介電常數介質損耗因數測試儀—介電常數與耗散因數間的關系
       介電常數又稱電容率或相對電容率， 是表征電介質或絕緣材料電 性能的一個重要數據，常用 ε 表示。  介質在外加電場時會產生感應 電荷而削弱電場，原外加電場(真空中)與最終介質中電場比值即為介 電常數。其表示電介質在電場中貯存靜電能的相對能力， 例如一個電 容板中充入介電常數為 ε 的物質后可使其電容變大 ε 倍。介電常數愈 小絕緣性愈好。如果有高介電常數的材料放在電場中， 場的強度會在 電介質內有可觀的下降。介電常數還用來表示介質的極化程度， 宏觀 的介電常數的大小， 反應了微觀的極化現象的強弱。氣體電介質的極 化現象比較弱，各種氣體的相對介電常數都接近1 ，液體、固體的介 電常數則各不相同，而且介電常數還與溫度、電源頻率有關
       有些物質介電常數具有復數形式， 其實部即為介電常數， 虛數部 分常稱為耗散因數。
      通常將耗散因數與介電常數之比稱作耗散角正切， 其可表示材料 與微波的耦合能力， 耗散角正切值越大， 材料與微波的耦合能力就越 強。例如當電磁波穿過電解質時，波的速度被減小，波長也變短了。
      介質損耗是指置于交流電場中的介質， 以內部發熱的形式表現出 來的能量損耗。介質損耗角是指對介質施加交流電壓時， 介質內部流 過的電流相量與電壓向量之間的夾角的余角。介質損耗角正切是對電 介質施加正弦波電壓時， 外施電壓與相同頻率的電流之間相角的余角 δ  的正切值--tg δ.  其物理意義是：每個周期內介質損耗的能量//每個周期內介質存儲的能量。

       介電損耗角正切常用來表征介質的介電損耗。介電損耗是指電 介質在交變電場中, 由于消耗部分電能而使電介質本身發熱的現象。 原因是電介質中含有能導電的載流子,在外加電場作用下,產生導電電 流,消耗掉一部分電能,轉為熱能。任何電介質在電場作用下都有能量損耗，包括由電導引起的損耗和由某些極化過程引起的損耗。用 tg δ作為綜合反應介質損耗特性優劣的指標， 其是一個僅僅取 決于材料本身的損耗特征而與其他因素無關的物理量， tgδ的增大意 味著介質絕緣性能變差， 實踐中通常通過測量 tgδ來判斷設備絕緣性 能的好壞。
         由于介電損耗的作用電解質在交變電場作用下將長生熱量， 這些 熱會使電介質升溫并可能引起熱擊穿， 因此， 在絕緣技術中， 特別是 當絕緣材料用于高電場強度或高頻的場合，應盡量采用介質損耗因 數， 即電介質損耗角正切 tgδ較低的材料。但是， 電介質損耗也可用 作一種電加熱手段，即利用高頻電場（一般為0.3--300兆赫茲）對介 電常數大的材料（如木材、紙張、陶瓷等） 進行加熱。這種加熱由于 熱量產生在介質內部， 比外部加熱速度更快、熱效率更高， 而且熱均 勻。頻率高于300兆赫時，達到微波波段，即為微波加熱（家用微波 爐即據此原理）。
        在絕緣設計時， 必須注意材料的 tgδ值。若 tgδ過大則會引起嚴 重發熱，使絕緣材料加速老化，甚至導致熱擊穿。
一下例舉一些材料的 ε 值：
石英-----3.8
絕緣陶瓷-----6.0
紙------70
有機玻璃------2.63    
PE-------2.3
PVC--------3.8
高分子材料的 ε 由主鏈中的鍵的性能和排列決定
分子結構極性越強， ε 和 tg δ越大。
非極性材料的極化程度較小， ε 和 tg δ都較小。

       當電介質用在不同場合時對介電常數與耗散因素的大小有不同 的要求。做電容介質時 ε 大、 tg δ小；對航空航天材料而言， ε 要小 tg δ要大。
        另外要注意材料的極性越強受濕度的影響越明顯。主要原因是高 濕的作用使水分子擴散到高分子的分子之間， 使其極性增強； 同時潮 濕的空氣作用于塑料表面， 幾乎在幾分鐘內就使介質的表面形成一層 水膜， 它具有離子性質， 能增加表面電導， 因此使材料的介電常數和 介質損耗角正切 tgδ都隨之增大。故在具體應用時應注意電介質的周 圍環境。
       電介質在現代生活中經常被用到， 而介電常數與耗散因素是電介 質的兩個重要參數， 根據不同的要求， 應當選用具有不用介電常數與 耗散因數的材料， 以達到最佳的效果。同時還應當注意外界因素對介 電常數與耗散因數的影響。

介電常數介質損耗因數測試儀

1、電介質材料簡介

電介質材料的體積儲能密度萬的表達式為：

圖1

上式中，ε為電介質材料的相對介電常數?ε₀為真空介電常數?為電介質材料的擊穿場強。從表達式來看?提高電介質材料儲能密度的途徑有兩種?一方面提高電介質材料的介電常數?另一方面提高電介質材料的擊穿場強?而擊穿場強的提高將顯著影響儲能密度的提高。

2、介電常數

介電常數用來表征電介質材料貯存電荷能力的大小，?它定義為介質電容器的電容C_x比真空電容器的電容C₀增加的倍數。介電常數的表達式為：

圖2

上式中，ε為樣品的介電常數?。ε₀為真空介電常數?C為試樣的電容值?S為電極面積?d為試樣的厚度。

介電常數實質上是電介質材料極化程度的宏觀物理量?隨著測試頻率和溫度的變化而變化?由電介質材料自身的物化結構決定。在電場作用下?如果電介質自身的極化程度很高?極板上就會產生大量的感應電荷?那么材料表現出的介電常數就越大?鑒于此?對介電常數的考察研究?就要從電介質材料本身在電場中的極化機制入手?從材料本身作為研究切入點?提高其介電常數?電介質材料處于外加電場中時?主要有電子極化?原子極化?取向極化和空間電荷極化四種機制?弄清這四種極化機理?對提高介電常數的研究具有很好的指導意義?極化類型與頻率的關系。

1）電子極化

電介質材料在電場作用下?原子中帶負電荷的電子云相對帶正電荷的原子核會發生相對運動?結果是原子核不再位于電子軌道的中心?這種情況稱為電子極化。電子極化發生在所有的材料中?所需的時間大約為10^-15S?發生的頻率范圍為10¹⁴-10¹⁶Hz。

2）原子極化

電介質材料在電場作用下?其分子中原子核的排列也會發生畸變?該過程被稱為原子極化。重的核運動要比電子運動遲鈍?因此原子極化不可能像電子極化一樣在很高頻下發生?原子極化所需的時間約為10^-13S?發生的頻率范圍是10¹⁹-10¹³Hz。

電子極化和原子極化兩者都是在分子內的正負電荷中心發生位移?或者可稱為分子形變和分子畸變?因此這些過程也可稱為位移的形變或者畸變?而所產生的偶極距被稱為誘導偶極距。

3）取向極化

電場作用下?電介質分子中具有的yong久偶極距會由原來的雜亂無章變成排列有序的狀態?由此產生取向極化。這種極化一般需要一、?發生的頻率范圍是護。在不加外電場時?分子的熱運動會使偶極距雜亂無章?指向各個方向的機會均等?總的均偶極距仍然等于零?加上外電場?yong久偶極距會發生移動?沿著電場方向規則排列起來?從而發生取向極化。

4)界面極化

前面的三種極化是在均勻介質中發生的，在非均相介質中還存在界面極化，它是指非均勻介質在電場的作用下電子或者離子堆積在非均相的交界處所表現的極化現象。界面極化可以看成是由缺陷偶極距形成的，缺陷偶極距就是在結構缺陷處形成的偶極子，在非均相介質中兩種物質的交界面結構是不均勻的，也認為是一種缺陷，在電場的作用下形成很大的偶極距，因為這種極化牽涉到很大的極化質點，所以松弛時間較長，一般為10^-4-10⁴秒，發生的頻率范圍是10^-5-10²Hz。

各種極化機制的頻率范圍