電容器紙的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗測(cè)試要求

電容器紙的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗測(cè)試要求，這是一個(gè)非常專(zhuān)業(yè)且關(guān)鍵的質(zhì)量控制環(huán)節(jié)。

核心概念

1.介電常數(shù)(εr,Permittivity)：衡量電介質(zhì)儲(chǔ)存電荷能力的物理量。對(duì)于電容器紙，高的介電常數(shù)意味著在相同體積下可以制造出電容量更大的電容器。

2.介質(zhì)損耗因數(shù)(tanδ,DissipationFactor)：衡量電介質(zhì)在交變電場(chǎng)中能量損耗的參數(shù)。tanδ值越小，表明電能損耗越低，電容器發(fā)熱越小，效率越高，性能越穩(wěn)定。這是電容器紙最關(guān)鍵的性能指標(biāo)之一。

一、主要測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

測(cè)試必須遵循國(guó)際或國(guó)家通用標(biāo)準(zhǔn)，以確保結(jié)果的可比性和準(zhǔn)確性。標(biāo)準(zhǔn)包括：

IEC60554-2:2001《電工用纖維素紙第2部分：試驗(yàn)方法》-這是國(guó)際上的標(biāo)準(zhǔn)。

GB/T13542.2-2009《電氣絕緣用薄膜第2部分：試驗(yàn)方法》-中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，與IEC標(biāo)準(zhǔn)基本等效。

ASTMD150《固體電絕緣材料的交流損耗特性和介電常數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法》-美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)。

在實(shí)際檢測(cè)中，通常以IEC60554-2或?qū)?yīng)的GB/T13542.2為主要依據(jù)。

二、關(guān)鍵測(cè)試要求與條件

1.測(cè)試環(huán)境條件

溫度:(23±1)°C或(20±1)°C（根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定選擇）

相對(duì)濕度:(50±5)%

原因:電容器紙具有吸濕性，溫濕度的微小變化會(huì)顯著影響其介電性能（尤其是tanδ）。因此，測(cè)試前必須在上述條件下進(jìn)行充分的狀態(tài)調(diào)節(jié)（通常為24小時(shí)以上）。

2.樣品制備

尺寸:樣品應(yīng)足夠大，覆蓋測(cè)量電極。通常裁剪成圓形或方形，直徑或邊長(zhǎng)比電極直徑大一定余量（例如，主電極直徑50mm，樣品直徑至少70mm）。

層數(shù):通常將多層電容器紙疊合在一起進(jìn)行測(cè)試，以消除單層紙可能存在的局部缺陷和不均勻性，并獲得整體材料的平均性能。常見(jiàn)的測(cè)試層數(shù)為10層。

清潔:樣品必須潔凈，無(wú)褶皺、無(wú)針孔、無(wú)污染。拿取樣品需佩戴干凈的手套，防止手汗和油脂污染。

3.電極系統(tǒng)

這是測(cè)試的核心部件。通常采用三電極系統(tǒng)：

高壓電極(H):施加測(cè)試電壓。

測(cè)量電極(L):用于測(cè)量電荷或電流，其面積決定了被測(cè)樣品的有效面積。

保護(hù)電極(G):環(huán)繞測(cè)量電極，用于消除邊緣效應(yīng)和表面泄漏電流的影響，確保電場(chǎng)均勻且測(cè)量準(zhǔn)確。

電極材料可以是：

沉積電極:在真空條件下將金屬（如鋁、金、銀）蒸發(fā)沉積在紙面上。與紙面接觸，無(wú)壓力影響，但成本高。

接觸電極:使用拋光的金屬圓柱體（如黃銅、不銹鋼）或?qū)щ娤鹉z，通過(guò)一定的壓力與紙面接觸。這種方法簡(jiǎn)便，但接觸壓力和表面平整度會(huì)影響結(jié)果。

對(duì)于精密測(cè)量，優(yōu)先推薦真空沉積電極。

4.測(cè)試頻率與電場(chǎng)強(qiáng)度

測(cè)試頻率:電容器紙的性能與頻率密切相關(guān)。通常測(cè)試以下一個(gè)或多個(gè)頻率點(diǎn)：

50Hz：工頻應(yīng)用。

100Hz/1kHz：常用低頻測(cè)試點(diǎn)。

1MHz：高頻應(yīng)用。

要求:報(bào)告中必須明確注明測(cè)試頻率。

測(cè)試電壓/電場(chǎng)強(qiáng)度:

測(cè)試應(yīng)在較低的電場(chǎng)強(qiáng)度下進(jìn)行（例如，1V/μm~10V/μm），以避免對(duì)樣品造成電應(yīng)力損傷。

對(duì)于某些研究，可能需要測(cè)試tanδ隨電場(chǎng)強(qiáng)度的變化曲線(xiàn)。

三、測(cè)試方法與設(shè)備

設(shè)備：高頻Q表或精密LCR測(cè)量?jī)x/阻抗分析儀

1.原理:將樣品與電極系統(tǒng)視為一個(gè)電容器（Cx），接入測(cè)試回路。儀器通過(guò)測(cè)量該電容器的串聯(lián)或并聯(lián)等效電路中的電容值和損耗因子（D值，即tanδ），直接讀出結(jié)果。

2.連接:將帶有沉積電極或接觸電極的樣品接入儀器的測(cè)試夾具，確保連接良好。

3.校準(zhǔn):測(cè)試前必須進(jìn)行開(kāi)路和短路校準(zhǔn)，以消除測(cè)試夾具和引線(xiàn)的寄生電容和電阻的影響。

4.測(cè)量:設(shè)置好測(cè)試頻率和電壓，直接讀取電容值(C)和損耗因數(shù)(tanδ)的讀數(shù)。

5.計(jì)算介電常數(shù):

`εr=(Cd)/(ε0A)`

其中：

C=測(cè)得的電容值（法拉，F(xiàn)）

d=樣品厚度（米，m）

A=測(cè)量電極的有效面積（平方米，m2）

ε0=真空介電常數(shù)(8.854×10?12F/m)

另一種方法：西林電橋法

主要用于工頻（50Hz）高電壓下的測(cè)量，可以測(cè)量tanδ隨電壓的變化，但操作較復(fù)雜，現(xiàn)在多被自動(dòng)化的精密LCR表所取代。

四、總結(jié)：測(cè)試要求清單

為確保測(cè)試準(zhǔn)確可靠，請(qǐng)遵循以下清單：

1.標(biāo)準(zhǔn)選擇:明確依據(jù)IEC60554-2或GB/T13542.2。

2.環(huán)境控制:確保實(shí)驗(yàn)室恒溫恒濕(23±1°C,50±5%RH)。

3.樣品前處理:樣品必須在測(cè)試環(huán)境下?tīng)顟B(tài)調(diào)節(jié)24小時(shí)以上。

4.樣品制備:使用多層（如10層）疊合的樣品，確保平整、潔凈、無(wú)損傷。

5.電極系統(tǒng):優(yōu)先使用真空沉積電極。若使用接觸電極，需保證接觸面光滑平整并控制好壓力。

6.儀器校準(zhǔn):測(cè)試前必須對(duì)測(cè)量?jī)x器進(jìn)行開(kāi)路/短路校準(zhǔn)。

7.參數(shù)記錄:明確記錄測(cè)試頻率（如1kHz）、測(cè)試電壓/場(chǎng)強(qiáng)、環(huán)境溫濕度。

8.結(jié)果報(bào)告:報(bào)告應(yīng)包含：

介電常數(shù)(εr)

介質(zhì)損耗因數(shù)(tanδ)

所有測(cè)試條件（頻率、電壓、溫度、濕度）

樣品信息（厚度、層數(shù)、密度）

電極類(lèi)型

典型性能范圍（參考）

介電常數(shù)(εr):電容器紙的εr通常在2.0~3.5之間，具體數(shù)值受紙漿純度、密度和水分含量影響。高密度紙的εr相對(duì)較高。

介質(zhì)損耗因數(shù)(tanδ)@1kHz:優(yōu)質(zhì)電容器紙的tanδ應(yīng)非常低，通常在0.001~0.005(0.1%~0.5%)范圍內(nèi)。數(shù)值越低，代表紙的質(zhì)量越好。

通過(guò)嚴(yán)格遵循以上測(cè)試要求，才能準(zhǔn)確評(píng)估電容器紙的介電性能，為生產(chǎn)高質(zhì)量的電容器提供可靠保障。