詳細介紹
ZJD系列介質(zhì)損耗因數(shù)測試儀 QS系列介質(zhì)損耗因數(shù)測試儀
1、范圍:
本標準規(guī)定了介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切值的兩種測定方法。方法A為工頻(50Hz)下的測定方法,方法B為高頻電場下的測定方法。
2、規(guī)范性引用文件:
下列文件中的條款通過本標準的引用而成為本標準的條款。凡是注日期的引用文件,其隨后所有的修改(不包括勘誤的內(nèi)容)或修訂版均不適用于本標準,然而,鼓勵根據(jù)本標準達成協(xié)議的各方研究是否可使用這些文件的新版本。凡是不注日期的引用文件,其版本適用于本標準。
GB/T 2941 橡膠物理試驗方法試樣制備和調(diào)節(jié)通用程序(GB/T 2941-2006,ISO 23529:2004,IDT)
3、術語和定義:
下列術語和定義適用于本標準。
3.1
介質(zhì)損耗 dielectric loss
絕緣材料在電場作用下,由于介質(zhì)電導和介質(zhì)極化的滯后效應,在其內(nèi)部引起的能量損耗。
3.2
損耗角 δloss angleδ
在交變電場下,電介質(zhì)內(nèi)流過的電流向量和電壓向量之間的夾角(功率因數(shù)角φ)的余角(δ)。
3.3
損耗角正切 tanδ loss tangentδ
介質(zhì)損耗因數(shù) dielectric loss factor
介質(zhì)損耗角正切值。
3.4
介電常數(shù) εdielectric constant
絕緣材料在電場作用下產(chǎn)生極化,電容器極板間有電介質(zhì)存在時的電容量C、與同樣形狀和尺寸的真空電容量C0之比。
注:不同試樣、不同電極的真空電容和邊緣校正的計算參見附錄A。
4、測試電極:
4.1 電極材料
見表1。
表 1 電極材料
電極材料 | 規(guī)格要求 | 適應范圍 |
鋁箔和錫箔 | 鋁箔和錫箔應退火,厚度為0.01mm左右,用凡士林、變壓器油、硅油或其他合適油作為粘接劑 | 接觸電極用 |
導電橡膠 | 體積電阻系數(shù)不大于300Ω·cm(交流),邵爾A硬度為40~60,表面應光滑 | 接觸電極用 |
銅 | 表面可鍍防腐蝕的金屬層,但鍍層應均勻*,工作面粗糙度Ra值應不低于3.2 | 一般做輔助電極用,對軟質(zhì)膠可直接作接觸電極用 |
導電粉末 | 石墨粉,銀粉,銅粉等 | 管狀試樣內(nèi)電極用 |
4.2 電極尺寸
4.2.1 板狀試樣電極
4.2.1.1 方法A:板狀電極尺寸見表2,電極如圖1所示。
表 2 板狀試樣電極尺寸 單位為毫米
D1 | D2 | D3 | D4 | H1 | H2 |
25.0±0.1 | 29.0±0.1 | 40 | ≥40 | 30 | 5 |
50.0±0.1 | 54.0±0.1 | 74 | ≥74 |
1——測量電極;
2——保護電源;
3——試樣;
4——高壓電極。
圖 1 板狀試樣電極配置(工頻)
4.2.1.2 方法B:采用二電極系統(tǒng)。電極尺寸大小與試樣尺寸相等,或電極小于試樣尺寸。板狀試樣電極直徑為φ38.0mm±0.1mm、φ50.0mm±0.1mm、φ70.0mm±0.1mm。
4.2.2 管狀試樣電極
4.2.2.1 方法A:管狀試樣電極尺寸見表3,電極如圖2所示。
表 3 管狀試樣電極尺寸
L1 | L2 | L3 | g |
25 | 5 | ≥40 | 2.0±0.1 |
50 | 10 | ≥74 |
1——保護電極;
2——測量電極;
3——高壓電極;
4——試樣。
圖 2 管狀試樣電極配置(工頻)
4.2.2.2 方法B:管狀試樣電極尺寸,電極如圖3所示。
管狀試樣的電極長度為50.0mm±0.1mm或70.0mm±0.1mm。
1——試樣;
2——上電極;
3——下電極。
圖 3 管狀試樣電極配置(高頻)
4.3 電極裝置
在進行高頻測試時,根據(jù)測試頻率與測試要求可用支架電極(如圖4),當頻率大于或等于1MHz且小于10MHz時,宜用測微電極(如圖5);當頻率大于或等于10MHz時,應用測微電極。
1——上蓋螺釘;
2——上蓋板;
3——升降螺桿;
4——上電極導軌;
5——螺帽;
6——導筒;
7——導槽螺釘;
8——絕緣桿;
9——高壓電極;
10——試樣;
11——測量電極;
12——保護電極;
13——絕緣板(聚四氟乙烯板);
14——絕緣支腳;
15——有機玻璃板。
圖 4 支架電極
1——微調(diào)管形電容器;
2——測試樣品電容器;
3——上支撐板;
4——上電極;
5——試樣;
6——下電極;
7——底板。
圖 5 測微電極
5、測試儀器:
5.1 方法A
5.1.1 測試儀器為工頻高壓電橋,其原理圖如圖6所示。
T 試驗變壓器;
C3 標準電容器;
C5 試樣;
R3 可變電阻;
C2、C4 可變電容;
R4 固定電阻;
G- 電橋平衡指示器;
P 放電器。
圖 6 工頻高壓電橋原理圖
5.1.2 測量范圍
損耗角正切(tanδ):0.001~1;電容(C):40pF~2000pF。
5.1.3 電橋測量誤差
測量時誤差不超過10%,當試樣tanδ小于0.001時測量誤差不超過0.0001,電容的測量誤差不超過5%,標準電容器的tanδ應小于0.0001。
5.1.4 電橋必須有良好的屏蔽接地裝置。
5.2 方法B
5.2.1 方法B的測試儀器有兩種:一種是諧振升高法(Q表),另一種時變電鈉法。
5.2.1.1 諧振升高法(Q表)
其測試原理圖如圖7所示。
A 電流表;
R0 耦合電阻;
L 輔助線圈;
C 標準電容;
C0 試樣;
V、V1 電壓表(用Q值表示)。
圖 7 Q表原理圖
5.2.1.1.1 測量范圍
頻率為50Hz~50MHz,電容40pF~500pF,Q值10~600。
5.2.1.1.2 測量誤差
電容誤差:±(0.5%C+0.1pF),Q值±10%;有關儀器的測量誤差均為±10%。
5.2.1.2 變電鈉法
其測試原理如圖8所示。
C——可調(diào)電容;
L——諧振線圈;
CT——管形微調(diào)電容;
Cu——主電容;
Cx——試樣。
圖 8 高頻介質(zhì)損耗儀原理圖
6、試樣:
6.1 試樣尺寸
6.1.1 方法A試樣尺寸見表4。
表 4 試樣尺寸 單位為毫米
試樣 | 尺寸 | 厚度 |
板狀 | 圓形:φ100 正方形:邊長100 | 軟質(zhì)橡膠1.0±0.1 硬質(zhì)橡膠2.0±0.2 |
管狀 | 管長100 |
6.1.2 方法B試樣尺寸見表5。
表 5 試樣尺寸 單位為毫米
試樣 | 尺寸 | 厚度 |
板狀 | 圓形:φ38,φ50、φ100 正方形:邊長100 | 軟質(zhì)橡膠1.0±0.1 硬質(zhì)橡膠2.0±0.2 |
管狀 | 管長50,管長70 |
6.2 試樣的制備
試樣的制備應符合GB/T 2941的規(guī)定,也可以在符合試樣厚度尺寸的膠板上用旋轉刀進行裁切,制樣方法的不同,其試驗結果無可比性。
6.3 試樣數(shù)量
試樣的數(shù)量不少于3個。
7、硫化與試驗之間的時間間隔:
試樣在硫化與試驗之間的時間間隔按GB/T2941的規(guī)定執(zhí)行。
8、試驗條件:
8.1 試樣表面應清潔、平滑,無裂紋、氣泡和雜質(zhì)等,試樣表面應用蘸有無水乙醇的布擦洗。
8.2 試樣應在標準實驗室溫度及濕度下至少調(diào)節(jié)24h。
8.3當試樣處理有特殊要求時,可按其產(chǎn)品標準規(guī)定的進行。
9、試驗步驟:
9.1 方法A
9.1.1 試驗電壓為1000V~3000V,一般情況下為1000V,電源頻率為50Hz。
9.1.2 按設備說明書正確的連接。
9.1.3 接通電源預熱30min。
9.1.4 將試樣接人電橋C、的橋臂中,加上試驗電壓,根據(jù)電橋使用方法進行平衡,讀取R3和tanδ或C4的值。
9.2 方法B—諧振升高法(Q表法)
9.2.1 按照Q表的操作規(guī)程調(diào)整儀器,選定測量頻率,測定C1和Q1的值。
9.2.2 將試樣放入測試電極中,并調(diào)節(jié)電容器C,使電路諧振,達到大Q值記下調(diào)諧電容量C2和Q2的值。
9.2.3 將試樣從測試電極中取出,調(diào)節(jié)C或測試電極的距離,使電路重新諧振,記下C、或測試電極的校正電容值與Q值,并根據(jù)測試值計算出損耗角tanδ與介電常數(shù)ε。
9.2.4 其他高頻測試儀器按其說明書進行操作,通過測試值計算出損耗角tanδ和介電常數(shù)ε。
10、試驗結果:
10.1 方法A
10.1.1 介質(zhì)損耗角正切值(tanδ)可在電橋上直接讀數(shù),按式(1)進行計算:
tanδ=2πfR4C4×10-6…………………………(1)
式中:
π——3.14;
f——頻率50Hz;
R4——固定電阻阻值,單位為歐姆(Ω);
C4——可變電容值,單位為微法(μF);
10.1.2 介電常數(shù)(ε)的計算見表6。
表 6 介電常數(shù)的計算
tanδ | 板狀試樣 | 管狀試樣 |
≤0.1 | …………(2) | …………(3) |
>0.1 | …………(4) | …………(5) |
式中: d 試樣厚度,單位為厘米(cm); CR 標準電容器電容量,單位為皮法(pF), R4 固定電阻阻值,單位為歐姆(Ω); R3 可變電阻阻值,單位為歐姆(Ω); S 電極有效面積單位為平方厘米(cm2); ……………………………(6)
L1 管狀試樣測量電極長度,單位為厘米(cm); D 測量電極有效直徑,單位為厘米(cm); DB 管外徑,單位為厘米(cm); DA 管內(nèi)徑,單位為厘米(cm); g 測量電極與環(huán)電極間距,單位為厘米(cm); ln 自然對效; π 3.14。 |
10.2 方法B
10.2.1 電容的計算
10.2.1.1 諧振升高法
應用支架電極時按式(7)計算:
Cx=C1-C2+Ca…………………………………(7)
應用測微電極時按式(8)計算:
Cx=C’1-C’2+Ca……………………………(8)
10.2.1.2 變電納法(配用測微電極):
按式(9)、式(10)計算:
Cx=C1-C2+Ca…………………………………(9)
其中:Ca= …………………………(10)
當電極直徑為38mm時,則Ca=1/d
式中:
Cx——試樣的并聯(lián)等值電容,單位為皮法(pF);
C1——電極間距為試樣厚度d,且無試樣時諧振電容量,單位為皮法(pF);
C2——有試樣時諧振電容量,單位為皮法(pF);
C'1——極的校正電容值,單位為皮法(pF);
C'——有試樣時,測微電極間距等于試樣厚度時,測微電極的校正電容值,單位為皮法(pF);
C——試樣的幾何電容量,單位為皮法(pF);
S——電極面積單位為平方厘米(cm2);
d——試樣厚度,單位為厘米(cm)。
10.2.2 介電常數(shù)ε的計算
按式(11)計算:
………………………(11)
式中:
Cx——試樣的并聯(lián)等值電容,單位為皮法(pF);
d——試樣的厚度,單位為厘米(cm);
D——電極的直徑,單位為厘米(cm)。
10.2.3介質(zhì)損耗角正切tanδ值的計算
10.2.3.1諧振升高法(Q表法)按式(12)計算:
……………………(12)
10.2.3.2 變電納法:各種高頻損耗測試儀配用測微電極使用時按式(I3)計算:
………………………(13)
式中:
C’——無電極時,諧振回路標準電容器指示值單位為皮法(pF);
Q1——無試樣時,電極間距為d時,諧振Q值;
Q2——電極間有試樣時的諧振Q值;
△Ci—有試樣時兩次衰減至諧振峰0.707時,微調(diào)電容變化量,單位為皮法(pF);
△C0——無試樣時兩次衰減至諧振峰0.707時,微調(diào)電容變化量,單位為皮法(pF);
Cx——試樣的并聯(lián)等值電容,單位為皮法(pF)。
10.2.4 管狀試樣測試結果計算
10.2.4.1 試樣電容量按式(14)計算:
Cx=C1-C2…………………………(14)
式中:
C1——無試樣時,諧振電容量;
C2——有試樣時,諧振電容量。
10.2.4.2試樣介電常數(shù)按式(15)式(16)計算:
…………………………(15)
其中:…………………(16)
式中:
L——電極長度,單位為厘米(cm);
D1、D2——管外徑和內(nèi)徑,單位為厘米(cm)。
10.2.4.3 損耗角正切值的計算
與Q表接線柱直接連線時按式(17)計算:
………………………(17)
當高頻介質(zhì)損耗角測試儀與測微電極連接時按式(l8)計算:
………………………(18)
式中:
C1、Q1——無試樣時,諧振電容量及Q值;
C2、Q2——有試樣時,諧振電容量及Q值;
△Ci——有試樣時兩次衰減至諧振峰0.707時,微調(diào)電容變化量,單位為皮法(pF);
△C0——無試樣時兩次衰減至諧振峰0.707時,微調(diào)電容變化量,單位為皮法(pF)。
注:不同試驗環(huán)境對試驗結果的影響因素參見附錄B。
10.3 試驗結果以每組試驗結果的中位數(shù)表示,取兩位有效數(shù)字。