A precisão dos resultados de medição do medidor de constante dielétrica de frequência de trabalho depende diretamente do próprio desempenho do dispositivo, do estado da amostra, do ambiente de teste e do controle sinergico dos métodos operacionais. Um desvio em qualquer ligação pode causar distorções nas medições da constante dielétrica (ε') e do fator de perda (tanδ). Aqui estão os principais fatores que influenciam os resultados da medição, analisados por classificação lógica de "Equipamento - Amostra - Ambiente - Operação":
Os próprios fatores do equipamento: a "base de hardware" para a precisão da medição
O desempenho dos componentes principais do dispositivo e o estado de calibração do sistema são fundamentais para determinar a precisão da medição, e os principais fatores que influenciam incluem:
1. Desempenho e compatibilidade do sensor / fixação de teste
Os aparelhos de teste (como capacitores de placas paralelas, sondas coaxiais, sistemas de três eletrodos) são veículos de conexão entre a amostra e o instrumento, cujas características afetam diretamente a distribuição de campos elétricos e a captação de sinais:
A precisão geométrica da fixação: a uniformidade da placa polar da fixação da placa paralela, a uniformidade do espaço (desvio < 0,1 mm), a coaxialidade mudará o valor real da capacitação (C = ε0 ε'S / d), levando ao desvio do cálculo da constante dielétrica. Por exemplo, a distância polar desigual pode distorcer o campo elétrico e medir a baixa ε '.
Parâmetros parasitais da fixação: a própria fixação tem um "capacitor parasita" (como o capacitor da borda da placa polar, o capacitor de cablagem) e uma "indução parasita", especialmente na frequência de trabalho (50/60Hz), se não for eliminada pela "calibração de circuito aberto", "calibração de curto-circuito", será sobreposta ao capacitor da amostra, o que resultará em um valor de medição de ε 'alto.
Adaptabilidade da fixação e da amostra: o tamanho da fixação deve corresponder à amostra (por exemplo, o diâmetro da placa polar da fixação da placa paralela deve ser ≥ 1,5 vezes o diâmetro da amostra, para evitar o vazamento do campo elétrico da borda); Para amostras de diferentes formas de sólidos, líquidos e pó, é necessário escolher fixações especiais (por exemplo, fixações de copo de vedação para líquidos, molde de prensa para pó), caso contrário, o erro será introduzido devido ao mau contato da amostra com a fixação.
Estado de calibração do instrumento
Os medidores de constante dielétrica de frequência de trabalho precisam ser calibrados regularmente para eliminar a deriva do sistema, e a calibração inadequada ou não é uma fonte comum de erro:
Perda de ciclo de calibração: após uso prolongado do instrumento, a precisão do amplificador de sinal interno e do oscilador diminui, e se exceder o ciclo de calibração (geralmente a cada 6-12 meses), o desvio de medição pode aumentar de ± 0,01 ε 'para ± 0,1 ε' ou mais.
Erro do método de calibração: a calibração deve ser realizada na ordem de "circuito aberto → curto-circuito → amostra padrão":
Calibração de circuito aberto: eliminação de capacitores parasitais de fixação;
Calibração de curto-circuito: eliminação da resistência parasitária da fixação;
Calibração de amostras padrão: Verifique a precisão com substâncias padrão com constantes dielétricas conhecidas (por exemplo, ar ε'≈1.0005, PTFE ε'≈2.1). Se você ignorar uma etapa, o erro do sistema não pode ser corrigido.
Estabilidade da fonte de sinal e do sistema de detecção
Precisão da frequência do sinal: a medição da frequência de trabalho precisa ser rigorosamente bloqueada em 50Hz ou 60Hz, se a deriva da frequência da fonte do sinal do instrumento (por exemplo, ± 1Hz), afetará a correspondência das propriedades de frequência capacitiva, especialmente para materiais polares sensíveis à frequência (por exemplo, polímeros contendo hidroxi), o valor de medição de ε 'flutuará.
Sensibilidade de detecção: a resolução capacitiva do instrumento (por exemplo, 0,01 pF) determina a capacidade de captura de pequenas mudanças dielétricas, e quando a resolução é insuficiente, os erros de medição para materiais com baixas constantes dielétricas (por exemplo, gás, cerâmica parcial) aumentam significativamente.
Factores da amostra: "características inerentes e estado de preparação" do objeto medido
O estado físico-químico da própria amostra determina diretamente sua constante dielétrica real, e a preparação ou o tratamento inadequado da amostra pode levar a "valor medido OO O O O valor real":
Pureza e uniformidade da amostra
Poluição por impurezas: a mistura de impurezas em amostras (por exemplo, poluição por óleo na superfície da amostra sólida, umidade em amostras líquidas) altera suas propriedades dielétricas - por exemplo, a mistura de impurezas condutoras em materiais de isolamento (por exemplo, pó de carbono) aumenta significativamente o tanδ (perda), afetando indiretamente a precisão do cálculo de ε '; Após a absorção de água pela amostra líquida, a quantidade de ε '(≈80) na água é muito maior do que na maioria dos líquidos orgânicos.
Uniformidade insuficiente: os compostos multifásicos (por exemplo, compostos cerâmicos-polímeros) se misturarem de forma desigual, a constante dielétrica local varia muito, e a medição leva o "efeito médio", levando a um desvio de ε 'com o valor real (por exemplo, a teoria de ε' = 5,0, medida de 4,5 ou 5,5).
Parâmetros geométricos da amostra e estado da superfície
Precisão dimensional: espessura da amostra sólida (d), área (S) é o parâmetro-chave para o cálculo da constante dielétrica (ε '= Cd / (ε0 S)), se o desvio de espessura é ± 0,02 mm (como a amostra nominal de 1 mm é real 0,98 mm), o valor de medição de ε 'desviará cerca de 2%; A irregularidade da borda da amostra pode levar a um mau contato com a placa polar de fixação, introduzindo um espaço de ar (ε'≈1), tornando a medição de ε' baixa.
Rugosidade da superfície: a rugosidade da superfície da amostra (por exemplo, Ra > 0,1 μm) pode levar à presença de uma pequena lacuna de ar entre a placa polar, formando um meio composto "amostra-ar", com uma constante dielétrica equivalente inferior ao valor real da amostra (o erro de estimativa pode ser estimado pela fórmula ε_eq=(ε_sample·d_sample+ε_air·d_air)/d_total).
Estado físico da amostra (temperatura, umidade, teor de umidade)
Temperatura: a constante dielétrica é sensível à temperatura - o ε 'de materiais polares (como poliéster) aumenta com o aumento da temperatura (maior capacidade de polarização molecular), e o ε 'de materiais não polares (como polietileno) é menor com a mudança de temperatura. Se a temperatura da amostra se desviar da temperatura padrão (normalmente 23 ± 2 ° C) e não for corrigida durante o teste, um erro será introduzido (por exemplo, por desvio de temperatura de 10 ° C, o desvio ε 'do material polar pode chegar a 0,1-0,5).
A água é uma substância polar forte e o aumento do teor de umidade da amostra aumenta significativamente ε' e tanδ. Por exemplo, a madeira seca de ε '≈ 3, após a absorção de água pode ser de até 5-8; Mesmo para "materiais isolantes", se o teor de umidade subir de 0,1% para 1%, o desvio de medição de ε 'pode exceder 10%.
Estresse interno: amostras sólidas (por exemplo, plástico, cerâmica) que geram estresse interno devido à moldagem de processamento, podem levar a distúrbios na disposição molecular, mudanças nas propriedades de polarização, tornando o desvio irreversível de ε ' (geralmente, quanto maior a tensão, menor é a baixa de ε ').