介電常數(shù)測量技術(shù)在民用，工業(yè)以及軍事等各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。本文主要對介電常數(shù)測
量的常用方法進(jìn)
行了綜合論述。首先對國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了對比總結(jié)；然后分別論述了幾種常用測量方法的
基本原理、適用范圍、
優(yōu)缺點(diǎn)及發(fā)展近況；后對幾種測量方法進(jìn)行了對比總結(jié)，得出結(jié)論。
介電常數(shù)是物體的重要物理性質(zhì)，對介電常數(shù)的研究有重要的理論和應(yīng)用意義。電氣工
程中的電介質(zhì)問題、電磁兼容問題、生物醫(yī)學(xué)、微波、電子技術(shù)食品加工和地質(zhì)勘探
中，無一不利用到物質(zhì)的電磁特性，對介電常數(shù)的測量提出了要求。目前對介電常數(shù)測
量方法的應(yīng)用可以說是遍及民用、工業(yè)、國防的各個(gè)領(lǐng)域
在食品加工行業(yè)當(dāng)中，儲(chǔ)藏、加工、滅菌、分級及質(zhì)檢等方面都廣泛采用了介電常數(shù)的
測量技術(shù)。例如，通過測量介電常數(shù)的大小，新鮮果蔬品質(zhì)、含水率、發(fā)酵和干燥過程
中的一些指標(biāo)都得到間接體現(xiàn)，此外，根據(jù)食品的介電常數(shù)、含水率確定殺菌時(shí)間和功
率密度等工藝參數(shù)也是重要的應(yīng)用之一[1]。在路基壓實(shí)質(zhì)量檢測和評價(jià)中，如果利用常
規(guī)的方法，盡管測量結(jié)果比較準(zhǔn)確，但工作量大、周期長、速度慢且對路面造成破壞。
由于土體的含水量、溫度及密度都會(huì)對其介電特性產(chǎn)生不同程度的影響，因此可以采用
雷達(dá)對整個(gè)區(qū)域進(jìn)行測試以反算出介電常數(shù)的數(shù)值，通過分析介電性得到路基的密度及
壓實(shí)度等參數(shù)，達(dá)到快速測量路基的密度及壓實(shí)度的目的[2]。此外，復(fù)介電常數(shù)測量技
術(shù)還在水土污染的監(jiān)測中得到了應(yīng)用[3]。并且還可通過對巖石介電常數(shù)的測量對地震進(jìn)
行預(yù)報(bào)[4]。上面說的是介電常數(shù)測量在民用方面的部分應(yīng)用，其在工業(yè)上也有重要的應(yīng)
用。典型的例子有低介電常數(shù)材料在超大規(guī)模集成電路工藝中的應(yīng)用以及高介電常數(shù)材
料在半導(dǎo)體儲(chǔ)存器件中的應(yīng)用。在集成電路工藝中，隨著晶體管密度的不斷增加和線寬
的不斷減小，互聯(lián)中電容和電阻的寄生效應(yīng)不斷增大，傳統(tǒng)的絕緣材料二氧化硅被低介
電常數(shù)材料所代替是必然的。目前Applied Materials 的BlackDiamond 作為低介電常數(shù)材
料，已經(jīng)應(yīng)用于集成電路的商業(yè)化生產(chǎn)[5]。在半導(dǎo)體儲(chǔ)存器件中，利用高介電常數(shù)材料
能夠解決半導(dǎo)體器件尺寸縮小而導(dǎo)致的柵氧層厚度極限的問題，同時(shí)具備特殊的物理特
性，可以實(shí)現(xiàn)具有特殊性能的新器件[6]。在軍事方面，介電常數(shù)測量技術(shù)也廣泛應(yīng)用于
雷達(dá)和各種特
殊材料的制造與檢測當(dāng)中。對介電常數(shù)測量技術(shù)的應(yīng)用可以說是不勝枚舉。介電常數(shù)的
測量技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于民用、工業(yè)和國防各個(gè)領(lǐng)域，并且有發(fā)展的空間和必要性。我
們對測量介電常數(shù)的方法進(jìn)行總結(jié)，能更清晰的認(rèn)識測量方法的現(xiàn)狀，為某些應(yīng)用提供
一種可能適合的方法，是有一定理論和工程應(yīng)用意義的。
.介電常數(shù)測量方法綜述介電常數(shù)的測量按材質(zhì)分類可以分為對固體、液體、氣體以及粉
末(顆粒)的測量[7]。固體電介質(zhì)在測量時(shí)應(yīng)用為廣泛，通?？梢苑譃閷潭ㄐ螤畲笮〉?/span>
固體和對形狀不確定的固體的測量。相對于固體，液體和氣體的測試方法較少。對于液
體，可以采用波導(dǎo)反射法測量其介電常數(shù)，誤差在5%左右[8]。此外國家標(biāo)準(zhǔn)中給出了在
90℃、工頻條件下測量液體損耗角正切及介電常數(shù)的方法[9]。對于氣體，具體測試方法
少且精度都不十分高。文獻(xiàn)[10]中給出一種測量方法，以測量共振頻率為基礎(chǔ)，在LC 串
聯(lián)諧振電路中產(chǎn)生震蕩，利用數(shù)字頻率計(jì)測量諧振頻率，不斷改變壓強(qiáng)和記錄當(dāng)前壓強(qiáng)
下諧振頻率，后用作圖或者一元線性回歸法處理數(shù)據(jù)，得到電容變化率進(jìn)而計(jì)算出相
對介電常數(shù)。
BQS-37a介電常數(shù)測試儀是本公司推出的新一代高壓電橋，主要用于測
量工業(yè)絕緣材料的介質(zhì)損耗(tgδ)及介電常數(shù)（ε）。符合GB1409及GB5654,其采用
了西林電橋的經(jīng)典線路，內(nèi)附0-2500的數(shù)顯高壓電源及100PF標(biāo)準(zhǔn)電容器，并可按
用戶要求擴(kuò)裝外接標(biāo)準(zhǔn)電容線路
2-1測量范圍及誤差
本電橋的環(huán)境溫度為20±5℃，相對濕度為30%-80%條件下，應(yīng)滿足下列表中的技術(shù)指示要求。
在Cn=100 pF R4=3183.2（Ω）時(shí)
測量項(xiàng)目 | 測量范圍 | 測量誤差 |
電容量Cx | 40pF—20000pF | ±0.5% Cx±2pF |
介損損耗tgδ | 0-1 | ±1.5% tgδx±0.0001 |
在Cn=100 pF R4=318.3（Ω）時(shí)
測量項(xiàng)目 | 測量范圍 | 測量誤差 |
電容量Cx | 4pF—2000pF | ±0.5% Cx±3pF |
介損損耗tgδ | 0-0.1 | ±1.5% tgδx±0.0001 |
BQS-37a介電常數(shù)測試儀采用典型的西林電橋線路。C4橋臂在基本量程時(shí)，
與R4橋臂并聯(lián)，測量數(shù)值為正損耗因數(shù)。結(jié)構(gòu)采用了雙層屏蔽。并通過輔橋的輔
助平衡，消除寄生參數(shù)對電橋平衡的影響。輔橋由電位自動(dòng)電位跟蹤器與內(nèi)層屏
蔽（S）組成。自動(dòng)跟蹤器由電子元器件組成。它在橋頂B處取一輸入電壓，通過
放大后，在內(nèi)屏蔽（S）產(chǎn)生一個(gè)與B電位相等的電壓。當(dāng)電橋在平衡時(shí)，A,B,S三
點(diǎn)電位必然相等，從而達(dá)到自動(dòng)跟蹤的目的。本電橋在平衡過程中，輔橋采用自
動(dòng)電位跟蹤，在主橋平衡過程的同時(shí)，輔橋也自動(dòng)跟蹤始終處于平衡的狀態(tài)，用
戶只要對主橋平衡進(jìn)行操作就能得到可靠的所需數(shù)據(jù)。同時(shí)也有效的抑制了電壓
波動(dòng)對平衡所帶來的影響。在指零部分，采用了指針式電表指示，視覺直觀，分
辨清楚，克服了以往振動(dòng)式檢流計(jì)的缺點(diǎn)。
計(jì)算公式
Cx=R4× Cn / R3 R4[Ω] R3[Ω] Cn[pF] Cx[pF]
tgδ=ω·R4·C4 R4[Ω] C4[F]
當(dāng)R4=10K/π
tgδ=C4
當(dāng)R4=1K/π
tgδ=0.1C4
我們采取相對固定R4電阻，分別調(diào)節(jié)R3和C4使橋跟平衡，從而測得試品的電容值Cx和介質(zhì)損耗tg。本電橋?yàn)榱酥弊x出損耗值，取電阻R4的阻值為角頻率（f=50Hz）若干倍。
公式說明
.頻率對介質(zhì)損耗正公式：
本電橋額定的工作頻率f=50Hz，在實(shí)際工作頻率偏離額定頻率時(shí)可用修正式進(jìn)行修正：
tg=f’·tgδ / f
式中：f 為額定工作頻率（f=50Hz）
f’ 為實(shí)際工作頻率
tgδ 電橋測得損耗值
tgδ 為被測試品介質(zhì)損耗角正切的實(shí)際值
裝置成套性
1．BQS-37介電常數(shù)測試儀 一臺
2. 試驗(yàn)電極 一臺
3．使用說明書 一份
4．電源線 二根
5．測試線 三根
