相對介電常數(shù)是粉末的重要物理特性，針對這一問題，研究了一種測量低頻條件下粉末相對介電常數(shù)的方法及其實(shí)現(xiàn)裝置。分析了以Bruggeman 模型和Maxwell-Garnett 模型為基礎(chǔ)的粉末相對介電常數(shù)測量原理; 在有限元分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并搭建了一種測量由粉末與空氣組成的二元介質(zhì)混合物電容值的裝置; 運(yùn)用所述方法及裝置分別測試了3 種粉末材料的相對介電常數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的裝置能夠有效避免邊緣效應(yīng)對測量結(jié)果的影響，具有良好的重復(fù)性，所得電容值可達(dá)到10 ^-3 pF量級，與現(xiàn)有文獻(xiàn)相比，所得粉末相對介電常數(shù)最大誤差小于10%，測量結(jié)果在合理范圍之內(nèi)。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，測量結(jié)果具有較高的精度，是一種獲取低頻條件下粉末相對介電常數(shù)的有效手段。

引言

　　介電特性是粉末的重要物理參數(shù)之一，它與外加頻率相關(guān)，在低頻或直流條件下，對特定的材料而言其值是恒定的，隨著頻率的增加，介電常數(shù)將變?yōu)閺?fù)數(shù)形式。諸多科學(xué)研究及工業(yè)應(yīng)用都是以物質(zhì)的介電常數(shù)為基礎(chǔ)，例如應(yīng)用于氣固體系的矩形電容層析成像技術(shù)、粉末混合物均勻度的判定、氣固兩相流濃度測量、溶液濃度檢測等，因此，精確地測量粉末的介電常數(shù)具有重要的理論及實(shí)踐意義。

　　獲得粉末介電常數(shù)最常規(guī)的方法是將其與空氣一起填充，在測得填充床相對介電常數(shù)的基礎(chǔ)上，借助兩相混合模型求得粉末的相對介電常數(shù)。此后還出現(xiàn)了置換法和浸液法，傳統(tǒng)方法及置換法所得粉末介電常數(shù)都受到混合模型精度以及填充床均勻度的影響，浸液法將一定體積分?jǐn)?shù)的粉末侵入到具有不同介電常數(shù)的背景液體中，所得粉末介電常數(shù)精度更高。在國內(nèi)，張冶文等人研究了粉末相對介電常數(shù)的測量方法及裝置，由于電極定位、試樣厚度等因素的影響，測量結(jié)果存在一定程度的分散性。文獻(xiàn)分析了粉末與空氣混合物的等效介電常數(shù)，但未完成粉末相對介電常數(shù)的測量。此外，國內(nèi)外學(xué)者對粉末的復(fù)介電常數(shù)也做了大量的研究，較新的進(jìn)展見文獻(xiàn)。

　　根據(jù)粉末無固定形狀的特點(diǎn)，本文提出了一種簡便的、以空氣為周圍介質(zhì)的測量低頻條件下粉末相對介電常數(shù)的方法，設(shè)計(jì)并構(gòu)建了一種定位精確、重復(fù)性好的電容測量裝置，在精確獲得粉末與空氣混合物等效介電常數(shù)的基礎(chǔ)上，分別采用Bruggeman 模型和Maxwell-Garnett模型獲得了3 種粉末的相對介電常數(shù)。

結(jié)論

　　針對粉末的特性，提出了一種測量低頻條件下粉末相對介電常數(shù)的方法及其實(shí)現(xiàn)裝置。首先介紹了混合物等效介電常數(shù)的計(jì)算模型; 隨后針對邊緣效應(yīng)以及粉末無固定形狀這一特點(diǎn)，設(shè)計(jì)并構(gòu)建了一種電容測量裝置，借助有限元方法研究了該裝置的特性; 最后，為驗(yàn)證所述方法及裝置的有效性，采用幾種介電常數(shù)已知的物質(zhì)對電容測量裝置進(jìn)行了標(biāo)定，隨后以此為基礎(chǔ)測量了3 種粉末的相對介電常數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文所設(shè)計(jì)的電容測量裝置具有良好的重復(fù)精度，能夠有效消除邊緣效應(yīng)對測量的結(jié)果的影響，所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果處于合理范圍之內(nèi)，在低頻條件下，是一種有效的、獲得較高精度粉末相對介電常數(shù)的方法。