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)的方法及其實現(xiàn)裝置。分析了以Bruggeman 模型和Maxwell-Garnett 模型為基礎的粉末相對介電常數(shù)測量原理; 在有限元分析的基礎上，設計并搭建了一種測量由粉末與空氣組成的二元介質混合物電容值的裝置; 運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)。實驗結果表明，所設計的裝置能夠有效避免邊緣效應對測量結果的影響，具有良好的重復性，所得電容值可達到10 ^-3 pF量級，與現(xiàn)有文獻相比，所得粉末相對介電常數(shù)最大誤差小于10%，測量結果在合理范圍之內。本系統(tǒng)結構簡單，測量結果具有較高的精度，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，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)閺蛿?shù)形式。諸多科學研究及工業(yè)應用都是以物質的介電常數(shù)為基礎，例如應用于氣固體系的矩形電容層析成像技術、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數(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，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，測量結果存在一定程度的分散性。文獻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，國內外學者對粉末的復介電常數(shù)也做了大量的研究，較新的進展見文獻。

　　根據(jù)粉末無固定形狀的特點，本文提出了一種簡便的、以空氣為周圍介質的測量低頻條件下粉末相對介電常數(shù)的方法，設計并構建了一種定位精確、重復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)的方法及其實現(xiàn)裝置。首先介紹了混合物等效介電常數(shù)的計算模型; 隨后針對邊緣效應以及粉末無固定形狀這一特點，設計并構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)已知的物質對電容測量裝置進行了標定，隨后以此為基礎測量了3 種粉末的相對介電常數(shù)。實驗結果表明，本文所設計的電容測量裝置具有良好的重復精度，能夠有效消除邊緣效應對測量的結果的影響，所得實驗結果處于合理范圍之內，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。