GB3960硫化橡膠介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角

正切值的測定方法

警告：使用本標準的人員應有正規(guī)實驗室工作的實踐經(jīng)驗。本標準并未指出所有可能的安全問題。使用者有責任采取適當?shù)陌踩徒】荡胧⒈ＷC符合國家有關法規(guī)規(guī)定的條件。

1、范圍：

本標準規(guī)定了介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切值的兩種測定方法。方法A為工頻（50Hz）下的測定方法，方法B為高頻電場下的測定方法。

本標準適用于硫化橡膠。

2、規(guī)范性引用文件：

下列文件中的條款通過本標準的引用而成為本標準的條款。凡是注日期的引用文件，其隨后所有的修改單（不包括勘誤的內(nèi)容）或修訂版均不適用于本標準，然而，鼓勵根據(jù)本標準達成協(xié)議的各方研究是否可使用這些文件的新版本。凡是不注日期的引用文件，其版本適用于本標準。

GB/T 2941 橡膠物理試驗方法試樣制備和調(diào)節(jié)通用程序（GB/T 2941-2006，ISO 23529：2004，IDT）

3、術語和定義：

下列術語和定義適用于本標準。

3.1

介質(zhì)損耗 dielectric loss

絕緣材料在電場作用下，由于介質(zhì)電導和介質(zhì)極化的滯后效應，在其內(nèi)部引起的能量損耗。

3.2

損耗角 δloss angleδ

在交變電場下，電介質(zhì)內(nèi)流過的電流向量和電壓向量之間的夾角（功率因數(shù)角φ）的余角（δ）。

3.3

損耗角正切 tanδ loss tangentδ

介質(zhì)損耗因數(shù) dielectric loss factor

介質(zhì)損耗角正切值。

3.4

介電常數(shù) εdielectric constant

絕緣材料在電場作用下產(chǎn)生極化，電容器極板間有電介質(zhì)存在時的電容量C、與同樣形狀和尺寸的真空電容量C₀之比。

注：不同試樣、不同電極的真空電容和邊緣校正的計算參見附錄A。

4、測試電極：

4.1 電極材料

見表1。

表 1 電極材料

4.2 電極尺寸

4.2.1 板狀試樣電極

4.2.1.1 方法A：板狀電極尺寸見表2，電極如圖1所示。

表 2 板狀試樣電極尺寸 單位為毫米

1——測量電極；

2——保護電源；

3——試樣；

4——高壓電極。

圖 1 板狀試樣電極配置（工頻）

4.2.1.2 方法B：采用二電極系統(tǒng)。電極尺寸大小與試樣尺寸相等，或電極小于試樣尺寸。板狀試樣電極直徑為φ38.0mm±0.1mm、φ50.0mm±0.1mm、φ70.0mm±0.1mm。

4.2.2 管狀試樣電極

4.2.2.1 方法A：管狀試樣電極尺寸見表3，電極如圖2所示。

表 3 管狀試樣電極尺寸

1——保護電極；

2——測量電極；

3——高壓電極；

4——試樣。

圖 2 管狀試樣電極配置（工頻）

4.2.2.2 方法B：管狀試樣電極尺寸，電極如圖3所示。

管狀試樣的電極長度為50.0mm±0.1mm或70.0mm±0.1mm。

1——試樣；

2——上電極；

3——下電極。

圖 3 管狀試樣電極配置（高頻）

4.3 電極裝置

在進行高頻測試時，根據(jù)測試頻率與測試要求可用支架電極（如圖4），當頻率大于或等于1MHz且小于10MHz時，宜用測微電極（如圖5）；當頻率大于或等于10MHz時，應用測微電極。

1——上蓋螺釘；

2——上蓋板；

3——升降螺桿；

4——上電極導軌；

5——螺帽；

6——導筒；

7——導槽螺釘；

8——絕緣桿；

9——高壓電極；

10——試樣；

11——測量電極；

12——保護電極；

13——絕緣板（聚四氟乙烯板）；

14——絕緣支腳；

15——有機玻璃板。

圖 4 支架電極

1——微調(diào)管形電容器；

2——測試樣品電容器；

3——上支撐板；

4——上電極；

5——試樣；

6——下電極；

7——底板。

圖 5 測微電極

5、測試儀器：

5.1 方法A

5.1.1 測試儀器為工頻高壓電橋，其原理圖如圖6所示。

T  試驗變壓器；

C₃  標準電容器；

C₅  試樣；

R₃  可變電阻；

C₂、C₄ 可變電容；

R₄  固定電阻；

G-  電橋平衡指示器；

P  放電器。

圖 6 工頻高壓電橋原理圖

5.1.2 測量范圍

損耗角正切（tanδ）：0.001～1；電容（C）：40pF～2000pF。

5.1.3 電橋測量誤差

測量時誤差不超過10%，當試樣tanδ小于0.001時測量誤差不超過0.0001，電容的測量誤差不超過5%，標準電容器的tanδ應小于0.0001。

5.1.4 電橋必須有良好的屏蔽接地裝置。

5.2 方法B

5.2.1 方法B的測試儀器有兩種：一種是諧振升高法（Q表），另一種時變電鈉法。

5.2.1.1 諧振升高法（Q表）

其測試原理圖如圖7所示。

A  電流表；

R₀  耦合電阻；

L  輔助線圈；

C  標準電容；

C₀  試樣；

V、V₁ 電壓表（用Q值表示）。

圖 7 Q表原理圖

5.2.1.1.1 測量范圍

頻率為50Hz～50MHz，電容40pF～500pF，Q值10～600。

5.2.1.1.2 測量誤差

電容誤差：±（0.5%C+0.1pF），Q值±10%；有關儀器的測量誤差均為±10%。

5.2.1.2 變電鈉法

其測試原理如圖8所示。

C——可調(diào)電容；

L——諧振線圈；

C_T——管形微調(diào)電容；

C_u——主電容；

C_x——試樣。

圖 8 高頻介質(zhì)損耗儀原理圖

6、試樣：

6.1 試樣尺寸

6.1.1 方法A試樣尺寸見表4。

表 4 試樣尺寸 單位為毫米

6.1.2 方法B試樣尺寸見表5。

表 5 試樣尺寸 單位為毫米

6.2 試樣的制備

試樣的制備應符合GB/T 2941的規(guī)定，也可以在符合試樣厚度尺寸的膠板上用旋轉(zhuǎn)刀進行裁切，制樣方法的不同，其試驗結果無可比性。

6.3 試樣數(shù)量

試樣的數(shù)量不少于3個。

7、硫化與試驗之間的時間間隔：

試樣在硫化與試驗之間的時間間隔按GB/T2941的規(guī)定執(zhí)行。

8、試驗條件：

8.1 試樣表面應清潔、平滑，無裂紋、氣泡和雜質(zhì)等，試樣表面應用蘸有無水乙醇的布擦洗。

8.2 試樣應在標準實驗室溫度及濕度下至少調(diào)節(jié)24h。

8.3當試樣處理有特殊要求時，可按其產(chǎn)品標準規(guī)定的進行。

9、試驗步驟：

9.1 方法A

9.1.1 試驗電壓為1000V～3000V，一般情況下為1000V，電源頻率為50Hz。

9.1.2 按設備說明書正確的連接。

9.1.3 接通電源預熱30min。

9.1.4 將試樣接人電橋C、的橋臂中，加上試驗電壓，根據(jù)電橋使用方法進行平衡，讀取R3和tanδ或C4的值。

9.2 方法B—諧振升高法（Q表法）

9.2.1 按照Q表的操作規(guī)程調(diào)整儀器，選定測量頻率，測定C1和Q1的值。

9.2.2 將試樣放入測試電極中，并調(diào)節(jié)電容器C，使電路諧振，達到大Q值記下調(diào)諧電容量C2和Q2的值。

9.2.3 將試樣從測試電極中取出，調(diào)節(jié)C或測試電極的距離，使電路重新諧振，記下C、或測試電極的校正電容值與Q值，并根據(jù)測試值計算出損耗角tanδ與介電常數(shù)ε。

9.2.4 其他高頻測試儀器按其說明書進行操作，通過測試值計算出損耗角tanδ和介電常數(shù)ε。

10、試驗結果：

10.1 方法A

10.1.1 介質(zhì)損耗角正切值（tanδ）可在電橋上直接讀數(shù)，按式（1）進行計算：

tanδ=2πfR₄C₄×10^-6…………………………（1）

式中：

π——3.14；

f——頻率50Hz；

R₄——固定電阻阻值，單位為歐姆（Ω）；

C₄——可變電容值，單位為微法（μF）；

10.1.2 介電常數(shù)（ε）的計算見表6。

表 6 介電常數(shù)的計算

10.2 方法B

10.2.1 電容的計算

10.2.1.1 諧振升高法

應用支架電極時按式（7）計算：

C_x=C₁-C₂+C_a…………………………………（7）

應用測微電極時按式（8）計算：

C_x=C’₁-C’₂+C_a……………………………（8）

10.2.1.2 變電納法（配用測微電極）：

按式（9）、式（10）計算：

C_x=C₁-C₂+C_a…………………………………（9）

其中：C_a= …………………………（10）

當電極直徑為38mm時，則Ca=1/d

式中：

Cx——試樣的并聯(lián)等值電容，單位為皮法（pF）；

C₁——電極間距為試樣厚度d，且無試樣時諧振電容量，單位為皮法（pF）；

C₂——有試樣時諧振電容量，單位為皮法（pF）；

C'₁——極的校正電容值，單位為皮法（pF）；

C'——有試樣時，測微電極間距等于試樣厚度時，測微電極的校正電容值，單位為皮法（pF）；

C——試樣的幾何電容量，單位為皮法（pF）；

S——電極面積單位為平方厘米（cm²）；

d——試樣厚度，單位為厘米（cm）。

10.2.2 介電常數(shù)ε的計算

按式（11）計算：

………………………（11）

式中：

C_x——試樣的并聯(lián)等值電容，單位為皮法（pF）；

d——試樣的厚度，單位為厘米（cm）；

D——電極的直徑，單位為厘米（cm）。

10.2.3介質(zhì)損耗角正切tanδ值的計算

10.2.3.1諧振升高法（Q表法）按式（12）計算：

……………………（12）

10.2.3.2 變電納法：各種高頻損耗測試儀配用測微電極使用時按式（I3）計算：

………………………（13）

式中：

C’——無電極時，諧振回路標準電容器指示值單位為皮法（pF）；

Q₁——無試樣時，電極間距為d時，諧振Q值；

Q₂——電極間有試樣時的諧振Q值；

△C_i—有試樣時兩次衰減至諧振峰0.707時，微調(diào)電容變化量，單位為皮法（pF）；

△C₀——無試樣時兩次衰減至諧振峰0.707時，微調(diào)電容變化量，單位為皮法（pF）；

C_x——試樣的并聯(lián)等值電容，單位為皮法（pF）。

10.2.4 管狀試樣測試結果計算

10.2.4.1 試樣電容量按式（14）計算：

C_x=C₁-C₂…………………………（14）

式中：

C₁——無試樣時，諧振電容量；

C₂——有試樣時，諧振電容量。

10.2.4.2試樣介電常數(shù)按式（15）式（16）計算：

…………………………（15）

其中：…………………（16）

式中：

L——電極長度，單位為厘米（cm）；

D₁、D₂——管外徑和內(nèi)徑，單位為厘米（cm）。

10.2.4.3 損耗角正切值的計算

與Q表接線柱直接連線時按式（17）計算：

………………………（17）

當高頻介質(zhì)損耗角測試儀與測微電極連接時按式（l8）計算：

………………………（18）

式中：

C1、Q1——無試樣時，諧振電容量及Q值；

C2、Q2——有試樣時，諧振電容量及Q值；

△Ci——有試樣時兩次衰減至諧振峰0.707時，微調(diào)電容變化量，單位為皮法（pF）；

△C0——無試樣時兩次衰減至諧振峰0.707時，微調(diào)電容變化量，單位為皮法（pF）。

注：不同試驗環(huán)境對試驗結果的影響因素參見附錄B。

10.3 試驗結果以每組試驗結果的中位數(shù)表示，取兩位有效數(shù)字。

11、介電常數(shù)儀試驗報告：

介電常數(shù)儀試驗報告應包括以下內(nèi)容：

a） 介電常數(shù)儀試樣編號；

b） 本標準編號或本標準名稱；

c） 介電常數(shù)儀試驗結果

d） 實驗室溫度、濕度；

e） 介電常數(shù)儀試樣的規(guī)格；

f） 測元件及電極尺寸；

g） 試樣和測試條件的調(diào)節(jié)；

h） 介電常數(shù)儀測量方法和測量電路；

i） 介電常數(shù)儀試驗電壓及頻率；

j） 試驗者；

k） 試驗日期。

相關型號

ZJD-A硫化橡膠介電常數(shù)測試儀

ZJD-B硫化橡膠介電常數(shù)測試儀

ZJD-C硫化橡膠介電常數(shù)測定儀