介电常数介质损耗测试设备中介电常数与耗散因数间的关系
时间：2023-05-10 阅读：717
介电常数又称电容率或相对电容率， 是表征电介质或绝缘材料电 性能的一个重要数据，常用 ε 表示。 介质在外加电场时会产生感应 电荷而削弱电场，原外加电场(真空中)与最终介质中电场比值即为介 电常数。其表示电介质在电场中贮存静电能的相对能力， 例如一个电 容板中充入介电常数为 ε 的物质后可使其电容变大 ε 倍。介电常数愈 小绝缘性愈好。如果有高介电常数的材料放在电场中， 场的强度会在 电介质内有可观的下降。介电常数还用来表示介质的极化程度， 宏观 的介电常数的大小， 反应了微观的极化现象的强弱。气体电介质的极 化现象比较弱，各种气体的相对介电常数都接近1 ，液体、固体的介电常数则各不相同，而且介电常数还与温度、电源频率有关
有些物质介电常数具有复数形式， 其实部即为介电常数， 虚数部 分常称为耗散因数。
通常将耗散因数与介电常数之比称作耗散角正切， 其可表示材料 与微波的耦合能力， 耗散角正切值越大， 材料与微波的耦合能力就越 强。例如当电磁波穿过电解质时，波的速度被减小，波长也变短了。
介质损耗是指置于交流电场中的介质， 以内部发热的形式表现出 来的能量损耗。介质损耗角是指对介质施加交流电压时， 介质内部流 过的电流相量与电压向量之间的夹角的余角。介质损耗角正切是对电 介质施加正弦波电压时， 外施电压与相同频率的电流之间相角的余角 δ 的正切值--tg δ. 其物理意义是：每个周期内介质损耗的能量//每个
周期内介质存储的能量。
介电损耗角正切常用来表征介质的介电损耗。介电损耗是指电 介质在交变电场中, 由于消耗部分电能而使电介质本身发热的现象。 原因是电介质中含有能导电的载流子,在外加电场作用下,产生导电电 流,消耗掉一部分电能,转为热能。任何电介质在电场作用下都有能量
损耗，包括由电导引起的损耗和由某些极化过程引起的损耗。
用 tg δ作为综合反应介质损耗特性优劣的指标， 其是一个仅仅取 决于材料本身的损耗特征而与其他因素无关的物理量， tgδ的增大意 味着介质绝缘性能变差， 实践中通常通过测量 tgδ来判断设备绝缘性 能的好坏。
由于介电损耗的作用电解质在交变电场作用下将长生热量， 这些 热会使电介质升温并可能引起热击穿， 因此， 在绝缘技术中， 特别是 当绝缘材料用于高电场强度或高频的场合，应尽量采用介质损耗因 数， 即电介质损耗角正切 tgδ较低的材料。但是， 电介质损耗也可用 作一种电加热手段，即利用高频电场(一般为0.3--300兆赫兹)对介 电常数大的材料(如木材、纸张、陶瓷等) 进行加热。这种加热由于 热量产生在介质内部， 比外部加热速度更快、热效率更高， 而且热均 匀。频率高于300兆赫时，达到微波波段，即为微波加热(家用微波 炉即据此原理)。
在绝缘设计时， 必须注意材料的 tgδ值。若 tgδ过大则会引起严 重发热，使绝缘材料加速老化，甚至导致热击穿。
一下例举一些材料的 ε 值：
石英-----3.8
绝缘陶瓷-----6.0
纸------70
有机玻璃------2.63
PE-------2.3
PVC--------3.8
高分子材料的 ε 由主链中的键的性能和排列决定
分子结构极性越强， ε 和 tg δ越大。
非极性材料的极化程度较小， ε 和 tg δ都较小。
当电介质用在不同场合时对介电常数与耗散因素的大小有不同 的要求。做电容介质时 ε 大、 tg δ小；对航空航天材料而言， ε 要小 tg δ要大。
另外要注意材料的极性越强受湿度的影响越明显。主要原因是高 湿的作用使水分子扩散到高分子的分子之间， 使其极性增强； 同时潮 湿的空气作用于塑料表面， 几乎在几分钟内就使介质的表面形成一层 水膜， 它具有离子性质， 能增加表面电导， 因此使材料的介电常数和 介质损耗角正切 tgδ都随之增大。故在具体应用时应注意电介质的周 围环境。
电介质在现代生活中经常被用到， 而介电常数与耗散因素是电介 质的两个重要参数， 根据不同的要求， 应当选用具有不用介电常数与 耗散因数的材料， 以达到最佳的效果。同时还应当注意外界因素对介 电常数与耗散因数的影响。