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介电常数及介质损耗与频率的关系

更新时间:2022-12-26      点击次数:1768

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介电常数及损耗与频率的关系

一、实验目的

了解几种介质材料的介电系数(ε)和介质损耗角正切(tagδ) 的频率特性;了解电容介质材料在各种频率范围内的测量方法和熟悉Q表的使用;了解接线的长短对介电系数和损耗角正切测量准确度的影响。

 

二、实验原理

1、Q表简介及其工作原理  Q表是利用谐振效应来测量电路参数的多用途测量仪器。它能测量电感或谐振回路的Q值、电感器的电感量及其分布电容量、电容器的电容量和损耗角、电工材料的高频介质损耗、高频回路的有效并联及串联电阻、传铜线的特征阻抗等。2、用谐振法来测量试品的电容Cp是根据谐振回路的谐振条件来求得的。测量时要调谐两次,先是不接试样,谐振条件为:    

 image.png

 然后接入试品,调节可调电容使回路出现谐振,即C的两端电压达到最大,这时谐振条件为:

image.png 

试品的电容Cp可从接和不接试品两次谐振时,调谐电容C的变化量ΔC来求得。 


三、实验内容

选择合适频率一定厚度一定的电感测量它在不同接线下的电容变化、电感变化。

 

四、实验步骤

①选一个适当的谐振电感接到仪器上方的接线柱“LX"的两端;②利用仪器左上角偏下的频率增减按钮和仪器中部偏左下方的频率调谐数码开关(细调)调节信号源的频率(本实验频率与谐振电感一一对应)③将仪器右上角左边的微调电容旋钮调至零,右边的主调电容器旋钮调到最大值附近。调节主调电容器旋钮,缓慢减小电容值,使测试回路谐振(此时仪器中部的Q值调谐指示指针读数最大),令此时的电容值为C1(读数见主调谐旋钮上方的C、L指示表),令谐振器Q的读数为Q1(读数见仪器中上方的Q值数码管);如果被测电容是小数值的,C1应该调到较小电容值附近,以便达到尽可能高的分辨率;④将被测电容器接在仪器顶端的接线柱“CX"两端,调节主调电容器旋钮,使测试回路再次谐振。令新的调谐电容值为C2和指示Q值为Q2。⑤将第④步的接线改变为两根,调节主调电容器旋钮,使测试回路再次谐振。令新的调谐电容值为C2和指示Q值为Q2。反复此步骤将接线接到四根为止。

⑥将第⑤步的电感型号换一下继续按照第⑤步测量一组数据作为对比。


五、数据记录及处理

计算公式:

1、被测电容器的电容值:

image.png 

2、圆形介质的介电系数:

image.png 

其中h为电极厚度,D为电极直径3、损耗角正切:

image.png 

D=50mm   h=2.205mm

电感型号

频率

线数

L

C1

Q1

C2

Q2

CX

tgδ

ε

LK-2

9MHZ

1

1.079MH

305.6P

253.6

289.8P

228.6

15.8

0.0083

1.003uf/mm



2

1.102MH



283.7P

159.9

21.9

0.0322

1.39uf/mm



3

1.124MH



278.2p

107.3

27.4

0.0599

1.74uf/mm



4

1.164MH



268.6P

74.6

37

0.0781

2.349uf/mm

LK-9

900khz

1

105.2MH                                                                         

313.3P

230.2

297.5P

203.6

15.8

0.0112

1.003uf/mm



2

107.1MH



291.8P

192.8

21.5

0.0122

1.365uf/mm



3

108.7MH



287.5P

189.0

25.8

0.0114

1.638uf/mm



4

113.1MH



276.3P

163.0

37

0.0152

2.349uf/mm

六、实验结果总结

   由以上数据处理可以看到当导线条数的增加对测量结果影响显著,首先它的介电损耗随着导线数增加而增加,测量的电感量也增大,同时它的介电系数也增加。从而导线长短对测量结果显著影响,从而应该适当减小导线长度来减少实验误差。


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