一、設備自身因素：測量精度的“硬件基礎”

 

設備的核心部件性能與系統校準狀態是決定測量準確性的根本，主要影響因素包括：

 

1.傳感器/測試夾具的性能與匹配性

 

測試夾具（如平行板電容器、同軸探頭、三電極系統）是樣品與儀器的連接載體，其特性直接影響電場分布與信號采集：

 

夾具的幾何精度：平行板夾具的極板平整度、間距均勻性（偏差需<0.1mm）、同軸度會改變實際電容值（C=ε?ε'S/d），導致介電常數計算偏差。例如，極板間距不均會使電場畸變，測得的ε'偏低。

 

夾具的寄生參數：夾具自身存在“寄生電容”（如極板邊緣電容、接線電容）和“寄生電感”，尤其在工頻（50/60Hz）下，若未通過“開路校準”“短路校準”消除，會疊加到樣品電容中，導致ε'測量值虛高。

 

夾具與樣品的適配性：夾具尺寸需與樣品匹配（如平行板夾具的極板直徑應≥樣品直徑的1.5倍，避免邊緣電場泄露）；針對固體、液體、粉末等不同形態樣品，需選用專用夾具（如液體用密封杯夾具、粉末用壓片模具），否則會因樣品與夾具接觸不良引入誤差。

 

2.儀器的校準狀態

 

工頻介電常數測量儀需定期校準以消除系統漂移，未校準或校準不當是常見誤差源：

 

校準周期缺失：儀器長期使用后，內部信號放大器、振蕩器的精度會衰減，若超過校準周期（通常每6-12個月），測量偏差可能從±0.01ε'擴大至±0.1ε'以上。

 

校準方法錯誤：校準需按“開路→短路→標準樣品”的順序進行：

 

開路校準：消除夾具寄生電容；

 

短路校準：消除夾具寄生電阻；

 

標準樣品校準：用已知介電常數的標準物質（如空氣ε'≈1.0005、聚四氟乙烯ε'≈2.1）驗證準確性。若跳過某一步驟，會導致系統誤差無法修正。

 

3.信號源與檢測系統的穩定性

 

信號頻率精度：工頻測量需嚴格鎖定50Hz或60Hz，若儀器信號源頻率漂移（如±1Hz），會影響電容-頻率特性的匹配性，尤其對頻率敏感的極性材料（如含羥基的聚合物），ε'測量值會出現波動。

 

檢測靈敏度：儀器的電容分辨率（如0.01pF）決定了微小介電變化的捕捉能力，分辨率不足時，對低介電常數材料（如氣體、部分陶瓷）的測量誤差會顯著增大。

 

二、樣品因素：被測量對象的“固有特性與制備狀態”

 

樣品自身的物理化學狀態直接決定其真實介電常數，樣品制備或處理不當會導致“測量值≠真實值”：

 

1.樣品的純度與均勻性

 

雜質污染：樣品中混入雜質（如固體樣品表面的油污、液體樣品中的水分）會改變其介電特性——例如，絕緣材料中混入導電雜質（如碳粉），會使tanδ（損耗）顯著升高，間接影響ε'的計算精度；液體樣品吸水后，因水的ε'（≈80）遠高于多數有機液體，測得的ε'會大幅偏高。

 

均勻性不足：多相復合材料（如陶瓷-聚合物復合材料）若混合不均，局部介電常數差異大，測量時會取“平均效應”，導致ε'與真實值偏差（如理論ε'=5.0，實際測得4.5或5.5）。

 

2.樣品的幾何參數與表面狀態

 

尺寸精度：固體樣品的厚度（d）、面積（S）是計算介電常數的關鍵參數（ε'=Cd/(ε?S)），若厚度偏差±0.02mm（如標稱1mm的樣品實際0.98mm），ε'測量值會偏差約2%；樣品邊緣不平整會導致與夾具極板接觸不良，引入空氣間隙（ε'≈1），使測得的ε'偏低。

 

表面粗糙度：樣品表面粗糙（如Ra>0.1μm）會導致與極板間存在微小空氣隙，形成“樣品-空氣”復合介質，等效介電常數低于樣品真實值（可通過公式ε_eq=(ε_sample?d_sample+ε_air?d_air)/d_total估算誤差）。

 

3.樣品的物理狀態（溫度、濕度、含水率）

 

溫度：介電常數對溫度敏感——極性材料（如聚酯）的ε'隨溫度升高而增大（分子極化能力增強），非極性材料（如聚乙烯）的ε'隨溫度變化較小。若測試時樣品溫度偏離標準溫度（通常23±2℃）且未修正，會引入誤差（如溫度每偏差10℃，極性材料ε'偏差可達0.1-0.5）。

 

含水率：水是強極性物質，樣品含水率升高會顯著增大ε'和tanδ。例如，干燥木材的ε'≈3，吸水后可達5-8；即使是“絕緣材料”，若含水率從0.1%升至1%，ε'測量偏差可能超過10%。

 

內部應力：固體樣品（如塑料、陶瓷）若因加工成型產生內部應力，會導致分子排列紊亂，極化特性改變，使ε'出現不可逆偏差（通常應力越大，ε'偏低越明顯）。