介電常數(shù)的測量按材質(zhì)分類可以分為對固體、液體、氣體以及粉末(顆粒)的測量[7]。固體電介質(zhì)在測量時(shí)應(yīng)用最為廣泛，通常可以分為對固定形狀大小的固體和對形狀不確定的固體的測量。相對于固體，液體和氣體的測試方法較少。對于液體，可以采用波導(dǎo)反射法測量其介電常數(shù)，誤差在5%左右[8]。此外國家標(biāo)準(zhǔn)中給出了在90℃、工頻條件下測量液體損耗角正切及介電常數(shù)的方法[9]。對于氣體，具體測試方法少且精度都不十分高。文獻(xiàn)[10]中給出一種測量方法，以測量共振頻率為基礎(chǔ)，在LC串聯(lián)諧振電路中產(chǎn)生震蕩，利用數(shù)字頻率計(jì)測量諧振頻率，不斷改變壓強(qiáng)和記錄當(dāng)前壓強(qiáng)下諧振頻率，最后用作圖或者一元線性回歸法處理數(shù)據(jù)，得到電容變化率進(jìn)而計(jì)算出相對介電常數(shù)。
表1是測量固體介電常數(shù)的國家標(biāo)準(zhǔn)方法(不包括廢止的方法)及其對頻率、介電常數(shù)范圍、材料等情況的要求。
表1. 測量固體介電常數(shù)國家標(biāo)準(zhǔn)方法[9,11-25]
如表1所示，國家標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)對微擾法和開式腔法的過程做了詳細(xì)介紹，然而對適用頻率和介電常數(shù)的范圍都有所限制。所以在不同材料，不同頻率的情況下，國家標(biāo)準(zhǔn)也給出了相應(yīng)的具體測量方法?？梢姡厦嫠治龅姆椒ú⒉皇强梢噪S便套用的。在不同的系統(tǒng)、測量不同的材料、所要求的頻率不同的情況下，需要對其具體問題具體分析，這樣才能得出最準(zhǔn)確的方法。國家標(biāo)準(zhǔn)測量方法覆蓋的頻率為50 MHz以下和100 MHz到30 GHz，可以說是一個(gè)較廣的頻率覆蓋范圍，但是不同范圍適用的材料和環(huán)境等都有所不同。介電常數(shù)的覆蓋范圍是2到100，接近1的介電常數(shù)和較高介電常數(shù)的測量方法比較稀缺，損耗普遍在10-3到10-4的數(shù)量級上。
高頻絕緣材料介電常數(shù)介質(zhì)損耗測試系統(tǒng)由測試裝置（夾具）、高頻Q表、數(shù)據(jù)采集和tanδ自動(dòng)測量控件電感器組成。依據(jù)國標(biāo)GB/T 1409-2006、GB/T 1693-2007、美標(biāo)ASTM D150以及國際電工委員會(huì)IEC60250的規(guī)定設(shè)計(jì)制作。系統(tǒng)提供了絕緣材料的高頻介質(zhì)損耗角正切值(tanδ)和介電常數(shù)(ε)自動(dòng)測量的最佳解決方案。本儀器中測試裝置是由平板電容器組成，平板電容器一般用來夾被測樣品，配用Q表作為指示儀器。絕緣材料的損耗角正切值是通過被測樣品放入平板電容器和不放樣品的Q值變化和厚度的刻度讀數(shù)通過公式計(jì)算得到。使用數(shù)字Q表具有自動(dòng)計(jì)算介電常數(shù)（ε）和介質(zhì)損耗（tanδ）。
一 本設(shè)備適用標(biāo)準(zhǔn)
1 GBT 1409-2006 測量電氣絕緣材料在工頻、音頻、高頻(包括米波波長存內(nèi))下電容率和介質(zhì)損耗因數(shù)的推薦方法
2 GBT 1693-2007 硫化橡膠 介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切值的測定方法
3 ASTM-D150-介電常數(shù)測試方法
4 GB9622.9-88/SJT 11043-1996 電子玻璃高頻介質(zhì)損耗和介電常數(shù)的測試方法
介電常數(shù)/介質(zhì)損耗測試系統(tǒng)系統(tǒng)組成：
1. 主機(jī)：高頻Q表
功能名稱： | GHJ-B |
信號(hào)源范圍DDS數(shù)字合成信號(hào) | 100KHZ-160MHz |
信號(hào)源頻率覆蓋比 | 16000:1 |
信號(hào)源頻率精度 6位有效數(shù) | 3×10-5 ±1個(gè)字 |
采樣精度 | 12BIT 高精度的AD采樣，保證了Q值的穩(wěn)定性，以及低介質(zhì)損耗材料測試時(shí)候的穩(wěn)定性 |
Q測量范圍 | 1-1000自動(dòng)/手動(dòng)量程 |
Q分辨率 | 4位有效數(shù),分辨率0.1 |
Q測量工作誤差 | <5% |
電感測量范圍 4位有效數(shù),分辨率0.1nH | 1nH-140mH分辨率0.1nH |
電感測量誤差 | <3% |
調(diào)諧電容 | 主電容17-240pF (一體鍍銀成型,精度高) |
電容自動(dòng)搜索 | 是(帶步進(jìn)馬達(dá)) |
電容直接測量范圍 | 1pF～25nF |
調(diào)諧電容誤差 分辨率 | ±1 pF或<1% 0.1pF |
諧振點(diǎn)搜索 | 自動(dòng)掃描 |
Q合格預(yù)置范圍 | 5-1000聲光提示 |
Q量程切換 | 自動(dòng)/手動(dòng) |
LCD顯示參數(shù) | F，L，C，Q，Lt，Ct, tn, Σr |
自身殘余電感和測試引線電感的 | 有 |
大電容值直接測量顯示功能 | 測量值可達(dá)25nF |
介質(zhì)損耗系數(shù) | 精度 萬分之一 |
介電常數(shù) | 精度 千分之一 |
材料測試厚度 | 0.1mm-10mm |
介電常數(shù) | LCD直接顯示 |
介質(zhì)損耗系數(shù) | LCD直接顯示 |
2. （數(shù)顯）介電常數(shù)εr和介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ測試裝置：
固體：材料測量直徑Φ38mm ；厚度可調(diào) ≥ 15mm
3. 電感組
電感No | 電感量 | 準(zhǔn)確度% | Q值≥ | 分布電容約略值 | 諧振頻率范圍 MHz | 適合介電常數(shù)測試頻率 | |
1 | 0.1μH | ±0.05μH | 200 | 5pF | 20~70 | 31~103 | 50MHz |
2 | 0.5μH | ±0.05μH | 200 | 5pF | 10~37 | 14.8~46.6 | 15MHz |
3 | 2.5μH | ±5% | 200 | 5pF | 4.6~17.4 | 6.8~21.4 | 10MHz |
4 | 10μH | ±5% | 200 | 6pF | 2.3~8.6 | 3.4~10.55 | 5MHz |
5 | 50μH | ±5% | 200 | 6pF | 1~3.75 | 1.5~4.55 | 1.5MHz |
6 | 100μH | ±5% | 200 | 6pF | 0.75~2.64 | 1.06~3.20 | 1MHz |
7 | 1mH | ±5% | 150 | 8pF | 0.23~0.84 | 0.34~1.02 | 0.5MHz |
8 | 5mH | ±5% | 130 | 8pF | 0.1~0.33 | 0.148~0.39 | 0.25MHz |
9 | 10mH | ±5% | 90 | 8pF | 0.072~0.26 | 0.107~0.32 | 0.1MHz |
注意: 可定制100MHz電感.
三 高頻介電常數(shù)及介質(zhì)蒜損耗測試系統(tǒng)主要測試材料:
1 絕緣導(dǎo)熱硅膠,石英晶玻璃,陶瓷片,薄膜,OCA光學(xué)膠,環(huán)氧樹脂材料,塑料材料,FR4 PCB板材, PA尼龍/滌綸,PE聚乙烯,PTFE聚四氟乙烯,PS聚苯乙烯,PC聚碳酸旨,PVC,PMMA等
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