I. Các yếu tố riêng của thiết bị: "cơ sở phần cứng" của độ chính xác đo lường

Hiệu suất của các thành phần cốt lõi của thiết bị và trạng thái hiệu chuẩn của hệ thống là cơ bản để xác định độ chính xác của phép đo, các yếu tố ảnh hưởng chính bao gồm:

1. Hiệu suất và phù hợp của cảm biến/thử nghiệm kẹp

Vật cố thử nghiệm (chẳng hạn như tụ điện tấm song song, đầu dò đồng trục, hệ thống ba điện cực) là vật mang kết nối mẫu với thiết bị, các đặc điểm của nó ảnh hưởng trực tiếp đến phân phối điện trường và thu thập tín hiệu:

Độ chính xác hình học của vật cố: độ phẳng tấm của vật cố tấm song song, tính đồng nhất khoảng cách (độ lệch cần<0,1mm), độ đồng trục sẽ thay đổi giá trị điện dung thực tế (C=ε₀ε'S/d), dẫn đến độ lệch tính toán hằng số điện môi. Ví dụ, khoảng cách giữa các tấm không đều có thể làm biến dạng điện trường và đo được ε thấp.

Thông số ký sinh của vật cố: vật cố tự tồn tại "điện dung ký sinh" (như điện dung cạnh tấm, điện dung dây) và "cảm ứng ký sinh", đặc biệt là ở tần số công suất (50/60Hz), nếu không được loại bỏ bằng "hiệu chuẩn mạch mở" "hiệu chuẩn ngắn mạch", nó sẽ được xếp chồng lên điện dung mẫu, dẫn đến giá trị đo ε'giả cao.

Sự phù hợp của kẹp với mẫu: kích thước kẹp phải phù hợp với mẫu (chẳng hạn như đường kính tấm của kẹp tấm song song phải ≥ 1,5 lần đường kính mẫu, tránh rò rỉ điện trường cạnh); Đối với các mẫu hình thái khác nhau của chất rắn, chất lỏng và bột, cần phải chọn vật cố đặc biệt (chẳng hạn như kẹp cốc kín cho chất lỏng, khuôn ép viên cho bột), nếu không sẽ có lỗi do tiếp xúc xấu giữa mẫu và vật cố.

2. Trạng thái hiệu chuẩn của dụng cụ

Dụng cụ đo hằng số điện môi tần số công suất cần được hiệu chuẩn định kỳ để loại bỏ sự trôi dạt của hệ thống, không hiệu chuẩn hoặc hiệu chuẩn không đúng là nguồn lỗi phổ biến:

Thiếu chu kỳ hiệu chuẩn: Sau khi thiết bị được sử dụng lâu dài, độ chính xác của bộ khuếch đại tín hiệu bên trong, bộ dao động sẽ suy giảm, nếu vượt quá chu kỳ hiệu chuẩn (thường là 6-12 tháng), độ lệch đo có thể được mở rộng từ ± 0,01 ε'đến ± 0,01 ε'trên.

Sai phương pháp hiệu chuẩn: Việc hiệu chuẩn cần được thực hiện theo thứ tự "mạch hở → ngắn mạch → mẫu tiêu chuẩn":

Hiệu chuẩn mạch mở: loại bỏ điện dung ký sinh của kẹp;

Hiệu chuẩn ngắn mạch: loại bỏ điện trở ký sinh của kẹp;

Hiệu chuẩn mẫu tiêu chuẩn: Xác minh độ chính xác với các chất tiêu chuẩn với hằng số điện môi đã biết, chẳng hạn như không khí ε'≈1.0005, PTFE ε'≈2.1. Nếu bỏ qua một bước nào đó, lỗi hệ thống sẽ không thể sửa chữa được.

3. Sự ổn định của nguồn tín hiệu và hệ thống phát hiện

Độ chính xác tần số tín hiệu: đo tần số điện cần khóa chặt 50Hz hoặc 60Hz, nếu tần số của nguồn tín hiệu thiết bị trôi dạt (chẳng hạn như ± 1Hz), sẽ ảnh hưởng đến tính phù hợp của đặc tính tần số điện dung, đặc biệt là đối với các vật liệu phân cực nhạy cảm tần số (chẳng hạn như polymer chứa hydroxyl), giá trị đo ε'sẽ dao động.

Độ nhạy phát hiện: Độ phân giải điện dung của thiết bị (ví dụ: 0,01pF) xác định khả năng chụp các thay đổi điện môi nhỏ, khi độ phân giải không đủ, lỗi đo đối với các vật liệu có hằng số điện môi thấp (ví dụ: khí, một phần gốm sứ) sẽ tăng lên đáng kể.

B5-05=giá trị thông số Kd, (cài 2)

Trạng thái vật lý và hóa học của chính mẫu xác định trực tiếp hằng số điện môi thực của nó và việc chuẩn bị hoặc xử lý mẫu không đúng cách có thể dẫn đến "giá trị đo lường ≠ giá trị thực":

1. Độ tinh khiết và tính đồng nhất của mẫu

Ô nhiễm tạp chất: sự pha trộn của các tạp chất (chẳng hạn như vết dầu trên bề mặt của mẫu rắn, độ ẩm trong mẫu lỏng) trong mẫu làm thay đổi tính chất điện môi của nó - ví dụ, sự pha trộn của các tạp chất dẫn điện (chẳng hạn như bột mực) trong vật liệu cách nhiệt làm tăng đáng kể tan δ (tổn thất), gián tiếp ảnh hưởng đến độ chính xác tính toán của ε';;;;;;;; Sau khi các mẫu chất lỏng được hấp thụ nước, vì ε'(≈80) của nước cao hơn nhiều so với hầu hết các chất lỏng hữu cơ, ε đo được sẽ cao hơn đáng kể.

Không đủ tính đồng nhất: vật liệu composite đa pha (như vật liệu composite gốm-polymer) nếu hỗn hợp không đồng đều, sự khác biệt lớn về hằng số điện môi cục bộ, khi đo sẽ lấy "hiệu ứng trung bình", dẫn đến độ lệch giữa ε'và giá trị thực (như lý thuyết ε'=5,0, thực tế đo được 4,5 hoặc 5,5).

2. Thông số hình học và trạng thái bề mặt của mẫu

Độ chính xác kích thước: độ dày (d) của mẫu rắn, diện tích (S) là các thông số chính để tính hằng số điện môi (ε'=Cd/(ε₀S)), nếu độ lệch độ dày ± 0,02mm (ví dụ: mẫu danh nghĩa 1mm thực tế 0,98mm), giá trị đo ε'sẽ sai lệch khoảng 2%; Cạnh không đồng đều của mẫu có thể dẫn đến tiếp xúc kém với các tấm kẹp, giới thiệu khoảng trống không khí (ε'≈1), làm cho ε'đo được thấp.

Độ nhám bề mặt: Bề mặt thô của mẫu (ví dụ: Ra>0,1μm) có thể gây ra khoảng cách không khí nhỏ với các tấm, tạo thành môi trường hỗn hợp "mẫu-không khí" với hằng số điện môi tương đương thấp hơn giá trị thực của mẫu (lỗi có thể được tính bằng công thức ε_sample ・d_sample+ε_air ・d_air)/d_total).

3. Trạng thái vật lý của mẫu (nhiệt độ, độ ẩm, độ ẩm)

Nhiệt độ: Hằng số điện môi nhạy cảm với nhiệt độ - ε'của vật liệu phân cực như polyester tăng lên khi nhiệt độ tăng (khả năng phân cực phân tử tăng lên) và ε'của vật liệu không phân cực như polyethylene thay đổi ít hơn theo nhiệt độ. Nếu nhiệt độ mẫu bị lệch khỏi nhiệt độ tiêu chuẩn (thường là 23 ± 2 ℃) và không được điều chỉnh, lỗi sẽ được đưa ra (chẳng hạn như nhiệt độ mỗi độ lệch 10 ℃, độ lệch của vật liệu phân cực ε có thể đạt 0,1-0,5).

Hàm lượng nước: Nước là một chất cực mạnh và độ ẩm của mẫu tăng lên đáng kể làm tăng ε'và tan δ. Ví dụ, ε'≈3 của gỗ khô, có thể đạt 5-8 sau khi hấp thụ nước; Ngay cả đối với "vật liệu cách nhiệt", nếu hàm lượng nước tăng từ 0,1% lên 1%, độ lệch đo lường ε có thể vượt quá 10%.

Ứng suất bên trong: Nếu các mẫu rắn (ví dụ như nhựa, gốm) gây ra ứng suất bên trong do quá trình tạo hình, nó sẽ dẫn đến rối loạn sắp xếp phân tử, thay đổi đặc tính phân cực, làm cho ε'xuất hiện sai lệch không thể đảo ngược (thường là ứng suất lớn hơn, ε'thấp hơn rõ ràng).