橡膠介電常數(shù)測試儀橡膠介電常數(shù)測試儀
一些介質(zhì)在電場極化時也會產(chǎn)生損耗,這種損耗一般稱極化損耗。位移極化從建立極化到其穩(wěn)定所需時間很短(約為10-16~10-12s),這在無線電頻率(5×1012Hz 以下)范圍均可認(rèn)為是極短的,因此基本上不消耗能量。其他緩慢極化(例如松弛極化、空間電荷極化等)在外電場作用下,需經(jīng)過較長時間(10-10s或更長)才達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),因此會引起能量的損耗。
若外加頻率較低,介質(zhì)中所有的極化都能全跟上外電場變化,則不產(chǎn)生極化損耗。若外加頻率較高時,介質(zhì)中的極化跟不上外電場變化,于是產(chǎn)生極化損耗。
電離損耗
電離損耗(又稱游離損耗)是由氣體引起的,含有氣孔的固體介質(zhì)在外加電場強度超過氣孔氣體電離所需要的電場強度時,由于氣體的電離吸收能量而造成指耗,這種損耗稱為電離損耗。
結(jié)構(gòu)損耗
在高頻電場和低溫下,有一類與介質(zhì)內(nèi)鄰結(jié)構(gòu)的緊密度密切相關(guān)的介質(zhì)損耗稱為結(jié)構(gòu)損耗。這類損耗與溫度關(guān)系不大,耗功隨頻率升高而增大。
試驗表明結(jié)構(gòu)緊密的晶體成玻璃體的結(jié)構(gòu)損耗都很小,但是當(dāng)某此原因(如雜質(zhì)的摻入、試樣經(jīng)淬火急冷的熱處理等)使它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)松散后。其結(jié)構(gòu)耗就會大大升高。
宏觀結(jié)構(gòu)不均勾性的介質(zhì)損耗
工程介質(zhì)材料大多數(shù)是不均勻介質(zhì)。例如陶瓷材料就是如此,它通常包含有晶相、玻璃相和氣相,各相在介質(zhì)中是統(tǒng)計分布口。由于各相的介電性不同,有可能在兩相間積聚了較多的自由電荷使介質(zhì)的電場分布不均勻,造成局部有較高的電場強度而引起了較高的損耗。但作為電介質(zhì)整體來看,整個電介質(zhì)的介質(zhì)損耗必然介于損耗大的一相和損耗小的一相之間。
表征:
電介質(zhì)在恒定電場作用下,介質(zhì)損耗的功率為
W=U2/R=(Ed)2S/ρd=σE2Sd
定義單位體積的介質(zhì)損耗為介質(zhì)損耗率為
ω=σE2
在交變電場作用下,電位移D與電場強度E均變?yōu)閺?fù)數(shù)矢量,此時介電常數(shù)也變成復(fù)數(shù),其虛部就表示了電介質(zhì)中能量損耗的大小。
D,E,J之間的相位關(guān)系圖
D,E,J之間的相位關(guān)系圖
如圖所示,從電路觀點來看,電介質(zhì)中的電流密度為
J=dD/dt=d(εE)/dt=Jτ+iJe
式中Jτ與E同相位。稱為有功電流密度,導(dǎo)致能量損耗;Je,相比較E超前90°,稱為無功電流密度。
定義
tanδ=Jτ/Je=ε〞/εˊ
式中,δ稱為損耗角,tanδ稱為損耗角正切值。
損耗角正切表示為獲得給定的存儲電荷要消耗的能量的大小,是電介質(zhì)作為絕緣材料使用時的重要評價參數(shù)。為了減少介質(zhì)損耗,希望材料具有較小的介電常數(shù)和更小的損耗角正切。損耗因素的倒數(shù)Q=(tanδ)-1在高頻絕緣應(yīng)用條件下稱為電介質(zhì)的品質(zhì)因素,希望它的值要高。