介电晶体介电性能的试验方法 GBT 16822-1997.pdf

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：=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.