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北京中航时代仪器设备有限公司
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固体介电常数测试仪高分子复合材料、绝缘漆、尼龙制品材料、硅橡胶、硫化橡胶、橡胶、塑料、聚酯薄膜、聚四氟乙烯、环氧树脂、电缆料、纳米材料、导热材料、硅胶片、绝缘材料、光伏材料、塑胶原料、高分析材料、功能膜材料、塑料制品、绝缘软管、热塑性塑料材料、板材和片状材料、绝缘纸、软管和软套管、广电新材料、聚合物材料、涂料涂层、纤维制品、PVA/PP/PE、通用塑料、工程塑料、塑料助剂、填充母料、塑料机械
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本标准规定了介电常数和介质损耗角正切值的两种测定方法。方法A为工频（50Hz）下的测定方法，方法B为高频电场下的测定方法。
本标准适用于硫化橡胶。
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的新版本。凡是不注日期的引用文件，其新版本适用于本标准。
GB/T 2941 橡胶物理试验方法试样制备和调节通用程序（GB/T 2941-2006，ISO 23529：2004，IDT）
下列术语和定义适用于本标准。
3.1
介质损耗 dielectric loss
绝缘材料在电场作用下，由于介质电导和介质极化的滞后效应，在其内部引起的能量损耗。
3.2
损耗角 δloss angleδ
在交变电场下，电介质内流过的电流向量和电压向量之间的夹角（功率因数角φ）的余角（δ）。
3.3
损耗角正切 tanδ loss tangentδ
介质损耗因数 dielectric loss factor
介质损耗角正切值。
3.4
介电常数 εdielectric constant
绝缘材料在电场作用下产生极化，电容器极板间有电介质存在时的电容量C、与同样形状和尺寸的真空电容量C0之比。
注：不同试样、不同电极的真空电容和边缘校正的计算参见附录A。
4.1 电极材料
见表1。
表 1 电极材料
电极材料 | 规格要求 | 适应范围 |
铝箔和锡箔 | 铝箔和锡箔应退火，厚度为0.01mm左右，用凡士林、变压器油、硅油或其他合适油作为粘接剂 | 接触电极用 |
导电橡胶 | 体积电阻系数不大于300Ω·cm（交流），邵尔A硬度为40～60，表面应光滑 | 接触电极用 |
铜 | 表面可镀防腐蚀的金属层，但镀层应均匀*，工作面粗糙度Ra值应不低于3.2 | 一般做辅助电极用，对软质胶可直接作接触电极用 |
导电粉末 | 石墨粉，银粉，铜粉等 | 管状试样内电极用 |
4.2 电极尺寸
4.2.1 板状试样电极
4.2.1.1 方法A：板状电极尺寸见表2，电极如图1所示。
表 2 板状试样电极尺寸 单位为毫米
D1 | D2 | D3 | D4 | H1 | H2 |
25.0±0.1 | 29.0±0.1 | 40 | ≥40 | 30 | 5 |
50.0±0.1 | 54.0±0.1 | 74 | ≥74 |
1——测量电极；
2——保护电源；
3——试样；
4——高压电极。
图 1 板状试样电极配置（工频）
4.2.1.2 方法B：采用二电极系统。电极尺寸大小与试样尺寸相等，或电极小于试样尺寸。板状试样电极直径为φ38.0mm±0.1mm、φ50.0mm±0.1mm、φ70.0mm±0.1mm。
4.2.2 管状试样电极
4.2.2.1 方法A：管状试样电极尺寸见表3，电极如图2所示。
表 3 管状试样电极尺寸
L1 | L2 | L3 | g |
25 | 5 | ≥40 | 2.0±0.1 |
50 | 10 | ≥74 |
1——保护电极；
2——测量电极；
3——高压电极；
4——试样。
图 2 管状试样电极配置（工频）
4.2.2.2 方法B：管状试样电极尺寸，电极如图3所示。
管状试样的电极长度为50.0mm±0.1mm或70.0mm±0.1mm。
1——试样；
2——上电极；
3——下电极。
图 3 管状试样电极配置（高频）
4.3 电极装置
在进行高频测试时，根据测试频率与测试要求可用支架电极（如图4），当频率大于或等于1MHz且小于10MHz时，宜用测微电极（如图5）；当频率大于或等于10MHz时，应用测微电极。
1——上盖螺钉；
2——上盖板；
3——升降螺杆；
4——上电极导轨；
5——螺帽；
6——导筒；
7——导槽螺钉；
8——绝缘杆；
9——高压电极；
10——试样；
11——测量电极；
12——保护电极；
13——绝缘板（聚四氟乙烯板）；
14——绝缘支脚；
15——有机玻璃板。
图 4 支架电极
1——微调管形电容器；
2——测试样品电容器；
3——上支撑板；
4——上电极；
5——试样；
6——下电极；
7——底板。
图 5 测微电极
5.1 方法A
5.1.1 测试仪器为工频高压电桥，其原理图如图6所示。
T 试验变压器；
C3 标准电容器；
C5 试样；
R3 可变电阻；
C2、C4 可变电容；
R4 固定电阻；
G- 电桥平衡指示器；
P 放电器。
图 6 工频高压电桥原理图
5.1.2 测量范围
损耗角正切（tanδ）：0.001～1；电容（C）：40pF～2000pF。
5.1.3 电桥测量误差
测量时误差不超过10%，当试样tanδ小于0.001时测量误差不超过0.0001，电容的测量误差不超过5%，标准电容器的tanδ应小于0.0001。
5.1.4 电桥必须有良好的屏蔽接地装置。
5.2 方法B
5.2.1 方法B的测试仪器有两种：一种是谐振升高法（Q表），另一种时变电钠法。
5.2.1.1 谐振升高法（Q表）
其测试原理图如图7所示。
A 电流表；
R0 耦合电阻；
L 辅助线圈；
C 标准电容；
C0 试样；
V、V1 电压表（用Q值表示）。
图 7 Q表原理图
5.2.1.1.1 测量范围
频率为50Hz～50MHz，电容40pF～500pF，Q值10～600。
5.2.1.1.2 测量误差
电容误差：±（0.5%C+0.1pF），Q值±10%；有关仪器的测量误差均为±10%。
5.2.1.2 变电钠法
其测试原理如图8所示。
C——可调电容；
L——谐振线圈；
CT——管形微调电容；
Cu——主电容；
Cx——试样。
图 8 高频介质损耗仪原理图
6.1 试样尺寸
6.1.1 方法A试样尺寸见表4。
表 4 试样尺寸 单位为毫米
试样 | 尺寸 | 厚度 |
板状 | 圆形：φ100 正方形：边长100 | 软质橡胶1.0±0.1 硬质橡胶2.0±0.2 |
管状 | 管长100 |
6.1.2 方法B试样尺寸见表5。
表 5 试样尺寸 单位为毫米
试样 | 尺寸 | 厚度 |
板状 | 圆形：φ38 正方形：边长100 | 软质橡胶1.0±0.1 硬质橡胶2.0±0.2 |
管状 | 管长50 |
6.2 试样的制备
试样的制备应符合GB/T 2941的规定，也可以在符合试样厚度尺寸的胶板上用旋转刀进行裁切，制样方法的不同，其试验结果无可比性。
6.3 试样数量
试样的数量不少于3个。
试样在硫化与试验之间的时间间隔按GB/T2941的规定执行。
8.1 试样表面应清洁、平滑，无裂纹、气泡和杂质等，试样表面应用蘸有无水乙醇的布擦洗。
8.2 试样应在标准实验室温度及湿度下至少调节24h。
8.3当试样处理有特殊要求时，可按其产品标准规定的进行。
9.1 方法A
9.1.1 试验电压为1000V～3000V，一般情况下为1000V，电源频率为50Hz。
9.1.2 按设备说明书正确的连接。
9.1.3 接通电源预热30min。
9.1.4 将试样接人电桥C、的桥臂中，加上试验电压，根据电桥使用方法进行平衡，读取R3和tanδ或C4的值。
9.2 方法B—谐振升高法（Q表法）
9.2.1 按照Q表的操作规程调整仪器，选定测量频率，测定C1和Q1的值。
9.2.2 将试样放入测试电极中，并调节电容器C，使电路谐振，达到大Q值记下调谐电容量C2和Q2的值。
9.2.3 将试样从测试电极中取出，调节C或测试电极的距离，使电路重新谐振，记下C、或测试电极的校正电容值与Q值，并根据测试值计算出损耗角tanδ与介电常数ε。
9.2.4 其他高频测试仪器按其说明书进行操作，通过测试值计算出损耗角tanδ和介电常数ε。
10.1 方法A
10.1.1 介质损耗角正切值（tanδ）可在电桥上直接读数，按式（1）进行计算：
tanδ=2πfR4C4×10-6…………………………（1）
式中：
π——3.14；
f——频率50Hz；
R4——固定电阻阻值，单位为欧姆（Ω）；
C4——可变电容值，单位为微法（μF）；
10.1.2 介电常数（ε）的计算见表6。
表 6 介电常数的计算
tanδ | 板状试样 | 管状试样 |
≤0.1 |
|
|
>0.1 |
|
|
式中： d 试样厚度，单位为厘米（cm）； CR 标准电容器电容量，单位为皮法（pF）， R4 固定电阻阻值，单位为欧姆（Ω）； R3 可变电阻阻值，单位为欧姆（Ω）； S 电极有效面积单位为平方厘米（cm2）；
L1 管状试样测量电极长度，单位为厘米（cm）； D 测量电极有效直径，单位为厘米（cm）； DB 管外径，单位为厘米（cm）； DA 管内径，单位为厘米（cm）； g 测量电极与环电极间距，单位为厘米（cm）； ln 自然对效； π 3.14。
| ||
10.2 方法B
10.2.1 电容的计算
10.2.1.1 谐振升高法
应用支架电极时按式（7）计算：
Cx=C1-C2+Ca…………………………………（7）
应用测微电极时按式（8）计算：
Cx=C’1-C’2+Ca……………………………（8）
10.2.1.2 变电纳法（配用测微电极）：
按式（9）、式（10）计算：
Cx=C1-C2+Ca…………………………………（9）
其中：Ca= 
…………………………（10）
当电极直径为38mm时，则Ca=1/d
式中：
Cx——试样的并联等值电容，单位为皮法（pF）；
C1——电极间距为试样厚度d，且无试样时谐振电容量，单位为皮法（pF）；
C2——有试样时谐振电容量，单位为皮法（pF）；
C'1——极的校正电容值，单位为皮法（pF）；
C'——有试样时，测微电极间距等于试样厚度时，测微电极的校正电容值，单位为皮法（pF）；
C——试样的几何电容量，单位为皮法（pF）；
S——电极面积单位为平方厘米（cm2）；
d——试样厚度，单位为厘米（cm）。
10.2.2 介电常数ε的计算
按式（11）计算：
………………………（11）
式中：
Cx——试样的并联等值电容，单位为皮法（pF）；
d——试样的厚度，单位为厘米（cm）；
D——电极的直径，单位为厘米（cm）。
10.2.3介质损耗角正切tanδ值的计算
10.2.3.1谐振升高法（Q表法）按式（12）计算：
……………………（12）
10.2.3.2 变电纳法：各种高频损耗测试仪配用测微电极使用时按式（I3）计算：
………………………（13）
式中：
C’——无电极时，谐振回路标准电容器指示值单位为皮法（pF）；
Q1——无试样时，电极间距为d时，谐振Q值；
Q2——电极间有试样时的谐振Q值；
△Ci—有试样时两次衰减至谐振峰0.707时，微调电容变化量，单位为皮法（pF）；
△C0——无试样时两次衰减至谐振峰0.707时，微调电容变化量，单位为皮法（pF）；
Cx——试样的并联等值电容，单位为皮法（pF）。
10.2.4 管状试样测试结果计算
10.2.4.1 试样电容量按式（14）计算：
Cx=C1-C2…………………………（14）
式中：
C1——无试样时，谐振电容量；
C2——有试样时，谐振电容量。
10.2.4.2试样介电常数按式（15）式（16）计算：
…………………………（15）
其中：
…………………（16）
式中：
L——电极长度，单位为厘米（cm）；
D1、D2——管外径和内径，单位为厘米（cm）。
10.2.4.3 损耗角正切值的计算
与Q表接线柱直接连线时按式（17）计算：
………………………（17）
当高频介质损耗角测试仪与测微电极连接时按式（l8）计算：
………………………（18）
式中：
C1、Q1——无试样时，谐振电容量及Q值；
C2、Q2——有试样时，谐振电容量及Q值；
△Ci——有试样时两次衰减至谐振峰0.707时，微调电容变化量，单位为皮法（pF）；
△C0——无试样时两次衰减至谐振峰0.707时，微调电容变化量，单位为皮法（pF）。
注：不同试验环境对试验结果的影响因素参见附录B。
10.3 试验结果以每组试验结果的中位数表示，取两位有效数字。
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