什么是绝缘材料介电性能测试?

[拼音]：jueyuan cailiao jiedian xingneng ceshi

[外文]：dielectric properties test of insulating material

绝缘材料的介电性能直接关系这些材料在电工设备中的应用，绝缘材料介电性能测试主要包括绝缘电阻率、相对介电常数、介质损耗角正切（见介质损耗）及击穿电场强度等的测试。测试的结果受很多因素影响，如受环境条件（温度、湿度、气压等）、测试条件（如施加电压的频率、波形、电场强度等）、电极与试样的制备等的影响。因此，必须按有关标准的规定进行测试。

通常采用三电极系统（图1）。

可以分别测出体积电阻率ρ_v和表面电阻率ρ_s。对于平板试样

对于管状试样

式中u为施加于试样的直流电压，I_v、I_s分别为流过试样体积和表面的电流，D₁、D₂、g分别为电极的直径以及电极间的间隙， L、r₁、r₂、d分别为电极长度、试样的内外半径及厚度。电极材料可用粘贴铝箔、导电橡皮、真空镀铝、胶体石墨等。在特殊情况下，例如测量薄膜的ρ_v、ρ_s，可用二电极系统。

相对介电常数通常是通过测量试样与电极组成的电容、试样厚度和电极尺寸求得。

应用三电极时，对于平板试样，由于平板电容C_x的计算公式是


根据实际经验修正为

对于管状试样，由于圆柱形电容C_x的计算公式是


根据实际经验修正为

式中C_x为试样电容(法)，L为电极长度(米)，D₁为电极直径(米)，g 为电极间的间隙(米)，d 为试样厚度(米)，r₁、r₂为试样的内外半径。

应用二电极时

式中C_x为试样电容，C_m为测量电容，C₀为试样的几何电容，C_e为试样的边缘电容，C_g为试样的对地电容。

通过测量试样的等效参数经计算求得。也可在仪器上直读。在工频、音频下一般都用电桥法测量，高电压时采用西林电桥法（图2）。

电桥平衡时

式中C_N为标准电容，C₄为可调电容，R₄为固定电阻，R₃为可调电阻。

当频率为几十千赫到几百兆赫范围时，可用集总参数的谐振法进行测量（图3）。

使频率和电感保持恒定，在接入试样和不接试样时调节调谐电容使电路谐振。若接试样时C＝C_s，不接试样时C＝C_ns，则试样电容的测量结果是

C_x＝C_ns-C_s

这时可用变Q值法和变电纳法计算试样的tan δ_x。在变Q值法中是根据接入试样且回路谐振时的 Q值(Q_i)与不接试样且回路谐振时的Q值(Q ₀)的变化来计算损耗角正切，即

式中C_r是回路的总电容，除谐振电容外，包括试样的零电容、接线电容等。变电纳法是根据接试样时谐振曲线的半功率点的宽度△C₁(图4)

和不接试样时相应的宽度△C₀的变化来计算损耗角正切，即

在这些测试中，选择电极极为重要。常用的是接触式电极。可用粘贴铝箔、烧银、真空镀铝等方法制作电极，但后者不能在高频下使用。低频测量时，试样与电极应屏蔽。在高频下可用测微电极以减小引线影响。在某些特殊场合，可用不接触电极，例如薄膜介电性能测试和频率高于30兆赫时介电性能的测量。

绝缘材料的击穿电场强度以平均击穿电场强度(E_B)表示

式中u_B为击穿电压，d 为试样的平均厚度。

工频下击穿电场强度的试验线路如图5。

R₀通过调压器使电压从零以一定速率上升，至试样被击穿，这时施加于试样两端的电压为击穿电压。测击穿电场强度时，电极需照有关标准的规定。

击穿电压可用静电电压表、电压互感器(见互感器)、放电球隙等仪器并联于试样两端直接测出。击穿电压很高时，需采用电容分压器。冲击电压下的击穿电场强度测试，一般用冲击电压发生器产生的标准冲击电压施加于试样，逐级升高冲击电压的峰值直至击穿。冲击电压可用50％球隙放电法、也可用阻容分压器加上脉冲示波器或峰值电压表测量。