电常数即为
1
2
r C C ε=
然而C 1、C 2的值很小，此时电极的边界效应、测量用的引线等引起的分布电容已不可忽略，这些因素将会引起很大的误差，该误差属系统误差。
本实验用电桥法和频率法分别测出固体和液体的相对介电常数，并消除实验中的系统误差。
1． 用电桥法测量固体电介质相对介电常数
将平行板电容器与数字式交流电桥相连接，测出空气中的电容C 1和放入固体电介质后的电容C 2。
1101C C C C 分边++=
222C C C C 分边串++=
其中C 0是电极间以空气为介质、样品的面积为S 而计算出的电容量：
D
S
C 00ε=
C 边为样品面积以外电极间的电容量和边界电容之和，C 分为测量引线及测量系统等引起的分
布电容之和，放入样品时，样品没有充满电极之间，样品面积比极板面积小，厚度也比极板的间距小，因此由样品面积内介质层和空气层组成串联电容而成C 串，根据电容串联公式有：
(D-t)
εt S εεt
S εεt D S εt S
ε εD-t S εC r r r r
+=+-•
=00000串
当两次测量中电极间距D 为一定值，系统状态保持不变，则有21C C 边边=、21C C 分分=。
得：012C C C C +-=串 最终得固体介质相对介电常数：t)
(D C S εt
C ε
r --⋅=
串0串
该结果中不再包含分布电容和边缘电容，也就是说运用该实验方法消除了由分布电容和边缘效应引入的系统误差。
2． 线性回归法测真空介电常数0ε
上述测量装置在不考虑边界效应的情况下，系统的总电容为：分0
0C D
S εC
+=
保持系统分布电容不变，改变电容器的极板间距D ，不同的D 值，对应测出两极板间充满空气时的电容量C 。
与线性函数的标准式BX A Y +=对比可得：C Y =，分C A =，
00S B ε=，D
1
X =
，其中S 0为平行板电容极板面积。
用最小二乘法进行线性回归，求得分布电容C 分和真空介电常数0ε（空εε≈0）。
3．用频率法测定液体电介质的相对介电常数
所用电极是两个容量不相等并组合在一起的空气电容，电极在空气中的电容量分别为C 01和C 02，通过一个开关与测试仪相连，可分别接入电路中。
测试仪中的电感L 与电极电容和分布电容等构成LC 振荡回路。
振荡频率为：
LC
2π1
f =，或 22
2
241
f
k Lf C ==
π 其中分C C C 0+=。
测试仪中电感L 一定，即式中k 为常数，则频率仅随电容C 的变
化而变化。
当电极在空气中时接入电容C 01，相应的振荡频率为f 01 ，得：201
2
01f k C C =+分，
接入电容C 02，相应的振荡频率为f 02 ，得：202
2
02f k C C =+分
实验中保证不变，则有201
2
20220102f k f k C C -=-
当电极在液体中时，相应的有：21
2
2220102)(f k f k C C εr -=-
由此可得液体电介质的相对介电常数：201
2022
1221111f f f f εr --=
此结果不再和分布电容有关，因此该实验方法同样消除了由分布电容引入的系统误差。
实验设备及工具：平行板电容器：下电极固定，上电极由千分尺带动上下移动，并可从尺上读出极板间距。
数字式交流电桥：功能选择、频率选择、测量灵敏度及分辨率。
液体测量用空气电容：三组极板构成两个电容，由开关进行切换。
介电常数测试仪。
频率计。
实验内容：
1.用游标卡尺和测微电极电容系统上的螺旋测微器，依次测出样品的直径R 和厚度t ，重复测量五次。
2.连接好线路，调节测量电极上、下极板间的间距，使间距约为样品厚度的1.3倍。
用测微电极电容系统上的螺旋测微计测出间距D 的大小。
3. 用交流电桥测出以空气为介质的电容量C1 。
保持电极板的间距不变，将待测样品放入两极板间，再用交流电桥测出有介质的电容量C2 。
重复测五次。
4.求出相对介电常数的平均值。
5. 求出相对介电常数的不确定度 U(εr)的数学表达式。
6. 根据测量的数据，计算出 U(εr) /εr 。
实验数据处理及结果：
1． 固体介质介电常数数据表格
实验数据处理结果按有效位数法则保留位数。
mm D 000.5=，m F /1085.812
0-⨯=ε
2． 线性回归法计算介电常数0ε和C 分数据表格
用最小二乘法算出截距A 、斜率B 、相关系数r 、截距标准偏差S A 、斜率标准偏差S B ，由
00S B ε=得到0ε并用不确定度表示其误差：0
00S S S B B
±=
ε，分布电容：A S A C ±=分。
查相关系数检验表，判定本实验数据的线性相关性。
1． 液体介质介电常数数据表
实验结果分析：（1）电桥法测定固体电解质时，两极板间应避免有杂质存在。
（2）测量电介质时，应注意实验条件要保持一致，否则不能消除分布电容及部分边缘电容。
