介电系数和介质损耗角正切的测试.doc

第二節 介電系數和介質損耗角正切的測試 一. 介電系數和介質損耗角正切的物理意義 1. 介電系數的物理意義: 在物理學中學習關于電容的知識時,曾講過平行板電容器電容的大小与它兩個板的有效面積、 板間距离及電介質种類有關. u h 設有如圖2-16的平行板電容器，其有效面積為A，板間距离為h，實驗和理論都証實此平行板電容器的電容： 圖 2-16 式中的ε就是電間所充電介質的介電系數。 如果二電間所充為真空，其電容又稱為几何電容，即大小只与電几何條件有關，其真電容式中的叫真空介電系數法/米 如果二間所充為某一介質，其電容為 式中叫電介質的介電系數。 將上述電容器在施加等電壓U時填充某种電介質時的電容Cx 与施加同一電 而其間為真空時的電容C0 之比，叫做該种電介質的相對介電系數εr 即： 或 由上式可見，電介質的相對介電系數無單位，真空的相對介電系數為1。 理論和實踐証明，任何電介質的相對介電系數為εr 1，這是由于介質化現象造成的。εr在宏觀上反映材料儲存電能的本領，其值越大，儲存電能的本領越大。 U δ U I IC IC IC 2. 介質損耗角正切的物理意義： 在電工學里，對于一個純電容電路如圖2-17(a) U (a) (b) 圖 2-17 U R IR I 施加于電容 C上的電壓与電容電流IC的關系是：電容電流IC超前電壓U 900，如圖2-17(b)所示。 IC C IC ψ IR (b) 圖 2-18 如果將一個電容与純電阻并聯如圖2-18(a)，則由流過電阻的電電流I与電容電流I合成的總電流IC超前電壓U的相位不再是900，而是ψ，這個角比900 小δ角，如圖2-18(b)所示。 對于圖2-16所示的兩個電板，當其間填充某种介質時，就形成了一個電容器，對于絕緣介質來說，不論其絕緣電阻多么高，在施加交流電壓U之后，其間總有一定的非電導電流流過，這种情形正好与圖2-18的情形一致。 國為這种結构不但有電容器儲存電能的功能，而且因電導電流(電阻的倒數叫電導)的存在，還要將電源的功率損耗一部分，從圖2-18(b)可以看出，δ越大，IR越大，即損耗的能量越大，其關系如下式： 功率損耗： P=IRU=U I cosψ=U IC tgδ=U2ωC tgδ 式中的外加電壓U 及其頻率都是外部條件，結构的電容C与電极形狀有關(當然与填充介質的εr有關)，唯有tgδ是因介質材料決定的。因此，習慣上將這個δ角叫介質損耗角，自然tgδ就叫介質損耗角正切。工程上常說的材料的“損耗 ”并非指P而是指tgδ。 二、測量介電系數和介質損耗角正切的意義： 1. 覆銅箔板的主要用途是制造印制線路板，現在也有用來制造印制電路元件的，一般都是在較低壓和較高頻率下使用，因為功率損耗P=U2ωC tg,且U和ω都是電壓的特性，要減少P或保証P不超過允許的值，必須嚴格控制ψ和tgδ，使其盡可能地小。從為了提高電子電路，盡可能減少各電子元件間的寄生電容和各線路間的分布電容來看，也必須盡量選擇ε低的材料。但是對于設計制造一定的印制線路板無件來說，ε的高低固然有一定的要求，更重要的是要求覆銅箔板基材的ε必須有好的一致性。 2. 覆銅箔板基材的ε和tgδ，在很大程度上取決于原材料、半成品的含雜質狀況以及壓制過程的固化程度等工藝狀況。例如目前國產玻璃布因為其原料玻璃球以及熱淨化無鹼程度的限制，要由此制造出tgδ在0.025以下的覆銅箔板是很困難的。又如國內大部分生產線未采取淨化防塵措施，也將嚴重地影響成品tgδ的提高。因此，在工藝控制及生產改造評价、材料評价中，測量ε和tgδ有重要的意義。 3. 不同結构的材料ε和tgδ有很大的差异，所以通過ε和tgδ的測量，可以研究材料的結构。另外，材料的熱擊穿、含濕量、老化性等，也可以在ε和tgδ的變化上反映出來。因此還可以通過ε和tgδ的測量揭示材料某些性能的內在聯系。 W2 [ 參考內容 ] 影響ε和tgδ的因素： tgδ T ε ε W1 ω１ω2 ω３ W1W2 ε ω 圖2-19表示ε隨著頻率增大而呈階梯狀下降趨勢。 圖2-20表示ε隨溫度增加而出現峰值，而且頻率增大時，這個峰向高溫方向移動，且峰值下降。 圖2-21表示tgδ隨頻率增大而出現峰值，而且當溫度升高時，此峰向高頻方向移動。 圖2-22表示tgδ隨溫度升高時也出現峰值，而且當頻率增大時，此峰向高溫方向移動 圖2-23、2-24表示在同時存在由介質化和電導引起的介質損耗時tgδ与頻率和溫度的關系。 三、測量ε和tgδ的方