实验十一 压电陶瓷介电性能测定-2015-4-13日修改
实验十一 压电陶瓷介电性能测定
实验名称：压电陶瓷介电性能测定 实验项目性质：普通实验 所涉及课程：电子材料 计划学时：2学时 一 、实验目的
1. 通过实验了解电介质介电常数与介质损耗角正切tgδ 的概念和物理意义； 2. 熟悉用LCR 型电桥测量电容器的电容量及介质损耗角正切的方法； 3. 通过实验了解不同类型的介质材料其tgδ随频率的变化特性。 二、实验内容
1. 实验老师介绍使用TH2810B 系列LCR 型电桥； 2. 测试压电陶瓷的介电常数。 三、实验（设计）仪器设备和材料清单
TH2810B 系列LCR 型电桥、压电陶瓷晶片、千分尺等。 四、实验原理
根据电介质理论，各种电介质在电场作用下都要发生极化过程，其宏观表现可以用电介质的介电系数来表征。不同类型的介质材料，由于发生极化的微观机制不同，不仅数值有明显差别，而且与频率的关系也有很大不同。同样地，由于产生介质损耗的来源不同，各类电介质的tg δ数值及其与频率的关系都表现出各不相同的特点。
实验时，选用要测定的电介质制成电容器作为测量样品，利用LCR 电桥直接测定电容量和损耗角正切值的大小以及与频率的关系，研究介质的极化特性。在已知样品直径（d ）和电介质厚度（t ）的条件下，由公式
εr =4Ct /πε0d 2
--C -电容（F ），t 样品厚度（m ），d -样品直径（m ），ε0-真空介电常数8.85×10-12（F/m）。就能计算出相应的介电系数 。
测试不同频率下电介质的介电系数和损耗角正切tgδ，常用电桥法，其工作原理如图11-1所示。将试样等效成电容C X 和电阻R X 并联，调节R 4和C N ，使电桥平衡，根据平衡条件可求得：
改变测试频率，可获得不同频率下的介电系数和损耗角正切。其中C N 、R 3为已知标准平衡元件。
图11-1 电桥法测试原理
五、实验步骤
利用TH2810B 系列LCR 型电桥测试。 1. 用游标卡尺测量样品的厚度t 和直径d 。 2. 开启LCR 测试仪的电源，预热10min 。 3. 选择所需的测量参数：C/D。 4. 选择测试信号电平：0.3V 。
5. 连接测试夹具，把仪器提供的镀金短路板接于测试夹具, 对仪器执行短路清“0”。
方法：
a. 按 “ →” “←” 键到“清零”功能项；
b. 按“↓” “↑”键选择“短路”参数，此时仪器显示“CLEAr ”和“SH ”， 表示若按“启动”键仪器将进行短路清零； c. 使用短路片将测试端可靠短路；
d. 按“启动”键仪器进行短路清零，其后“清零”参数转至“开路”，且功能项自动
转至“参数”，退回测试状态 6. 去掉短路板，对仪器执行开路清“0”。
方法：
a. 按 “ →” “←” 键到“清零”功能项；
b. 按“↓” “↑”键选择“开路”参数，此时仪器显示“CLEAr ”和“OP ”， 表示若按“启动”键仪器将进行开路清零； c. 将仪器测试端可靠开路；
d. 按“启动”键仪器进行开路清零，其后功能项自动转至“参数”，退回测试态； 7. 连接测试电缆（注意：红线接“HD ，HS ”，黑线接“LS ，LD ” ）；
8. 将待测陶瓷片连接于测试端，改变测试频率，由低到高（100Hz 、120Hz 、10KHz 、1 KHz），分别记录下电容量（显示器A ）和损耗角正切值（显示器B ）。 六、实验报告要求
1. 实验目的； 2. 实验内容；
3. 实验设备（仪器），材料； 4. 实验原理； 5. 实验步骤；
6. 实验数据测试与记录；
7. 实验结果与分析（绘出被测电容器的电容量、介电系数及tgδ的频率特性，并对所得曲线进行理论分析）。 七、考核型式
书面实验报告及实际操作相结合。 思考题
1. 在测量固体电介质的相对介电常数的过程中，能否移动或接触测量导线？为什么？ 注意事项：
1. 压电陶瓷片易碎，测试时要小心。 2. 改变测试频率后，应该重新进行清零。 附：11-1 频率特性实验数据记录表