薄膜介電常數(shù)測(cè)定儀

接觸式電極——某一樣本與其自帶電極(電極材料為以下所列材料之一)一起供應(yīng)是可以接受的,對(duì)于兩終端測(cè)量,電極應(yīng)延伸到樣本邊緣或小于樣本。在后一種場(chǎng)合,兩種電極在規(guī)格上等效或不等效是可以接受的。如果電極尺寸等效,但是小于樣本,樣本邊緣必須越過電極延伸至少2倍的樣本厚度。這三個(gè)電極規(guī)格的選擇將取決于電極應(yīng)用的方便性,同時(shí)取決于所采用的測(cè)量類型。在電極延伸到樣本邊緣的場(chǎng)合,邊緣修正值(見表1)是較小的,而對(duì)于不等效電極,邊緣修正值是較大的。當(dāng)電極延伸到樣本邊緣,這些邊緣必須是銳利的。如果根本是使用附著的電極,當(dāng)采用一個(gè)測(cè)微計(jì)電極系統(tǒng)時(shí),必須使用這類電極。當(dāng)?shù)刃б?guī)格電極小于所用樣本時(shí),難于將它們置于中心,除非樣本是半透明的或者采用了一種對(duì)準(zhǔn)工裝。對(duì)于三終端測(cè)量,保護(hù)電極寬度應(yīng)至少為兩倍的樣本厚度(6,7)。間隙寬度應(yīng)盡可能小(可以為0.5mm)。對(duì)于在較高頻率下的耗散因子測(cè)量,該類型電極可能不滿足要求,因?yàn)槠浯?lián)電阻。使用測(cè)微計(jì)電極來(lái)進(jìn)行測(cè)量。

薄膜介電常數(shù)測(cè)定儀1.Q 值測(cè)量范圍:2~1023

2.Q 值量程分檔:30、100、300、1000、自動(dòng)換檔或手動(dòng)換檔;

3.電感測(cè)量范圍:自身殘余電感和測(cè)試引線電感的自動(dòng)扣除功能 4.5nH-100mH 分別有 0.1μ H、0.5μ H、

2.5μ H、10μ H、50μ H、100μ H、1mH、5mH、10mH 九個(gè)電感組成。

4.電容直接測(cè)量范圍:1~460pF

5.主電容調(diào)節(jié)范圍: 30~500pF

6.電容準(zhǔn)確度 150pF 以下±1.5pF;150pF 以上±1%

7.信號(hào)源頻率覆蓋范圍 10KHz-70MHz (雙頻對(duì)向搜索 確保頻率不被外界干擾)另有 GDAT-C  頻率范圍 200KHZ-160M

8、型號(hào)頻率指示誤差:1*10-6 ±1

Q 值合格指示預(yù)置功能范圍:5~1000 Q 值自動(dòng)鎖定,無(wú)需人工搜索

9.Q 表正常工作條件

a.   環(huán) 境 溫 度 :0℃~+40℃ 

b.相對(duì)濕度:<80%;          

c.電源:220V±22V,50Hz±2.5Hz。

10.其 他          a.消耗功率:約 25W;

b.凈重:約 7kg;

c.  外型尺寸:(l×b×h)mm:380×132×280。

11.產(chǎn)品配置: a.測(cè)試主機(jī)一臺(tái); b.電感一套;

c.夾具一 套

電極材料:

金屬箔片——厚度為0.0075~0.025mm且涂覆較小量精制凡士林,硅脂,硅油或其它合適低損耗粘合劑的鉛或錫箔片通常用于作為電極材料。鋁箔片也已經(jīng)被使用,但是不建議使用,因?yàn)槠渚哂袆傂砸约坝捎谘趸谋砻鎸?dǎo)致高接阻的可能性。鉛箔片也可能因?yàn)槠鋭傂远a(chǎn)生問題。在足夠平滑壓力下應(yīng)用這些電極,以排除所有的皺紋,同時(shí)過量的粘合劑可以在箔片邊緣上工作。一個(gè)非常有效的方法是使用一個(gè)窄輥,同時(shí)沿著表面向外滾壓,直到在箔片上沒有可見的標(biāo)記。通過小心處理,粘合劑膜可以減小至0.0025mm。該膜層與樣本串聯(lián)相連,這將總是導(dǎo)致測(cè)量的電容率太低,同時(shí)耗散因子有可能太高。對(duì)于厚度小于0.125mm的樣本,這些誤差通常變得非常大。對(duì)于這類薄樣本,只有當(dāng)膜層耗散因子幾乎與樣本耗散因子相同時(shí),該耗散因子誤差才是可以忽略的。當(dāng)電極將延伸到邊緣,則制造的電極應(yīng)大于樣本,然后切成帶小型細(xì)磨刀片的邊緣。受保護(hù)電極和保護(hù)電極可采用一個(gè)電極制造而成,該電極包含整個(gè)表面,通過配有一個(gè)窄切割邊緣的圓規(guī)方式來(lái)裁剪一條窄帶(可以為0.5mm)來(lái)制備電極。

7電極系統(tǒng)補(bǔ)充信息可在研究報(bào)告RR:D09-1037中找到,該研究報(bào)告可從ASTM總部獲得。

導(dǎo)電涂料——某些類型的高導(dǎo)電銀涂料,不管是空氣干燥還是低溫烘烤型類型,都可以從商業(yè)渠道獲得以作為電極材料使用。它們要有足夠的氣孔來(lái)允許濕分的擴(kuò)散,從而允許試驗(yàn)樣本在電極涂覆之后進(jìn)行調(diào)節(jié)。這對(duì)于研究濕度影響特別有用。涂料具有應(yīng)用之后不準(zhǔn)備立即使用的缺點(diǎn)。它通常要求整夜空氣干燥或低溫烘烤,以去除任何溶劑痕跡,因?yàn)槿軇┖圹E可能增大電容率和耗散因子。當(dāng)刷涂涂料時(shí),通常不容易獲得明確定義的的電極區(qū)域,但是通過噴涂涂料以及采用外夾裝或壓力敏感面罩,可以克服這種局限性。銀涂料電極電導(dǎo)率通常足夠低,從而在較高頻率時(shí)產(chǎn)生問題。涂料溶劑不會(huì)較久性影響樣本是非常重要的。

燒銀——燒銀電極只適用于玻璃和其它可以承受大約350℃的燃燒溫度而不會(huì)發(fā)生變化的陶瓷。它的高電導(dǎo)率使得電極材料適用于低損耗材料,例如熔融石英,甚至在較高頻率下,其某一粗糙表面的能力使得其適合用于作為高電容率材料,例如鈦酸鹽。

噴涂金屬——采用一個(gè)噴槍涂覆的低熔點(diǎn)金屬提供了一層海綿狀膜層,該膜層可用于作為電極材料,由于其粒狀結(jié)構(gòu),因此大體上具有與導(dǎo)電涂料相同的電學(xué)電導(dǎo)率和相同的濕分孔隙率。合適的面罩必須使用以獲得尖銳的邊緣。它容易滿足某一粗糙的表面,例如布,但是在薄膜上不能滲透極其小的孔,同時(shí)不會(huì)產(chǎn)生短路。其在某些表面上的附著性是非常差的,特別是暴露在高濕度或水浸泡之后。導(dǎo)電涂料的優(yōu)點(diǎn)是沒有溶劑的影響,以及在涂覆之后可立刻準(zhǔn)備就緒使用。

蒸發(fā)金屬——作為一種電極材料使用的蒸發(fā)金屬可能具有不適當(dāng)?shù)碾妼?dǎo)率,尤其其極其薄,同時(shí)必須采用電鍍銅或薄板金屬作為底漆。其附著性是適當(dāng)?shù)?同時(shí)其自身具有足夠的濕分氣孔。在蒸發(fā)金屬時(shí),使用一種真空系統(tǒng)的必要性是不利的。

液態(tài)金屬——使用汞電極時(shí),在水銀池上浮動(dòng)樣本,同時(shí)使用帶尖銳邊緣的限制環(huán)來(lái)攔住受保護(hù)和保護(hù)電極中的汞,如圖9所示。當(dāng)必須測(cè)試相當(dāng)數(shù)量的樣本時(shí),一種更方便的裝置是試驗(yàn)方法D1082中圖4所示的試驗(yàn)工裝。由于汞蒸氣具有毒性,尤其是在高溫下,可能存在一些健康危險(xiǎn),因此在使用期間應(yīng)采取合適的預(yù)防措施。在測(cè)量薄膜形式的低損耗材料時(shí),例如云母片剝離,汞污染可能引入相當(dāng)大的誤差,這通常將有必要使用干凈的汞進(jìn)行每一次試驗(yàn)。伍德合金或其它低熔點(diǎn)合金可采用類似方式來(lái)使用,以在某種程度上降低健康危險(xiǎn)。

警告——長(zhǎng)期認(rèn)為汞金屬蒸汽是工業(yè)中的一種危險(xiǎn)。暴露極限由政府機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)置,同時(shí)通常以美國(guó)政府工業(yè)衛(wèi)生學(xué)者會(huì)議8提出的建議為基礎(chǔ)。破碎的溫度計(jì),氣壓計(jì)和其它使用汞的儀器所溢出的汞濃度可能輕易地超過這些暴露極限。汞作為一種高表面張力和非常重的液體,其將分散成小液滴,同時(shí)滲透進(jìn)入地板中的裂紋和裂縫。這種暴露面積的增加顯著增大了在空氣中的汞蒸氣濃度。任何時(shí)候發(fā)生溢出時(shí),建議使用商用泄漏應(yīng)急工具包。汞蒸氣濃度容易采用商用嗅探器進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在汞暴露于大氣的區(qū)域,在作業(yè)周圍定期進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查。溢出之后進(jìn)行*地檢查。

備注:

Specimen:樣本;Mercury:汞

圖9 帶汞電極的受保護(hù)樣本

剛性金屬——對(duì)于光滑,比較厚或者稍微壓縮的樣本,有時(shí)可以使用高壓下的剛性電極,特別是對(duì)于常規(guī)作業(yè)。目前已發(fā)現(xiàn)直徑為10mm的電極在18.0MPa壓力下課有助于塑料材料的測(cè)量,甚至材料可以薄至0.025mm。直徑為50mm的電極在壓力下也已經(jīng)被成功用于較厚的材料。然而,當(dāng)使用實(shí)心電極時(shí),很難避免一層空氣膜,同時(shí)隨著被測(cè)材料電容率增大以及其厚度減小,該膜層的影響變得更大。在施加壓力之后,樣本尺寸將可能繼續(xù)發(fā)生變化,變化時(shí)長(zhǎng)達(dá)到24小時(shí)。

水——當(dāng)在低頻率(大約達(dá)到1000Hz)進(jìn)行測(cè)量時(shí),下水可作為絕緣電線和電纜測(cè)量用的一個(gè)電極。操作必須小心,以確保在樣本末端的電泄漏可以忽略不計(jì)。

非接觸式電極:

固定電極——在不將電極嵌入預(yù)制電極系統(tǒng)(電極系統(tǒng)在樣本的一側(cè)或兩側(cè)存在一條故意的空氣間隙)前提下,可以測(cè)量具有足夠低表面電導(dǎo)率的樣本。剛性裝配電極系統(tǒng),確保其包含一個(gè)保護(hù)電極。為獲得相同的精度,如果使用直接接極,要求對(duì)電極間距和樣本厚度進(jìn)行更準(zhǔn)確的測(cè)定。然而,如果電極系統(tǒng)充滿某一種液體,則可能這些局限性(見7.3.3)。

8 美國(guó)政府衛(wèi)生學(xué)者會(huì)議,Building D-7, 6500 Glenway Ave., Cincinnati, OH 45211.

測(cè)微計(jì)電極——圖10所示的測(cè)微計(jì)電極系統(tǒng)已開發(fā)用于(8)排除在高頻率下連接導(dǎo)線和測(cè)量電容器的串聯(lián)電感和電阻導(dǎo)致的誤差。內(nèi)置的微調(diào)電容器也提供用于電納變化方法。同時(shí)不管試驗(yàn)樣本是否在電路之內(nèi)還是之外,都能保持這些電感和電阻都是相對(duì)恒定的。那些尺寸與電極相同或者小于電極尺寸的樣本夾緊在電極之間。除非樣本表面重疊或磨得非常平,在放入電極系統(tǒng)之前,金屬箔片或其等效物必須應(yīng)用到樣本上。如果應(yīng)用電極,它們也必須是光滑和平直的。在移除樣本之后,通過移動(dòng)測(cè)微計(jì)電極讓其更近的靠在一起,電極系統(tǒng)可制成具有相同電容。當(dāng)測(cè)微計(jì)電極系統(tǒng) 小心校準(zhǔn)電容變化時(shí),其應(yīng)用排除了邊緣電容,接地電容和連接電容的修正值。在這一方面,在整個(gè)頻率范圍上使用電極系統(tǒng)是有好處的。一個(gè)缺點(diǎn)是電容校準(zhǔn)沒有傳統(tǒng)多層可變電容器的電容校準(zhǔn)那么準(zhǔn)確,同時(shí)還不能直接讀數(shù)。在頻率小于1MHz時(shí),當(dāng)導(dǎo)線的串聯(lián)電感和電阻的影響可以忽略不計(jì)時(shí),測(cè)微計(jì)電極的電容校準(zhǔn)可以采用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電容器的電容校準(zhǔn)來(lái)替代,該標(biāo)準(zhǔn)電容器可與測(cè)微計(jì)電極系統(tǒng)并聯(lián)或者位于電橋的電容臂附近。樣本之內(nèi)和之外的電容變化可以該電容器形式來(lái)進(jìn)行測(cè)量。某一測(cè)微計(jì)電極系統(tǒng)的小誤差來(lái)源是電極系統(tǒng)校準(zhǔn)時(shí)包含的電極邊緣電容,當(dāng)存在與電極直徑相同的電介質(zhì)時(shí),該邊緣電容將發(fā)生稍微變化。在實(shí)際中,可讓樣本直徑比電極直徑小2倍的樣本厚度(3),則可以排除該誤差。當(dāng)沒有電極附著在樣本上時(shí),表面電導(dǎo)率可能導(dǎo)致低損耗材料耗散因子測(cè)量產(chǎn)生嚴(yán)重的誤差。當(dāng)測(cè)量用電橋具有一個(gè)保護(hù)電路時(shí),則使用受保護(hù)測(cè)微計(jì)電極將是有利的。邊緣現(xiàn)象等的影響幾乎可以*排除。當(dāng)電極和固定架都制備得非常好時(shí),則沒有必要進(jìn)行電容校準(zhǔn),因?yàn)殡娙菘捎呻姌O間距和直徑計(jì)算得出。然而測(cè)微計(jì)將要求進(jìn)行校準(zhǔn)。當(dāng)使用受保護(hù)測(cè)微計(jì)電極時(shí),在樣本上使用電極將是不可行的,除非樣本直徑小于受保護(hù)電極。

備注:

Micrometer Screw:測(cè)微計(jì)螺釘;Bellows:風(fēng)箱;Grounded Electrode:接地電極;

Specimen:樣本;Vernier Capacitor:微型電容器;High Electrode:高電極;

Grounded Terminals:接地終端