[发明专利]一种绝缘电介质无穷高频相对介电常数测量方法

说明书

本发明公开一种绝缘电介质无穷高频相对介电常数测量原理，解决绝缘电介质无穷高频相对介电常数无法精准测量的技术难题。本发明基本原理：采用高压直流电源对被测电介质进行极化，而后采用由静电计、静电电压表和计算机构成的采集系统实现被测绝缘电介质的短路电流和回复电位时域谱的采集和记录，通过最小二乘拟合准确地获取回复电位初始时刻变化率，由回复电位的初始时刻变化率与短路电流I_d(t_1‑)，通过公式实现获得无穷高频相对介电常数ε_∞的测量。

技术领域

本发明涉及绝缘电介质的介电参数测量领域，特别是涉及一种绝缘电介质无穷高频相对介电常数测量方法。

背景技术

绝缘电介质是构成电子器件和电力设备绝缘的材料，起着电气绝缘、机械支撑和外部包封等作用。给定频率下的相对介电常数(ε_r)是表述绝缘电介质在确定频率电场作用下绝缘性能的重要技术指标之一，定义为给定频率下绝缘介质介电常数与真空介电常数(ε₀)之比，其中真空介电常数(ε₀)为恒定常数，也是单位转换系数。电介质物理学对于特定的绝缘电介质(满足单一德拜松弛极化机理)建立了给定频率下绝缘电介质相对介电常数(ε_r)与无穷高频相对介电常数(ε_∞)、静态相对介电常数(ε_s)和频率(f)三者之间函数关系。其中，无穷高频相对介电常数是瞬时位移极化的外在体现；静态相对介电常数(ε_s)是直流电场作用下极化充分建立后的外在体现，是瞬时位移极化和所有松弛极化的总和。理论上对于特定的绝缘电介质而言，在已知其无穷高频相对介电常数(ε_∞)和静态相对介电常数(ε_s)条件下就可以计算任意给定频率下的相对介电常数。所有绝缘电介质在电场作用下不可避免地发生瞬时位移极化，探明瞬时位移极化行为是进行极化机理研究的基础，因此实现无穷高频相对介电常数的测量和推测具有重要的理论意义和工程意义。

对于气体、透明液体和透明固体绝缘电介质，可通过测量光折射系数(n)，而后根据无穷高频相对介电常数(ε_∞)与光折射系数n的关系(ε_∞＝n²)实现无穷高频相对介电常数(ε_∞)的测量。对于无法通过光学测试的绝缘电介质，通常可通过高频相对介电常数得测量并进行推断实现无穷高频相对介电常数(ε_∞)的推测，如Novocontrol Concept80型宽带介电谱仪测试高达10⁷Hz频率下相对介电常数的测量。对于中性绝缘电介质，不存在松弛极化，通过高频相对介电常数的测量可较为精准地获得无穷高频相对介电常数(ε_∞)信息。对于含有松弛极化的绝缘电介质则需要更高频率下相对介电常数的测量方能获得无穷高频相对介电常数(ε_∞)较为精准的推测，如采用上百GHz(10⁹Hz)的矢量分析仪进行测量。采用上百GHz(10⁹Hz)的矢量分析仪设备成本相对很高，而且所测结果并非真正意义上的无穷高频相对介电常数。

发明内容

为了克服绝缘电介质的无穷高频相对介电常数无法精准测量的技术难题，本发明提出一种绝缘电介质无穷高频相对介电常数测量方法，其目的在于方便、准确地测量无穷高频相对介电常数。

上述目的通过以下技术方案实现：

一种绝缘电介质无穷高频相对介电常数测量方法，其特征在于，测量开关由短路状态切换到表面电位测试状态，记录开关动作之前的短路电流和动作之后的回复电位，由回复电位的初始时刻变化率与短路电流I_d(t_1-)，通过公式计算获得无穷高频相对介电常数ε_∞的测试结果。

进一步地，通过最小二乘拟合的方法消除噪声对回复电位测量的影响，由拟合函数获取绝缘电介质的回复电位初始时刻变化率。