电介质相对介电常数测量 (FB-GDC2型介电常数测量仪) 实 验 讲 义 杭州精科仪器有限公司
电介质相对介电常数测量 （ F B- G D C 2 型 介电常数测量 仪 ）
电介质相对介电常数测量 物质在外电场中会引起极化现象。位移极化是指物质内无极性分子原子的正负电荷中 心沿着外场方向发生分离。偶极转向极化（又称弛豫极化）是指物质中原本排列杂乱的电 偶极子（有极性分子原子）沿着外场方向排列。位移极化完成时间极短，转向极化需要较 长时间，且与温度有关。 【实验目的】 1.利用交流电桥研究平行板电容器的特性 2.测量空气介质的相对介电常数6 3.测量不同电介质的相对介电常数￡ 【实验原理】 电介质是一种不导电的绝缘介质，在电场作用下会产生极化现象，从而均匀介质表面 上感应出束缚电荷，这样就减弱了外电场的作用。例如，在充电的平行板电容器中，若两 金属板自由电荷密度分别为+0和-0。，极板面积为S,两内表面距离为d,而且S>d2 则电容器内部所产生的均匀电场的强度为： C=6 (1) 式中，6。为真空介电常数，在平行板电容器中S为极板面积，d为极板间距，则系统 电容量为：C=6,60 (2) 式(2)中，6，称为电介质的相对介电常数，是一个无量纲的量。对于不同的电介质， ￡，值不同。因此，它表征了介质的特性。公式(2)中指明电容器中充满均匀电介质后，其 电容量C为真空容量的8，倍，故8，又称电容率（电容器的电容增加的倍数） 若分别测量电容器在填充介质前、后的电容量(Cx、C0),则相对介电常数； 6,=Cx/Co(无单位) (3) 【实验仪器】 1.FB-GDC2型介电常数测量仪 2.FB-GDC2型高精度直流双路专用电源
1 电介质相对介电常数测量 物质在外电场中会引起极化现象。位移极化是指物质内无极性分子原子的正负电荷中 心沿着外场方向发生分离。偶极转向极化（又称弛豫极化）是指物质中原本排列杂乱的电 偶极子（有极性分子原子）沿着外场方向排列。位移极化完成时间极短，转向极化需要较 长时间，且与温度有关。 【实验目的】 1. 利用交流电桥研究平行板电容器的特性 2. 测量空气介质的相对介电常数 r 3. 测量不同电介质的相对介电常数 r 【实验原理】 电介质是一种不导电的绝缘介质，在电场作用下会产生极化现象，从而均匀介质表面 上感应出束缚电荷，这样就减弱了外电场的作用。例如，在充电的平行板电容器中，若两 金属板自由电荷密度分别为 + 0和− 0 ，极板面积为 S ，两内表面距离为 d ，而且 S ＞ 2 d ， 则电容器内部所产生的均匀电场的强度为： d S C 0 = （1） 式中， 0 为真空介电常数，在平行板电容器中 S 为极板面积， d 为极板间距，则系统 电容量为： 0 C = r （2） 式（2）中， r 称为电介质的相对介电常数，是一个无量纲的量。对于不同的电介质， r 值不同。因此，它表征了介质的特性。公式（2）中指明电容器中充满均匀电介质后，其 电容量 C 为真空容量的 r 倍，故 r 又称电容率(电容器的电容增加的倍数)。 若分别测量电容器在填充介质前、后的电容量(Cx、Co)，则相对介电常数： r ＝Cx/Co(无单位) (3) 【实验仪器】 1． FB-GDC2 型介电常数测量仪 2．FB-GDC2 型高精度直流双路专用电源
3.测量架：有二块圆形极板，下电极固定，上电极由测量架所装螺旋测微尺带动上下 移动，构成可调平行板电容器，可从尺上读出极板间距。 4.游标卡尺、螺旋测微尺 实验内容】 F书-GDC型介电富数想量仪抗州仪有公司 一、空气介质的相对介电常数6， 1.根据公式(1)，测量测量架圆形极板面积S,从测量架所装螺旋测微尺上读出极板间距 d,调为2m,计算出C(6。为真空介电常数)。 2.用专用连接线连接介电常数测量仪和专用电源，用短线连接测量架与介电常数测量 2
2 3. 测量架：有二块圆形极板，下电极固定，上电极由测量架所装螺旋测微尺带动上下 移动，构成可调平行板电容器，可从尺上读岀极板间距。 4.游标卡尺、螺旋测微尺 实验内容】 一、空气介质的相对介电常数 r 1. 根据公式(1)，测量测量架圆形极板面积 S，从测量架所装螺旋测微尺上读岀极板间距 d ，调为 2mm，计算出 C ( 0 为真空介电常数)。 2. 用专用连接线连接介电常数测量仪和专用电源，用短线连接测量架与介电常数测量
仪。 3.设置：“测量选择”置“C”:“量程”置100pF(1000pF):“1Kz”置“内”：“损耗倍率 开关”置“Dx0.01”:“损耗平衡”盘放在1左右的位置，“损耗微调”按逆时针旋转到底。 4.开启实验专用电源，调“灵敏度”旋钮使交流电桥平衡指示4表指示80左右，仔细 调“读数”盘和旋钮，使4表指示趋最小，然后再调“灵敏度”旋钮再使4表指示80左 右，再仔细调“读数”盘和旋纽，使4表指示趋最小，重复多次，直至交流电桥平衡，读 出电容量值。 5.对比计算与实际测量值，并算出空气介质的相对介电常数6，。 二、利用交流电桥测量可调平行板电容器电容： 调节两极板的间隔距离分别为3、4、5、…15m,从交流电桥上读取各极板间距所对应的 电容量C。 D/ 4 5678 10 11 12 13 14 15 PE 三、测量不同电介质的相对介电常数8， 1.两极板间正确放入不同电介质园板，旋螺旋测微尺的小旋钮使上极板压紧电介质园板 (听到“嗒塔”声为止)，记录电介质园板厚度值，测量Cx值：旋松螺旋测微尺，取出电 介质园板，旋螺旋测微尺的小旋钮至电介质园板厚度，测量空气Co值，据式(3)算出该 电介质的相对介电常数6，。 2.两极板间正确放入另种电介质园板，按上法测算出该电介质的相对介电常数6，。 【附录】 FB-GDC2介电常数测量仪使用说明书 一，概述 FB-GDC2介电常数测量仪是一台携带方便，使用简单的音颜交流电桥，仪器内部附有晶 体管1K配振荡器，选频大器指电表用来量容电感和电阻等元件 是工矿企业和电气修理部门进行一般测量的良好设备。 3
3 仪。 3. 设置：“测量选择”置“C”；“量程”置 100pF(1000pF)；“1KHz”置“内”；“损耗倍率 开关”置“Dx0.01”；“损耗平衡”盘放在 1 左右的位置，“损耗微调”按逆时针旋转到底。 4. 开启实验专用电源，调“灵敏度”旋钮使交流电桥平衡指示 µA 表指示 80 左右，仔细 调“读数”盘和旋钮，使 µA 表指示趋最小，然后再调“灵敏度”旋钮再使 µA 表指示 80 左 右，再仔细调“读数”盘和旋钮，使 µA 表指示趋最小，重复多次，直至交流电桥平衡，读 岀电容量值。 5. 对比计算与实际测量值，并算岀空气介质的相对介电常数 r 。 二、利用交流电桥测量可调平行板电容器电容： 调节两极板的间隔距离分别为 3、4、5、…15mm，从交流电桥上读取各极板间距所对应的 电容量 C。 三、测量不同电介质的相对介电常数 r 1. 两极板间正确放入不同电介质园板，旋螺旋测微尺的小旋钮使上极板压紧电介质园板 (听到“嗒塔”声为止)，记录电介质园板厚度 d 值，测量 Cx 值；旋松螺旋测微尺，取岀电 介质园板，旋螺旋测微尺的小旋钮至电介质园板厚度 d，测量空气 Co 值，据式(3) 算岀该 电介质的相对介电常数 r 。 2. 两极板间正确放入另种电介质园板，按上法测算岀该电介质的相对介电常数 r 。 【附录】 FB-GDC2 介电常数测量仪使用说明书 一， 概述 FB-GDC2 介电常数测量仪是一台携带方便，使用简单的音频交流电桥，仪器内部附有晶 体管 1KHZ 振荡器，选频放大器和指示电表，用来测量电容，电感和电阻等元件， 是工矿企业和电气修理部门进行一般测量的良好设备。 D/ mm 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 C/ PF
二，技术性能 1,仪器可在0℃~40℃时，相对湿度在3080%的环境下使用，当仪器工作在+10℃`+30℃相 对湿度在3080%情况下应不超过下表的规定。 被测量 测量范围 基本误差按是量程 使用电源 值计算 电容 ±(2%±0.5℉) 内部 100FF110pF 士(1%士△ 00.1 1KHz 100uF1100uF 土(2%土△) 010 电感 1.OU H1 H 生0D Q值 2%±△) 010 内部 100H1.1H 1H11 10H110H 士(5%士△ 电阻 10mQ1.1Q 土(5%±5%m0) 10m109 101110 士(1%士△) 用内部 1011M 士(5%±△ 1K,大于100 时用内部9V直 注：表中△为滑线盘最小分格的 1/2。Q值小于1的电感基本误差不矛考核 2。仪器的自身残余参量如下（在内部1Kz情况下) 电容Co≤1.0P℉ 电感Lo≤0.5p 电阻Ro≤0.005Q 3。仪器也能使用60H210K2的外接音频振荡器讯号来测量电容和电感元件。 4。仪器的外形尺寸287×202×188(mm) 5.仪器的重量约4Kg 电阻测量范围：0.01-11M(Q) 电容测量范围：1pF-1100uF(Pf) 准确度等级：1级 三、结构说明 BGDC2介电常数测量仪是便携式仪器，仪器的外貌见图。它是由电桥主体，晶体管振 荡器，调制器，选频放大器和指示电表等组成。振荡器，调制器和选频放大器都采用印刷 电路，用导轨分别坚固地竖立在仪器的左右两侧，采用插入式以便于装卸和维修。振荡器 是单独用一块印刷电路板组成，调制器和选频放大器共同用一块印刷电路板组成。 若要进行维修检查，需打开仪器的内部时，可以在仪器背后铭牌下面拧出二只较大的半元头 螺钉（参阅下图）。然后用力推动盖板部位，仪器就能从箱壳前取出。注意
4 二，技术性能 1，仪器可在 0℃~40℃时，相对湿度在 30~80%的环境下使用，当仪器工作在+10℃~+30℃相 对湿度在 30~80%情况下应不超过下表的规定。 注：表中△为滑线盘最小分格的 1/2。Q 值小于 1 的电感基本误差不矛考核 2。仪器的自身残余参量如下（在内部 1KHz 情况下） 电容 Co≤1.0 PF 电感 Lo≤0.5μH 电阻 Ro≤0.005Ω 3。仪器也能使用 60Hz~10KHz 的外接音频振荡器讯号来测量电容和电感元件。 4。仪器的外形尺寸 287×202×188（mm） 5.仪器的重量约 4Kg 电阻测量范围:0.01-11M（Ω） 电容测量范围:1pF-1100uF（Pf） 准确度等级:1 级 三 、 结构说明 FB-GDC2 介电常数测量仪是便携式仪器，仪器的外貌见图。它是由电桥主体，晶体管振 荡器，调制器，选频放大器和指示电表等组成。振荡器，调制器和选频放大器都采用印刷 电路，用导轨分别坚固地竖立在仪器的左右两侧，采用插入式以便于装卸和维修。振荡器 是单独用一块印刷电路板组成，调制器和选频放大器共同用一块印刷电路板组成。 若要进行维修检查，需打开仪器的内部时，可以在仪器背后铭牌下面拧出二只较大的半元头 螺钉（参阅下图） 。然后 用力 推 动 盖 板部 位 ，仪 器 就 能 从 箱壳 前 取 出。 注 意 ：