一种测定样品介电特性的装置及其测定方法和应用制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种准确测定样品材料介电特性的仪器及方法和应用。所述装置包括芯轴１、内电极２、样品层３、外电极４、绝缘垫圈５、内电极引线６ａ和保护电极引线６ｂ、６ｃ，所述内电极２长度可调；在所述芯轴１外依次套接有所述内电极２、样品层３和外电极４，所述内电极２、样品层３和外电极４的两端设置有紧固结构；所述内电极引线６ａ一端和所述内电极２连接。介质试样安装在同轴型电容器中。同轴型电容器的内电极采用保护电极型的结构，以消除边缘效应的影响。有效电极的长度可变，使得放入试样有介质和移走试样无介质两种情况下的电容量基本相同。于是通过测量有效电极改变的长度及相关计算，即可实现样品介电特性的测定。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于对于电测量领域中对介电特性的测量，尤其涉及一种准确测定 样品材料介电特性的仪器及方法和应用。
技术介绍
绝缘材料的介电特性对于材料的应用有重要的价值。在工业上，介电特性 中的介电损耗值分量造成能量损失，甚至设备损坏。在精密仪器制造方面，介 电特性的准确数据对于仪器的性能也很重要，有时甚至是关键性的。因此，多 年来已经发展了不少测量介电特性的方法。但是目前这些方法还有一些不足之 处1. 通常只能测量平板形的样品，而且对样品的大小有要求，样品面积 不能太小。材料的介电特性随着生产这种材料的地点、出厂批次不 同会有变化。为了保证测量结果准确， 一般需从实际应用的同一批 材料上取样。有时候，实际应用的材料是较小的圓柱形棒材，很难 截下足够大小的平面形试样。而目前尚未见到直接测量圓柱形或圓 筒形试样介电特性的仪器。2. 现有测量介电特性方法的基本思路是做一个平板形电极的空气电容 器，测量放入和取出平板形试样这两种情况的电容量，再由此计算 出试样的介电特性。这样的空气电容器的电容量一般仅为几pF。而 小电容测量涉及到的问题很多。测量误差较大，特别是空气电容器 与测量仪器之间的连接线会也引起明显的误差，而且这种误差随着 被测电容量的变化而变。因此上述测量介电特性的方法有一些原理 性的缺陷。如果能够在测量过程中保持被测电容量不变，测量介电 特性的过程就会变成一种替代测量，测量设备本身的测量误差和连 接线引起的误差就会在两次测量电容量的过程中被消去，介电特性 的测量准确度也就随着提高。
技术实现思路
为了克服现有技术中对样品形状大小有要求和测量误差大的两点技术问 题，本专利技术设计了一种介电特性测定的仪器和介电特性测定方法。本专利技术之一 ， 一种测定样品介电特性的装置是这样实现的 所述装置包括芯轴l、内电极2、样品层3、外电极4、绝缘垫圈5、内电 极引线(6a)和保护电极引线(6b、 6c)，所述内电极2长度可调；在所述芯轴1外依次套接有所述内电极2、样品层3和外电极4,所述内电 极2、样品层3和外电极4的两端设置有紧固结构；所述内电极引线6a—端和 所述内电极2连接；通过调整所述内电极2的长度，用于当所述样品层3放入不同介质进行测 量时电容量相同。为了解决现有技术中问题，采用被测量替代测量法。通过测量有效电极改 变的长度及相关计算，即可实现样品介电特性的测定。所述内电极包括有效电 极部分和保护电极部分，所述保护电极部分设置在有效电极部分的两端，且在 有效电极部分和保护电极部分中间设置有所述绝缘垫圈5;所述绝缘垫圈5的位 置可调，所述内电极通过调节绝缘垫圈5的位置调节有效电极的长度，进而调 节内电极2的长度。为了解决现有技术中对样品形状和大小需要作出要求的技术问题，本专利技术 采用了空心同轴型电容器，可以直接测定圓筒形样品的介电特性。即所述芯轴l为中空聚四氟乙烯芯轴，所述内电极2和外电极4的材质为黄铜，所述样品层 中3的样品为聚四氟乙烯材料和空气。本专利技术之二， 一种利用上述测定样品介电特性的装置进行测定的方法是这 样实现的所述方法采用被测量替代测量法，且所述电极长度可调整；即通过测量所 述有效电极部分改变的长度及计算，实现样品介电特性的测定；本方法用于当 测量样品的介电特性时，降低有介质和无介质两种情况的电容量值之差，采取 一种替代测量的方法。在具体的方法中，在所述被测量替代测量法中，a, 被测介质是非空气介质，即放入被测介质 通过调节绝缘垫圈的位置而调节所述内电极的长度，使得所述有效电极部分的轴向长度为A,计算同轴电容器的电容量d;b, 被测介质是空气介质，即样品层是空气 通过调节绝缘垫圈的位置而调节所述内电极的长度，使得所述有效电极部分的轴向长度为A,计算同轴电容器的电容量C2;c, 测定被测介质的介电特性由于通过调整内电极的长度，两次测量的电容量相同d = C2，准确计算 被测介质的介电特性A 。本专利技术之三， 一种利用上述测定样品介电特性的测定方法的应用是由于采用了上述的技术方案，本专利技术对于样品的形状和大小要求已突破现 有技术中的只能对平板形样品进行测定的局限，而本方法既可以用于测量圆筒 形样品的介电特性，也可以测定对平板形样品的介电特性。 采用本专利技术的
技术实现思路
对样品进行介电特性的测定，主要特点如下1. 采用被测量替代测量法。通过测量有效电极改变的长度及相关计算，即可实 现样品介电特性的测定。2. 制作了空心同轴型电容器，可以直接测定圆筒形样品的介电特性；3. 解决了小电容值(10pF以内)的介质特性准确测定的问题；可以推广到平板 形电极的空气电容器测量中使用。测量圓筒形试样的同轴型电容器的一个特点是有效电极的长度可变，使得 放入试样和移走试样两种情况下的电容量基本相同。这样就使两次电容量的测 量成为一种被测量的替代测量的过程。电容量测量仪本身的测量误差和连接线 引起的误差可在两次测量电容量的过程中被消去，介电特性的测量准确度也因 而提高。当然，计算试样的介电特性时要计入两次测量时有效电极长度不同这一因素。内电极装配体整个套在一根聚四氟乙烯的芯轴上，使得拆装过程变得 容易。芯轴是中空的，便于内电极的三根连接线引出。上述技术方案只是本专利技术的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言， 在本专利技术公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形， 而不仅限于本专利技术上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是 优选地，而并不具有限制性的意义。附图说明图1为本专利技术中的同轴型电容器，装上介质试样后的状态结构剖面示意图； 图2为本专利技术中的同轴型电容器，以空气为介质时的状态结构剖面示意图。 下面将结合具体实施方式对本专利技术上述各幅附图作进一步详细的说明。具体实施例方式图1为本专利技术中的同轴型电容器，装上介质试样后的状态结构剖面示意图；图2为本专利技术中的同轴型电容器，以空气为介质时的状态结构剖面示意图。被测样品已取出。并通过调整内电极长度和绝缘垫位置，使内电极长度增加约一 倍。取出样品前后两种情况下的电容值基本相等。剖面线为缀的材料为聚四氟乙烯，剖面线为^的材料为黄铜。所述装置包括芯轴l、内电极2、样品层3、外电极4、绝缘垫圈、内电极 引线(6a)和保护电极引线(6b、 6c),所述内电极2长度可调；在所述芯轴1外依次套接有所述内电极2、样品层3和外电极4,所述内电 极2、样品层3和外电极4的两端设置有紧固结构；所述内电极引线6a—端和 所述内电极2连接；通过调整所述内电极2的长度，用于当所述样品层3放入不同介质进行测 量时电容量相同。所述内电极2包括有效电极部分和保护电极部分。有效电极部分为内电极A 和内电极B,所述保护电极部分包括等电位屏蔽环a和等电位屏蔽环b。所述等 电位屏蔽环a和等电位屏蔽环b分别设置在有效电极部分的两端，且在有效电 极部分和保护电极部分中间设置有所述绝缘垫圈5;所述绝缘垫圈5的位置可调， 所述内电极2通过调节绝缘垫圏5的位置调节有效电极的长度，进而调节内电 极2的长度。在所述内电极层和芯轴中间还包含有一个聚四氟乙烯层7,起绝缘作用。且 在该层7包含一个内电极接触环8，用于从内电极2引出内电极引线6a。所述芯轴1外的各层套接在芯轴1外侧，后通过紧固螺帽9加以紧固操作。以聚四氟乙烯材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测定样品介电特性的装置，其特征在于：所述装置包括芯轴（１）、内电极（２）、样品层（３）、外电极（４）、绝缘垫圈（５）、内电极引线（６ａ）和保护电极引线（６ｂ、６ｃ），所述内电极（２）长度可调；在所述芯轴（１）外依次套接有所述内电 极（２）、样品层（３）和外电极（４），所述内电极（２）、样品层（３）和外电极（４）的两端设置有紧固结构；所述内电极引线（６ａ）一端和所述内电极（２）连接；本装置用于通过调整所述内电极（２）的长度，使所述样品层（３）放入不同介质进行测 量时电容量相同。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：贺青，李正坤，张钟华，黄璐，韩冰，
申请(专利权)人：中国计量科学研究院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]