相對介電常數(shù)測量方法

相對介電常數(shù)ε_r可以用靜電場用如下方式測量：首先在兩塊極板之間為真空的時候測試電容器的電容C₀。然后，用同樣的電容極板間距離但在極板間加入電介質后測得電容C_x。相對介電常數(shù)可以用下式計算：

ε_r＝C_x/C₀

在標準大氣壓下，不含二氧化碳的干燥空氣的相對電容率ε_r＝1.00053。因此，用這種電極構形在空氣中的電容C_a代替C₀來測量相對電容率ε_r時，也有足夠的準確度。（參考GB/T 1409-2006）

對于時變電磁場，物質的介電常數(shù)和頻率相關，通常稱為介電系數(shù)。

介質在外加電場時會產(chǎn)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相對介電常數(shù)（relative permittivity 或 dielectric constant），又稱誘電率，與頻率相關。介電常數(shù)是相對介電常數(shù)與真空中絕對介電常數(shù)乘積。如果有高介電常數(shù)的材料放在電場中，電場強度會在電介質內(nèi)有可觀的下降。理想導體的相對介電常數(shù)為無窮大。

根據(jù)物質的介電常數(shù)可以判別高分子材料的極性大小。通常，相對介電常數(shù)大于3.6的物質為極性物質；相對介電常數(shù)在2.8~3.6范圍內(nèi)的物質為弱極性物質；相對介電常數(shù)小于2.8為非極性物質。

相對介電常數(shù)測量

相對介電常數(shù)ε_r可以用靜電場用如下方式測量：首先在其兩塊極板之間為空氣的時候測試電容器的電容C₀。然后，用同樣的電容極板間距離但在極板間加入電介質后側得電容C_x。最后，相對介電常數(shù)可以用下式計算：

ε_r＝C_x/C₀。

相對介電常數(shù)簡介

對于時變電磁場，物質的介電常數(shù)和頻率相關，通常稱為介電系數(shù)。

介電常數(shù)又叫介電系數(shù)或電容率，它是表示絕緣能力特性的一個系數(shù)，以希臘字母ε表示，單位為F/m（法拉/米）。

相對介電常數(shù)公式：C＝(εS)/(4πkd)（平行電容計算）

電容器的極板間充滿電介質時的電容與極板間為真空時的電容之比值稱為（相對）介電常數(shù)。

電容器極板間充滿電介質時，電容增大的倍數(shù)叫做電介質的介電常數(shù)，用ε表示。

平行板電容計算公式 C＝(εS)/(4πkd) 中，ε就是介電常數(shù)。

條件為室溫下，測試頻率為1KHz。

H₂O（水） 78.5

HCOOH （甲酸） 58.5

HCON(CH₃)₂（N, N-二甲基甲酰胺） 36.7

CH₃OH（甲醇） 32.7

C₂H₅OH（乙醇） 24.5

CH₃COCH₃（丙酮） 20.7

n-C₆H₁₃OH （正己醇） 13.3

CH₃COOH （乙酸或醋酸） 6.15

C₆H₆（苯） 2.28

CCl₄（四氯化碳） 2.24

n-C₆H₁₄（正己烷） 1.88

n-C₄H₁₀（四號溶劑） 1.78

相對介電常數(shù)原理

介質在外加電場時會產(chǎn)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(shù)（permittivity），又稱誘電率。如果有高介電常數(shù)的材料放在電場中，電場強度會在電介質內(nèi)有可觀的下降。

電介質經(jīng)常是絕緣體。其例子包括瓷器（陶器）、云母、玻璃、塑料和各種金屬氧化物。有些液體和氣體可以作為好的電介質材料。干空氣是良好的電介質，并被用在可變電容器以及某些類型的傳輸線。蒸餾水如果保持沒有雜質的話是好的電介質，其相對介電常數(shù)約為80。

一個電容板中充入介電常數(shù)為ε的物質后，電容變大ε倍。

相對介電常數(shù)應用

電介質有使空間比起實際尺寸變得更大或更小的屬性。例如，當一個電介質材料放在兩個電荷之間，它會減少作用在它們之間的電場力，就像它們被移遠了一樣。

當電磁波穿過電介質，波的速度被減小，有更短的波長 。

相對介電常數(shù)常見物質的 ε_r

相對介電常數(shù)通常是通過測量試樣與電極組成的電容、試樣厚度和電極尺寸求得。

應用三電極時，對于平板試樣，由于平板電容Cx的計算公式是根據(jù)實際經(jīng)驗修正為

對于管狀試樣，由于圓柱形電容Cx的計算公式是根據(jù)實際經(jīng)驗修正為

式中Cx為試樣電容(法)，L為電極長度(米)，D1為電極直徑(米)，g為電極間的間隙(米)，d為試樣厚度(米)，r1、r2為試樣的內(nèi)外半徑。應用二電極時式中Cx為試樣電容，Cm為測量電容,C0為試樣的幾何電容，Ce為試樣的邊緣電容，Cg為試樣的對地電容。

介質損耗角正切(tanδ)的測定 通過測量試樣的等效參數(shù)經(jīng)計算求得。也可在儀器上直讀。在工頻、音頻下一般都用電橋法測量,高電壓時采用西林電橋法（圖2）。電橋平衡時式中CN為標準電容，C4為可調電容，R4為固定電阻,R3為可調電阻。

當頻率為幾十千赫到幾百兆赫范圍時，可用集總參數(shù)的諧振法進行測量（圖3）。使頻率和電感保持恒定，在接入試樣和不接試樣時調節(jié)調諧電容使電路諧振。若接試樣時C=Cs，不接試樣時C=Cns，則試樣電容的測量結果是

Cx=Cns-Cs

這時可用變Q值法和變電納法計算試樣的tanδx。在變Q值法中是根據(jù)接入試樣且回路諧振時的Q值(Qi)與不接試樣且回路諧振時的Q值(Q0)的變化來計算損耗角正切，即式中Cr是回路的總電容，除諧振電容外，包括試樣的零電容、接線電容等。變電納法是根據(jù)接試樣時諧振曲線的半功率點的寬度△C1(圖4)和不接試樣時相應的寬度△C0的變化來計算損耗角正切，即　在這些測試中，選擇電極極為重要。常用的是接觸式電極?？捎谜迟N鋁箔、燒銀、真空鍍鋁等方法制作電極，但后者不能在高頻下使用。低頻測量時，試樣與電極應屏蔽。在高頻下可用測微電極以減小引線影響。在某些特殊場合，可用不接觸電極，例如薄膜介電性能測試和頻率高于30兆赫時介電性能的測量。2100433B

鋰輝石陶瓷是一種化學物質，分子式是Li₂O·Al₂O₃·4SiO₂。相對介電常數(shù)8.5～9。

濕敏陶瓷1.電阻型濕敏陶瓷材料

這是一類研究最多、應用最廣的濕敏陶瓷材料。典型的瓷料是MgCrzO系統(tǒng)，其主要晶相是MgCr2O。TiO作為摻雜改性成分 。

濕敏陶瓷2.電容型濕敏陶瓷材料

電容型濕度傳感器是利用其電容量和濕度呈線性關系而受到重視，Al₂O₃膜很容易吸附水汽。多孔氧化鋁的相對介電常數(shù)為1~10，空氣的相對介電常數(shù)約等于1，水的相對介電常數(shù)約為80?？梢?，當水汽代替介質中孔內(nèi)的空氣時，介質的相對介電常數(shù)將發(fā)生很大變化，因而引起元件的電容量變化。Al₂O₃膜在20世紀70年代采用厚膜技術制備，即介質是采用相對介電常數(shù)近70的陶瓷細粉印刷而成，它的傳感性能較好，同時具有體積小、可靠性高、成本低、易于和其他厚膜元件.集成電路相配合等優(yōu)點。近年來，隨著薄膜集成電路的應用和鍍膜技術的發(fā)展,氧化物和其他化合物也能形成鍍膜，因而研制成了薄膜型濕度傳感器。電容型濕敏陶瓷材料有Al₂O₃、Ta₂O₃、Nb₂O₅、CaF、TaN等。

濕敏陶瓷3.阻抗型濕敏陶瓷材料

當前，這種類型的濕度傳感器已較少應用。感濕體是以Al2O膜為介質的阻抗元件。它是在厚為0.38 mm的高純鋁金屬板上，采用陽極氧化的方法,在鋁極表面形成Al₂O₃膜，再經(jīng)185攝氏度、16h的熱處理而制成的。