交流电桥法及其应用于介电测量的方法

图4.5-5 直接电桥法

介电测量除第4篇第4.4章中介绍的微波测量技术外，还可用交流电场测量。常用的交流电场测量法有：交流电桥法、谐振回路法和电容法。

1.交流电桥法

交流电桥法常用的是直接电桥法。如图4.5-5所示，利用交流四臂电桥直流测量。当电桥平衡时，被测电容量C_x和介质损耗角正切tanδ为

式中 C_x——被测电容；

C_N——比较电容；

R₄——可变电阻；

C₄——可变电容；

R₃——比较电阻；

f——工作频率。

此外，交流电桥测量还可以用替代法。将被测工件用已知电容量的标准电容替换测量。在接被测工件与接标准电容电容两种状态下测得电容量的变化；或在测量臂接已知电容在加接工件与不接工件两次所测得电容量的变化，计算结果。

交流电桥法测试频率为50～100Hz，误差约为±2%。

2.谐振回路法

谐振回路法测量原理如图4.5-6所示，利用回路谐振时，用电导纳变化所呈现的谐振曲线的尖锐程度来测量ε_r和tanδ。方法是接入被测工件时，测量由谐振曲线峰值至半功率点的电容变化量；然后，不接工件测定峰值至半功率点的电容变化量。按照差值计算出工件电容量C_x，则ε_r和tanδ为

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图4.5-6 谐振回路法

式中 C_x——极间为工件的被测电容量；

C_e——边缘校正电容量；

C₀——极间为真空的电容量；

ΔC″——接入工件时，谐振曲线由峰值至半功率点的电容变化量；

ΔC′——不接工件，谐振曲线由峰值至半功率点的电容变化量。

测试频率的范围较宽，可以应用工件频率至100kHz以下的高频。误差约为±5%。

3.电容法

电容法的原理如图4.5-7所示，将被测工件电容和极板间间隙电容，等效为串联电容，并用低介电常数薄膜固定工件与极板的间隙，计算出间隙电容，依此计算得出工件电容。用于ε_r=40～100的高介电常数材料测量。

图4.5-7 电容法

式中 C_x——工件电容量；

C₀₁——极板工件间隙电容量；

C——串联电容量。

方法的检测精度决定于计算（或测得）间隙电容量的准确性。通常ε_r=40，误差约7%；ε_r=100，误差的17%。常用频率较宽，从工频至100MHz。