介電常數(shù)介質損耗測試儀術語

定義：

這些試驗方法所用術語定義以及電絕緣材料相關術語定義見術語標準D1711。

本標準術語定義：

電容，C，名詞——當導體之間存在電勢差時，導體和電介質系統(tǒng)允許儲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。當電量采用庫倫為單位，電位采用伏特為單位時，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ASTM標準，可瀏覽ASTM，或與ASTM客服service@astm.org。ASTM標準手冊卷次信息，可參見ASTM標準文件匯總。

討論——a：

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

式中：

G=等效交流電導，

Xp=并聯(lián)電抗，

Rp=等效交流并聯(lián)電阻，

Cp=并聯(lián)電容，

ω=2πf（假設為正弦波形狀）

耗散因子的倒數(shù)為品質因子Q，有時成為儲能因子。對于串聯(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——對于某種具有電介質損耗（圖3）的絕緣材料，其并聯(lián)模型通常是適當?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系見圖1和圖2所示。損耗角有時成為缺相角。

損耗指數(shù)，K''（ε''），名詞——相對復數(shù)電容率虛數(shù)部分的大??；其等于相對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)定使用的術語。在美國，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'，同時也是施加到某一電介質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系見圖1和圖2所示。損耗角有時也

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）來表示：

      （8）

    當耗散因子小于0.1時，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確關系：

      （9）

相對電容率（相對介電常數(shù)）（SIC）K'（εr），名詞——相對復數(shù)電容率的實數(shù)部分。它也是采用某一材料作為電介質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)實際用途）作為電介質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”一詞經(jīng)常是指下降值。

討論——b——從經(jīng)驗來看，真空在各處必須采用材料來替代，因為其能顯著改變電容。電介質等效電路假設包含一個電容Cp，該電容與電導并聯(lián)。

討論——c——Cx視為圖3所示的等效并聯(lián)電容Cp。

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

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

介電常數(shù)介質損耗測試儀4.試驗方法摘要

電容和交流電阻測量在一個樣本上進行。相對電容率等于樣本電容除以（具有相同電極形狀）真空電容計算值，同時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關，同時也可以依據(jù)測量值計算得出。

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

一般的測量考慮：

邊緣現(xiàn)象和雜散電容    受保護電極

樣本幾何形狀          真空電容計算

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              測微計電極

液體置換法

括號里的粗體字參閱這些試驗方法附屬的參考文獻清單。

 電容和交流損耗測量裝置和方法選擇

頻率                  直接和替代方法

兩終端測量            三終端測量

液體置換法            精度考

電容率（介電常數(shù)）的標準試驗方法1

本標準是以固定代號D150發(fā)布的。其后的數(shù)字表示原文本正式通過的年號；在有修訂的情況下，為上一次的修訂年號；圓括號中數(shù)字為上一次重新確認的年號。上標符號（ε）表示對上次修改或重新確定的版本有編輯上的修改。
 本標準經(jīng)批準用于國防部所有機構。
介電常數(shù)介質損耗測試儀范圍
本試驗方法包含當所用標準為集成阻抗時，實心電絕緣材料樣本的相對電容率，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”一詞經(jīng)常是指下降值。

這些試驗方法提供了各種電極，裝置和測量技術的通用信息。讀者如對某一特定材料相關的議題感興趣的話，必須查閱ASTM標準或直接適用于被測試材料的其它文件。

本標準并沒有*列舉所有的安全聲明，如果有必要，根據(jù)實際使用情況進行斟酌。使用本規(guī)范前，使用者有責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。特殊危險說明見7.2.6.1和10.2.1。

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

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

R. Bartnikas, 第2章, “交流電損耗和電容率測量,” 工程電介質, Vol. IIB, 實心絕緣材料的電學性能, 測量技術, R. Bartnikas, Editor, STP 926,ASTM, Philadelphia, 1987.

R. Bartnikas, 第1章, “固體電介質損耗,” 工程電介質,Vol IIA, 實心絕緣材料的電學性能: 分子結構和電學行為, R. Bartnikas and R. M. Eichorn, Editors, STP 783, ASTM, Philadelphia, 1983.

介電常數(shù)介質損耗測試儀引用文件
 ASTM標準：4

D374     固體電絕緣材料厚度的標準試驗方法

D618     試驗用塑料調節(jié)規(guī)程

D1082    云母耗散因子和電容率（介電常數(shù)）試驗方法

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

D1711    電絕緣相關術語

D5032    用飽和甘油溶液方式維持恒定相對濕度的規(guī)程

E104     用水溶液保持相對恒定濕度的標準實施規(guī)程

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