1、中华人民共和国国家标准介电晶体介电性能的试验方法GB/T16822-1997Test method for dielectric properties ofdielectric crystal1范围本标准规定了介电晶体的低频(10MHz以下)介电系数及介电损耗的试验方法。本标准适用于介电晶体的介电性能的测定。2试验方法2.1介电系数2.1.1定义介电系数dielectric coefficient将原来不带电的介电晶体置于电场中,在其内部和表面上会感生出一定的电荷即产生电极化现象,用电极化强度矢量P描述。当电场强度E不太强时,介质中的电极化强度P和电场强度E成线性关系。在一般情况下,晶体中的电
2、极化强度矢量P与电场强度矢量E有不同的方向,使得晶体内的电位移矢量D和E有不同的方向,在直角坐标系中,晶体内这三者的关系可用式(1)表示:D=eoE,十P,=ecEjTe11e12e13e=E21 E2:E23(1,方=1,2,3)*4*(2)LE31E32e33式中:eo一真空介电系数,1,2,3分别代表直角坐标轴X,Y,Z;一晶体的介电系数张量,该张址为二阶对称极张量,即e=e。描述二阶张量可选用三个相互垂直的主轴为坐标轴(称主轴坐标系),在主轴坐标系中可将二阶介电系数张量简化为只含对角项,称主介电系数。晶体的介电系数张量的独立分量数目与其对称性有关:对于立方晶系只有一个独立的介电系数61
3、:=E22=e35。对于三方,四方,六方晶系有两个独立的介电系数1=e22,3。取晶体的高次对称轴(c轴)为一介电主轴,另两个介电主轴在垂直c轴的平面内,取结晶轴轴为另一介电主轴。对于正交晶系有三个独立的介电系数e1,e22,6a。取晶体的结晶轴(a,b、c轴)为三个介电主轴。对于单斜晶系有四个独立的介电系数61,e22,c631。取晶体的二次对称轴(b轴)为一介电主轴。另两个介电主轴在垂直6轴的平面内,通过实验测量位于这平面内的三个独立的介电系数,可以确定这两个介电主轴的方向和大小。对于三斜晶系有六个独立的介电系数c11,e,e,612,62,e1。可任意选一直角坐标系,通过实验测量六个独立
4、的介电系数,经过数学运算可以确定三个介电主轴的方向和大小。2.1.2试验原理在本标准的表示方法中,是无量纲量,即为相对介电系数。由于晶体的介电系数与测试频率有关,国家技术监督局1997-05-28批准1998-02-01实施GB/T16822-1997介电损耗dielectric loss在交变电场中,由于存在极化弛像,介电晶体中产生介电损耗。介电损耗是指晶体在被反复极化的过程中,电场使介质极化所提供的能量,有部分要消耗于使固有电矩的反复取向转动,或使正负离子相互拉开或电子云发生骑变的方向不断变化,这部分的能量不能转换成介质的极化而成为热运动被消耗掉,衡量这种介电损耗大小的因子为tan8(6是
5、介质中的电位移落后于电场的相位角),这是一个无量纲单位,它表示有功功率P与无功功率Q的比值。2.2.2试验原理在测量样品的介电损耗时,有两种等效电路。图1(a)表示并联等效电路。图1(b)表示串联等效电路。(b)(a)图1测量等效电路图中:U-总电压,V;1-总电流,A:C。一并联等效电容,F:R。一并联等效电阻,:Ic一流经并联等效电容的电流,A:1:-流经并联等效电阻的电流,A;C。一串联等效电容,F:R,串联等效电阻,n:U一串联等效电容上的电压,V;,一串联等效电阻上的电压,V。由图1可见,并联等效电路测量中,tan6=I,/Ie=1/wCR。串联等效电路测量中,tan 6=U:/U=aC,R,(7)式中:w-一外加交流电压的角频率,s。当考虑到测量引线和样品夹具本身存在一恒定的电容C。可认为C。与样品成并联状态,这样可推导出晶体的tan6值与实测值(tan8)m.之间的关系式:tan 6(tan 8)meas.(1+Co/(Cme.-Co)(8)因此,用电桥测出C.,(tan)m,C,可用式(8)算出晶体祥品的tan8值。由于介电损耗与测量的电场强度、频率、温度等有关。因此,在测量时,上述有关条件应给出明确规定。2.2.3样品制备按2.1.3。2.2.4试验条件按2.1.4.