介電常數(shù)測(cè)試儀測(cè)試結(jié)果與什么有關(guān)

離子位移極化—— Ionic Polarization

電介質(zhì)中的正負(fù)離子在電場(chǎng)作用下發(fā)生可逆的彈性位移。 正離子沿電場(chǎng)方向 移動(dòng)，負(fù)離子沿反電場(chǎng)方向移動(dòng)。由此形成的極化稱(chēng)為 離子位移極化。

離子在電場(chǎng)作用下偏移平衡位置的移動(dòng)相當(dāng)于形成一個(gè)感生偶極矩。

離子位移極化所需時(shí)間大約為10-12～10-13秒 。不以熱的形式耗散能量，不導(dǎo)致介電損耗。

介質(zhì)損耗

•損耗的形式

•介質(zhì)損耗的表示方法

•介質(zhì)損耗和頻率、溫度的關(guān)系

•無(wú)機(jī)介質(zhì)的損耗

介質(zhì)損耗定義：

電介質(zhì)在單位時(shí)間內(nèi)消耗的能量稱(chēng)為電介質(zhì)損耗功率，簡(jiǎn)稱(chēng)電介質(zhì)損耗。或：電場(chǎng)作用下的能量損耗，由電能轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪?/span>，如熱能、光能等，統(tǒng)稱(chēng)為介質(zhì)損耗。它是導(dǎo)致電介質(zhì)發(fā)生熱擊穿的根源。

損耗的形式：

電導(dǎo)損耗：在電場(chǎng)作用下，介質(zhì)中會(huì)有泄漏電流流過(guò)，引起電導(dǎo)損耗。 實(shí)質(zhì)是相當(dāng)于交流、直流電流流過(guò)電阻做功，故在這兩種 條件下都有電導(dǎo)損耗。絕緣好時(shí)，液、固電介質(zhì)在工作電 壓下的電導(dǎo)損耗是很小的， 

極化損耗：只有緩慢極化過(guò)程才會(huì)引起能量損耗，如偶極子 的極化損耗。 

游離損耗：氣體間隙中的電暈損耗和液、固絕緣體中局部放 電引起的功率損耗稱(chēng)為游離損耗。

介質(zhì)損耗的表示：

當(dāng)容量為C0=?0S/d的平板電容器上 加一交變電壓U=U0eiwt。則：

1、電容器極板間為真空介質(zhì)時(shí)， 電容上的電流為：

2、電容器極板間為非極性絕緣材料時(shí)，電容上的電流為：

3、電容器極板間為弱導(dǎo)電性或極性，電容上的電流為：

G是由自由電荷產(chǎn)生的純電導(dǎo)，G=?S/d， C=?S/d

如果電荷的運(yùn)動(dòng)是自由的， 則G實(shí)際上與外電壓額率無(wú)關(guān)；如果這些電荷是被 符號(hào)相反的電荷所束縛， 如振動(dòng)偶極子的情況，G 為頻率的函數(shù)。

介質(zhì)弛豫和德拜方程：

1）介質(zhì)弛豫：在外電場(chǎng)施加或移去后，系統(tǒng)逐漸達(dá)到平衡狀 態(tài)的過(guò)程叫介質(zhì)弛豫。 介質(zhì)在交變電場(chǎng)中通常發(fā)生弛豫現(xiàn)象，極化的弛豫。在介質(zhì)上加一電場(chǎng)，由于極化過(guò)程不是瞬時(shí)的，極化包括兩項(xiàng)：

P(t) = P0 + P1(t)

P0代表瞬時(shí)建立的極化(位移極化)， P1代表松弛極化P1(t)漸漸達(dá)到一穩(wěn)定值。這一滯后 通常是由偶極子極化和空間電荷極 化所致。 當(dāng)時(shí)間足夠長(zhǎng)時(shí)， P1(t)→ P 1 ∞ ， 而總極化P(t) → P∞ 。

2）德拜(Debye)方程：

頻率對(duì)在電介質(zhì)中不同的馳豫現(xiàn)象有關(guān)鍵性的影響。 設(shè)低頻或靜態(tài)時(shí)的相對(duì)介電常數(shù)為ε(0)，稱(chēng)為靜態(tài)相對(duì)介電常數(shù)；當(dāng)頻率ω→∞時(shí)，相對(duì)介電常數(shù)εr’ →ε∞（ ε∞代表光頻 相對(duì)介電常數(shù)）。則復(fù)介電常數(shù)為：

影響介質(zhì)損耗的因素：

1、頻率的影響

ω→0時(shí)，此時(shí)不存在極化損 耗,主要由電導(dǎo)損耗引起。 tgδ=δ/ωε，則當(dāng)ω→0時(shí)， tgδ→∞。隨著ω升高，tgδ↓。

隨ω↑，松弛極化在某一頻率開(kāi)始跟不上外電場(chǎng)的變化， 松弛極化對(duì)介電常數(shù)的貢獻(xiàn) 逐漸減小，因而εr隨ω↑而↓。 在這一頻率范圍內(nèi)，由于ωτ <<1，故tgδ隨ω↑而↑。

當(dāng)ω很高時(shí)，εr→ε∞，介電常數(shù)僅 由位移極化決定，εr趨于最小值。 由于ωτ >>1，此時(shí)tgδ隨ω↑而↓。 ω→∞時(shí)，tgδ→0。

tgδ達(dá)最大值時(shí)ωm的值由下式求出:

tgδ的最大值主要由松弛過(guò)程決定。如果介質(zhì)電導(dǎo)顯著變大，則tgδ的最大值變得平坦， 最后在很大的電導(dǎo)下，tgδ無(wú)最大值，主要表現(xiàn)為電導(dǎo)損耗特征：tgδ與ω成反。

2、溫度的影響

當(dāng)溫度很低時(shí),τ較大，由德拜關(guān)系式可知，εr較小，tgδ也較小。此時(shí)，由于ω2τ2>>1,由德拜可得：

隨溫度↑，τ↓，所以εr、tgδ↑

當(dāng)溫度較高時(shí)，τ較小，此時(shí)ω2τ2<<1

隨溫度↑，τ↓，所以tgδ ↓。這時(shí)電導(dǎo)上升并不明顯，主要決定于極化過(guò)程：

當(dāng)溫度繼續(xù)升高，達(dá)到很大值時(shí)， 離子熱運(yùn)動(dòng)能量很大，離子在電場(chǎng)作用下的定向遷移受到熱運(yùn)動(dòng)的阻礙，因而極化減弱，εr↓。此時(shí)電導(dǎo)損耗劇烈↑，tgδ也隨溫度 ↑而急劇上升↑。

3.濕度的影響 

• 介質(zhì)吸潮后，介電常數(shù)會(huì)增加，但比電導(dǎo)的增加要慢，由于電導(dǎo)損耗增大以及松馳極化損耗增加，而使tgδ增大。 

• 對(duì)于極性電介質(zhì)或多孔材料來(lái)說(shuō)，這種影響特別突出，如，紙內(nèi)水分含量從4％增加到10％時(shí)，其tgδ可增加100倍。

降低材料的介質(zhì)損耗的方法

（1）選擇合適的主晶相：盡量選擇結(jié)構(gòu)緊密的晶體作為主晶相。

（2）改善主晶相性能時(shí)，盡量避免產(chǎn)生缺位固溶體或填隙固溶體，最好形成連續(xù)固溶體。這樣弱聯(lián)系離子少，可避免損耗顯著增大。 

(3)盡量減少玻璃相。有較多玻璃相時(shí)，應(yīng)采用“中和效應(yīng)"和“壓抑效應(yīng)"，以降低玻璃相的損耗。 (4）防止產(chǎn)生多晶轉(zhuǎn)變，多晶轉(zhuǎn)變時(shí)晶格缺陷多，電性能下降，損耗增加。 

(5）注意焙燒氣氛。含鈦陶瓷不宜在還原氣氛中焙燒。燒成過(guò)程中升溫速度要合適，防止產(chǎn)品急冷急熱。 

(6)控制好最終燒結(jié)溫度，使產(chǎn)品“正燒"，防止“生燒"和“過(guò)燒"以減少氣孔率。此外，在工藝過(guò)程中應(yīng)防止雜質(zhì)的混入，坯體要致密。