CN118043655A - 0hz下的电容率的测量系统和方法 - Google Patents
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Abstract
一种物质(1)无论其聚集状态如何在0Hz下的电容率(ε)的测量方法(100),包括以下步骤：预布置(101)包括电流变模块(20)的流变仪(2)，其提供有固定的第一板(21)和所述可移动的第二板(22)；将电压发生器(3)连接(102)到所述流变仪(2)；将物质(1)放置(103)在所述第一板(21)和所述第二板(22)之间；将所述第二板(22)布置(104)在距所述第一板(21)的某一距离(D)处；在所述第一板(21)和所述第二板(22)之间施加(105)0Hz的所述电势差(ΔV)；测量(106)所述第二板(22)受到的法向力(F)；转换(108)法向力(F)以获得物质(1)的介电电容率(ε)。
Description
技术领域
本发明涉及一种物质在0Hz下的电容率的测量方法和系统。特别地，本发明涉及DC电容率的测量方法和系统，而不管物质本身的聚集状态如何。
背景技术
电容率是指物质抵消其所受电场的趋势。物质的电容率也称为介电常数，并且通常用符号ε表示。通常，电容率由关系式ε＝ε0εr来描述，其中ε0＝8,9·10-12C2/(N·m2)是真空的介电常数，而εr是一个被称为物质的相对介电常数的纯数值。
此外，物质的电容率与其电极化率密切相关，即物质在其经受电场时极化的倾向性。
众所周知，物质的电容率随着该物质所经受的电场的频率的变化而变化。这种依存关系通常通过使用复电容率来描述，复电容率也表示在物质的极化和外部电场之间的相移。
在现有技术中，已知有几种用于确定物质的电容率的系统和方法。
用于测量电容率的技术类型的选择主要由两个因素决定：被分析物质的类型和感兴趣的频率范围。
在高频范围内，基于入射到样本上的电磁波的反射-透射测量，非共振技术是优选的，这允许在或多或少的宽频率范围内测量介电特性。在这一类别中，包括了利用同轴探针的测量技术、波导测量和自由空间测量。
然而，对于低频到中频，所谓的共振方法占优势。通常，这样的技术只允许在单个频率或离散频率上的测量。在已知的技术中，只有所谓的平板电容器方法允许通常通过使用阻抗分析仪或LCR计来测量电容类型的介电常数，最高达大约20Hz的频率。这种方法需要非常平坦的样本，并且受到难以控制的测量误差的影响。
在以下科学文章中描述了迄今为止可用的方法的一些描述，以及相关的应用领域和优点：
-U.Kaatze,“Measuring the dielectric properties of materials.Ninety-year development from low-frequency techniques to broadband spectroscopy andhigh-frequency imaging(测量材料的介电属性。从低频技术到宽带光谱和高频成像的90年发展)”,Meas.Sci.Technol.,vol.24,no.1,2013(《计量科学与技术》杂志，2013年第24卷第1期)；
-M.Khan e S.Ali,“A brief review of measuring techniques forcharacterization of dielectric materials,(用于介电材料的特性的测量技术的简要回顾)”，Int.J.Inf.Technol.Electr.Eng.,vol.1,no.1,2012(《国际信息电子技术》杂志，2012年第1卷第1期)；
-O.V.Tereshchenko,F.J.K.Buesink,e F.B.J.Leferink,“An overview of thetechniques for measuring the dielectric properties of materials,(用于测量材料的介电属性的技术的综述)”2011 30th URSI Gen.Assem.Sci.Symp.URSIGASS2011,pp.1–4,2011(国际无线电科学协会URSI的协会科学座谈会举办的2011年第30届世界无线电科学大会URSIGASS2011，2011年第1–4页)。
因此，从上面可以明显看出，在文献中没有报道用于在纯DC中(即在基本上等于0Hz的频率下)测量物质的电容率的精确方法。
实际上，已经注意到，在过去已经尝试过在0Hz下测量物质的电容率，主要是通过使用在其间插入有要确定其DC介电常数的物质的并联平板电容器。然而，这样的方法凸显了检测量的低准确性和可靠性。
对已知技术的分析表明，已知技术有几个缺点。
首先，没有方法和/或系统能够对物质在0Hz下的电容率进行精确和可靠的测量。
此外，迄今为止使用的技术不允许使用单一的仪器结构来测量以不同聚集状态出现的物质的电容率。事实上，不可能用单个仪器/系统来执行对以固态、液态和气态形式出现的物质的电容率的测量。迄今为止，专用设置可供用于单一聚集状态，因此其不允许对以不同聚集状态出现的物质进行测量。
已知的技术坚持要求特别长的测量时间线，通常超过10分钟。这样的时间线太长了，尤其是当测量需要重复试验和对设置改变时。
已知技术的另一个缺点涉及难以在受控温度下进行测量。事实上，众所周知，物质的电行为与其温度有关，温度影响其原子成分的热搅动，并从而影响其介电响应。无法精确控制温度会使测量的质量失效。
本发明的目的是解决已知技术的缺点。特别地，本发明的目的是提供一种物质在0Hz下的电容率的精确测量方法和系统，该方法和系统是可靠的，并且与其聚集状态无关。换句话说，本发明提供了一种方法和系统，用于在无需修改的情况下以精确的方式确定处于固态、液态或气态的物质的DC电容率。
本发明的另一个目的是提供一种与已知技术相比特别快速的物质在0Hz下的电容率的测量方法和系统。
本发明的又一个目的是提供一种具有温度控制的物质在0Hz下的电容率的测量方法和系统。
发明内容
根据权利要求1，归因于物质在0Hz下的电容率的测量方法和系统，本发明实现了这些和进一步的目的。
在从属权利要求中阐述了本发明的进一步特征和优选方面。
根据第一方面，本发明涉及一种物质在0Hz下的电容率的测量方法，而不管其聚集状态如何。具体地，所述方法允许在无需修改的情况下确定处于固态、液态或气态的物质在0Hz下的电容率。
所述测量方法首先包括设置包含电流变模块的流变仪的步骤。电流变模块配备有彼此平行的第一板和第二板。具体地，第一板相对于流变仪的主体固定，优选地与流变仪的主体集成或者附接到固定支撑件。第二板是可移动的，并且因此可以自由地移动得更接近或远离第一板。优选地，所述第一板和第二板具有扁平的圆形形状，也就是说，它们具有盘状形状。根据一个实施例，所述第一和第二板具有不同的表面积(在圆形板的例子中，所述板具有不同的半径)。根据其他实施例，所述第一板和第二板具有一致的表面积。
此外，电流变模块包括力传感器。所述力传感器在操作上连接到所述第二板，并被配置成测量所述第二板受到的法向力。换句话说，力传感器测量第二板自身受到的力的沿着与第二板的延伸相垂直的方向的分量。具体地，所述法向力平行于施加在上述第一板和第二板之间的电场的场线，这将在下面变得更加清楚。
优选地，所述流变仪是旋转流变仪。
仍然优选地，所述力传感器是高分辨率力传感器，例如分辨率在0.1mN和0.5mN之间。根据一个实施例，所述力传感器是称重单元(load cell)。或者，力传感器可以是压电单元、薄膜力传感器、测力计或类似的已知解决方案。
接下来，测量方法包括将电压发生器连接到所述流变仪的步骤。这种电压发生器被配置成在所述第一和第二板之间施加0Hz，即DC(直流)，的电势差。所述电压发生器能够施加在最小电势差和最大电势差之间的范围内的电压。
接下来，测量方法包括放置要测量其在0Hz下的电容率的物质的步骤。所述物质被放置在所述第一板和所述第二板之间，优选与第一板接触。
随后，该方法包括将所述第二板布置在距所述第一板的已知距离处的步骤。换句话说，在该步骤期间，第二可移动板被移动更靠近或远离第一固定板，使得其定位在所需的已知距离处。优选地，所述第一和第二板被放置在距前述板的表面区域特别短的已知距离处，使得在执行测量方法时可以有利地忽略边缘效应。例如，在圆形板的情况下，所述板之一的半径与所述已知距离的比优选大于5，甚至更优选大于10。
一旦板被放置在所需的距离处，所述测量方法包括借助于所述电压发生器在所述第一板和所述第二板之间施加0Hz的电势差的步骤。在操作上连接到第一和第二板的电压发生器被操作，以便施加在可施加的电压的上述最小值和最大值之间的范围内的电势差。具体地说，第一板连接到接地，并因此基本上处于零电势，而第二板的电势被带至基本上等于施加在平行板之间的电势差的电势。一旦施加了电压差，就在所述第一板和第二板之间建立了电场，其强度与前述板之间的电势差成比例。
随后，所述测量方法包括借助于力传感器的对所述第二板受到的法向力的测量步骤。换句话说，一旦在第一和第二板之间施加电势差并施加电场，第二板就受到力的影响，通常是相对于第一板的吸引力，这可以借助于前述力传感器来检测。这种法向力的值取决于插入在第一和第二板之间的物质的特性，以及电流变模块的尺寸特性和所施加的电势差，这将在下面变得更加清楚。
接下来，所述测量方法包括转换所述法向力以获得物质的介电电容率的步骤。具体地，所述转换步骤允许通过数学方程，根据力传感器检测的法向力来获得放置在第一和第二板之间的物质的介电电容率。
有利的是，到目前为止概述的测量方法允许执行物质在0Hz下的电容率的可靠测量，而不管物质本身的聚集状态如何。具体地，通过本方法，可以精确地获得插入在所述第一和第二板之间的物质在0Hz下的电容率，该物质可以是固态、气态或气体状态。
仍然有利的是，本方法允许特别快速地获得插入在第一和第二板之间的物质的电容率。典型地，执行本测量方法需要少于一分钟的时间线。
此外，前述测量方法允许对其电容率将被获知的物质样本进行非破坏性测量。同样，本方法不需要布置电极或其他传感器与物质接触。这些特征使得测量方法特别容易实施。
根据一个实施例，在将所述第二板布置在距所述第一板的已知距离处的步骤期间，第二板被放置成与物质接触。换句话说，第二板贴附到插入在它和第一板之间的物质。在这样的实施例中，在转换步骤中，根据以下方程获得物质的介电电容率：
其中：
-F是由力传感器测得的法向力；
-ε0是等于8,9·10-12C2/(N·m2)的真空的介电常数；
-εr是物质的相对介电常数；
-S是所述第二板的表面的面积；
-ΔV是所述第一板和第二板之间的电势差；
-D是第一板和第二板之间的已知距离。
物质的介电电容率等于ε0εr，并且可以通过将方程1反转使得对乘积ε0εr求解来获得。.
根据另一实施例，在将所述第二板布置在距所述第一板的已知距离处的步骤期间，第二板被放置成不与所述物质接触，从而在所述物质和所述第二板之间留下空气层或气垫。换句话说，在布置第二板的步骤中，在第二板和物质之间没有贴附。
在这样的实施例中，在转换步骤中，根据以下方程获得物质的介电电容率：
其中：
-ε0是等于8,9·10-12C2/(N·m2)的真空的介电常数；
-εr1是等于1.000589的空气的相对介电常数；
-εr2是物质的相对介电常数；
-S是所述第二板的表面的面积；
-ΔV是所述第一板和第二板之间的电势差；
-D1是所述空气层的厚度；
-D2是在与所述第一和第二板的延伸的垂直方向上测得的所述物质的厚度；
在这样的实施例中，第一和第二板之间的已知距离等于D1+D2，而介电电容率等于ε0εr1，并且可以通过反转和求解方程2的二次方程来获得。
注意，这里具体参考了空气层，但是本测量方法可以通过用其相对介电常数已知的其他气体元素或气体元素的混合物以代替空气来应用。
根据一个方面，测量步骤规定执行重复测量以获取所述法向力的多个样本。换句话说，测量步骤规定对第二板所受的法向力进行多次测量。有利的是，具有几个样本允许更可靠的测量。此外，与已知技术相比，执行该方法的速度允许在特别短的时间间隔内获取大量的法向力样本。
优选地，所述测量方法包括计算所述多个样本中的至少一部分的平均值的步骤。具体地，在测量步骤中重复的各测量期间捕获的多个样本的至少一部分在所述计算步骤期间被平均以提取平均值。所述平均值代表在转换步骤期间转换的法向力，即，单次测量的值被多次测量的平均值代替，例如在方程1或方程2内。有利的是，计算步骤的存在允许通过补偿各个测量的过误差或不足误差来减少测量的固有误差。因此，获得的电容率比单次测量的实施例更精确。
根据一个实施例，该测量方法规定了在执行所述重复测量时改变第一板和第二板之间的所述电势差。换句话说，在捕获法向力的多个样本期间，电势差是变化的，也就是说，电压发生器在板之间施加可变的电势差。例如，电压发生器可以对法向力的多个样本中的第一部分施加第一电势差，对多个样本中的第二部分施加第二电势差，对多个样本中的第三部分施加第三电势差，等等。有利地，响应于不同的电压捕获多个力样本允许对计算得到的电容率测量的更大验证。
根据实施例，该方法包括提取物质的极化曲线的附加步骤。事实上，一些物质响应于被暴露于外部电场会表现出残余极化，即使电场归零也是如此。这种现象通常称为极化，并借助于极化曲线来表示，也称为滞后曲线。属于该类别的物质通常被称为铁电物质。根据这样的实施例，在测量步骤期间，电势差从零电势差开始循环变化，直到达到低于或等于电压发生器可以施加的最大电势差的电势差。随后，板之间的电势差升高到大于或等于电压发生器可以施加的最小电势差的值，并且随后所述循环结束并返回到电势差的零值。换句话说，在电压发生器可以施加的电势差范围内，至少执行一个完整的循环。有利地，根据本发明的测量方法因此允许评估物质的极化曲线，例如，以确定铁电材料的滞后曲线。
特别地，提取物质的所述极化曲线的所述步骤提供了根据以下关系计算极化参数P：
其中：
-ε0是等于8,9·10-12C2/(N·m2)的真空的介电常数；
-ε是在转换步骤期间获得的物质的电容率；
-E是施加在所述第一板和第二板之间的电场，已知为施加的电势差ΔV的函数。
有利的是，该测量方法还允许利用与用于评估介电容率的架构相同的架构来评估物质的极化特性。
根据另一方面，电压发生器是具有反馈电流控制的电压发生器，其被配置成在所述测量步骤期间检测在所述物质中流动的电流。换句话说，电压发生器包括电流反馈。根据这一方面，所述测量方法包括根据以下关系导出物质的电导率参数的步骤：
其中：
-σ是物质的电导率；
-I是由电压发生器检测到的在物质中流动的电流；
-D是所述第一板和第二板之间的已知距离。
-S是所述第一板和第二板的表面积；
-ΔV是所述第一板和第二板之间的电势差；
注意，为了执行电流测量，第二板和待分析的物质之间的接触是需要的。
有利的是，该测量方法还允许利用与用于评估电容率的结构相同的架构来评估物质的电导率。
根据优选实施例，流变仪配备有温度控制模块。所述温度控制模块被配置成在测量步骤期间将电流变模块和物质保持在所需的温度。
优选地，所述温度控制模块包括在操作上连接到所述第一板的珀耳帖电池，以及用于控制所述珀耳帖电池的温度的恒温器。仍然优选地，温度控制模块被配置成在273.15K和473.15K之间的范围内调节电流变模块和物质的温度，对应于从273.15K(0℃)到473.15K(+200℃)。
或者，温度控制方法可包括电阻系统或电感系统。
有利的是，温度控制模块的存在允许监测物质的电容率对物质本身的温度的依存关系。特别地，通过温度控制模块，可以评估物质的电容率对温度的依存关系，即，可以确定物质的与物质本身所处的温度相关的介电常数。此外，在某些情况下，还可以确定被检查的物质的居里温度，即物质的铁电相和顺电相之间的转变发生时的温度。
特别是，被测的物质必须具有铁电性质。
注意，本系统如何有利地允许已知系统被用于不同目的，特别是用于流变测量，即用于评估物质的流动状态，的系统。显而易见，这种系统不是为获得被研究的物质的电特性而设计的。
根据优选实施例，所述流变仪包括在操作上连接到电流变模块的珀耳帖电池，并且其中该系统包括被配置成控制所述珀耳帖电池的温度的恒温器。
附图说明
本发明的其它方面和优点将从下面的描述中变得清楚，下面的描述是参照附图以举例的方式给出，其中：
-图1示出了根据框图的本发明的测量方法目标的步骤；
-图2描绘了根据简化视图的也是本发明目标的测量系统的实施例；
-图3示出了图2中的测量系统的细节；
-图4借助于电路框图示出了图2中的测量系统的第一配置；
-图5借助于电路框图示出了图2中的测量系统的第二配置；
-图6-11借助于图表示出了根据本发明的测量方法的结果；
-图12描绘了根据简化视图的本发明的测量系统的另一实施例；
-图13描绘了图12的测量系统的实施例的另一视图；
-图14描绘了作为施加到样本上的电压的函数的轴向力测量的图表，该轴向力是根据具有串联的三种电介质的模型测量的，其中的两种电介质(层1和3)由具有等于150μm的d1和等于300μm的d3的不同厚度的空气层构成；以及
-图15描绘了作为施加到样本上的电压的函数的轴向力测量的图表，该轴向力是根据具有串联的三种电介质的模型测量的，其中的两种电介质(层1和3)由具有相同厚度d1的空气层构成。
具体实施方式
参考图1，根据本发明的测量电容率参数ε的方法由附图标记100表示。
如图1所示，测量方法100首先包括设置包括电流变模块20的流变仪2的步骤101。优选地，流变仪2是旋转流变仪。所述流变仪2在图2中在测量系统M的上下文中示出，测量系统M也是本说明书的主题，并且在图3中更详细地示出。
在本说明书中，将以示例性而非限制性的方式参考AntonMCR/>旋转式流变仪2作为用于下述测试的设备。然而，应当注意，本测量方法100可以在适当差异的情况下，在具有与下述流变仪2类似或相似特性的电流变测量设备上实施，例如，比下述流变仪更基本的粘度计。
如图3所示，电流变模块20配备有第一板21和第二板22。所述第一板21和第二板22彼此平行。在所示的实施例中，所述第一板21和第二板22具有大致圆形的扁平形状。在其他实施例中，所述第一和第二板21和22可以采取不同的形式。
根据所示的实施例并被用于进行以下测试，所述第二板22具有与第一板21的表面积不同的表面积S。具体地说，第一板21的半径是57mm(57x10-3m)，这不同于第二板22的等于50mm(50x10-3m)的半径。根据其他实施例，第一板21和第二板22具有相同的表面积S。
具体地，第一板21相对于流变仪2的主体固定，优选地与流变仪2的主体集成在一起。第二板22是可移动的，并且因此可以自由地移动得更靠近或远离第一板21。流变仪2优选包括已知且未示出类型的至少一个致动器，用于第二板22的受控移动、平移和/或旋转。仍然优选地，所述流变仪2包括计算机化的控制单元，也是已知类型且未示出，以控制流变仪2的各组件。
电流变模块20还包括力传感器23。所述力传感器23在操作上连接到所述第二板22，并被配置成测量所述第二板22所受到的法向力F。换句话说，力传感器23测量第二板自身受到的力的沿着与第二板22的延伸相垂直的方向的分量。特别地，所述法向力F平行于将如下所示地施加在所述第一板和第二板22之间的电场E的线。
在图2和3所示的实施例中，第二板22是连接杆26的面向流变仪2的主体的一端。所述力传感器23被配置成检测第二板22受到的力的沿着连接杆26的轴向方向的分量。所述分量是法向力F。
优选地，如前所述，所述流变仪2是旋转流变仪，也就是说，所述致动器被配置成通过在连接杆26上施加扭矩来旋转所述第二板22。
根据一个实施例，所述力传感器23是具有高精度的力传感器，优选具有0.5mN的分辨率，甚至更优选0.1mN的分辨率。
在所示的与用于下面所示测试的AntonMCR/>流变仪相关的实施例中，所述力传感器23是具有0.5mN分辨率的称重单元。
如图2和3所示，电流变模块20包括可以打开和闭合的盖20C，适于在其内部包含所述第一板21和第二板22。在图3中，示出了处于打开配置的盖20C。有利的是，如下面将变得更清楚的，盖20C的存在允许隔离测量环境并在受控环境中进行测量。特别地，当盖20C闭合时，借助于特定的阀，可以使气体流入盖内，以将电流变模块20保持在受控的气氛中。根据一个方面，在盖20C内流动的气体可以是其电容率ε将被测量的物质1。
根据图1所示，测量方法100包括将电压发生器3连接到所述流变仪2的步骤102。这种电压发生器3被配置成在所述第一板21和第二板22之间施加0Hz，即DC(直流电)，的电势差ΔV。所述电压发生器3能够施加在最小电势差ΔVmin和最大电势差ΔVmax之间的范围内的0Hz的电势差ΔV。
如图3所示，电流变模块20，特别是盖20C，包括用于电压发生器3和第二板22之间的电接触的弹簧触点27。因此，电压发生器3被配置成在被连接到接地时将第二板22带到所需的电势，即0V。
在用于下面将要描述的测试的实施例中，使用了能够施加在0V(ΔVmin)和12.5kV(ΔVmax)之间的单极电势差ΔV的3HCP 14-12500电压发生器。在替代实施例中，电压发生器3是双极电压发生器，即，能够反转施加在所述第一板21和第二板22之间的电势差ΔV的极性。换句话说，利用双极电压发生器3，可以在流变仪的各板之间施加负ΔV电势差，并且因此ΔVmin小于0V。
接下来，测量方法100包括放置物质1的步骤103，该物质1在0Hz下的电容率ε将被测量。所述物质1放置在所述第一板21和所述第二板22之间，优选与第一板21接触。换句话说，物质1放置在第一板21上。
随后，测量方法100包括将所述第二板22布置104在距所述第一板21的一距离D处的步骤。换句话说，在该步骤期间，第二可移动板22典型地借助于前述精密致动器被移动得更靠近或远离第一固定板21，使得其定位在距离D处。
优选地，所述第一板21和第二板22被放置在距前述板的表面区域S特别短的距离D处，从而有利地，在执行测量方法100时可以忽略边缘效应。例如，在圆形板的情况下，第二板22的半径与距离D的比率优选大于5，甚至更优选大于10。
仍然优选地，流变仪2包括未示出的且典型地连接到用于移动第二板22的所述精密致动器的位置传感器。所述位置传感器是具有特别高分辨率的位置传感器，以便有利地确保所述第一板21和第二板22之间的距离D的精确调节。
根据图1，测量方法100包括借助于所述电压发生器3在所述第一板21和所述第二板22之间施加0Hz的电势差ΔV的步骤105。在操作上连接到第一板21和第二板22的电压发生器3被操作，以便施加在上述可以施加的电压的最小值ΔVmin和最大值ΔVmax之间的范围内的电势差ΔV。优选地，如图4和5所示，第一板21连接到接地，并因此处于基本零电势，而第二板22处于基本等于旨在施加在流变仪2的各板之间的电势差ΔV的电势。一旦施加电势差ΔV，在所述第一板21和第二板22之间建立电场E，其强度与电势差ΔV成比例。
随后，测量方法100包括借助于力传感器23测量所述第二板22受到的法向力F的测量步骤106。事实上，一旦施加了电势差ΔV，第二板22就受到力的影响，该力通常是对第一板21的吸引力类型，这可以通过前述力传感器23来检测。这种法向力F的值取决于物质1的电容率ε，以及电流变模块20的尺寸特性和电势差ΔV，这将在下面变得更加清楚。接下来，测量方法100包括转换所述法向力F以获得物质1的介电电容率ε的步骤108。如下所述，转换步骤108允许借助于数学方程以根据测量步骤106期间由力传感器23检测到的法向力F来获得物质1的介电电容率ε。换句话说，在转换步骤108期间，物质1的电容率ε作为测量的法向力F的函数被获得。
优选地，如图1中的返回回路106’所示，测量步骤106提供执行重复测量以捕获所述法向力F的多个样本。换句话说，在测量步骤106中，重复第二板22受到的法向力F的多次测量。
优选地，在捕获法向力F的多个样本的实施例中，测量方法100包括计算107所述多个样本中的至少一部分的平均值的步骤。所述平均值代表第二板22受到的法向力F，即，计算得到的平均值用于代替在测量步骤106期间单次测量的情况下所测量的单个法向力F值。
优选地，如返回回路105’所示，测量方法100提供了在执行测量步骤106时改变第一板21和第二板22之间的所述电势差ΔV。
仍然优选地，流变仪2配备有温度控制模块4、25。所述温度控制模块4、25被配置成在测量步骤106期间将所述电流变模块20和所述物质1保持在所需的温度。在所示的实施例中，所述温度控制模块包括珀耳帖电池25，该珀耳帖电池25在操作上连接到所述第一板21，具体地布置成与第一板21接触。在这样的实施例中，温度控制模块优选地包括图2中示意性示出的恒温器4，其被配置成控制所述珀尔帖电池25的温度。特别地，所述珀尔帖电池25和所述恒温器4被配置成将电流变模块20的盖20C内部的环境保持在所需的温度，该温度可以被设置在273.15K(0℃)和473.15K(+200℃)之间。温度控制模块4、25的存在允许调查物质1的电容率ε因变于所设定温度的依存关系，并且可能确定物质1本身的居里温度。
根据图4所示的实施例，在布置步骤104期间，第二板22与物质1接触，也就是说，第二板22贴附到置于它和第一板21之间的物质1上。在这样的实施例中，在转换步骤108中，根据以下方程获得物质1的电容率ε：
其中：
-F是由力传感器23测得的法向力；
-ε0是等于8,9·10-12C2/(N·m2)的真空的介电常数；
-εr是物质1的相对介电常数；
-S是所述第二板22的表面的面积；
-ΔV是所述第一板21和第二板22之间的电势差；
-D是第一板21和第二板22之间的已知距离。
物质1的介电电容率ε等于ε0εr，并且可以通过作出显式乘积ε0εr将方程1反转来获得。
图6示出了根据图4的实施例通过使用前述AntonMCR/>流变仪和HCP 14-12500电压发生器进行的测试结果。在布置步骤104期间，第一板21和第二板22之间的距离D被设定成等于1mm(10-3m)。要计算其介电常数ε的物质1由空气构成，已知所述空气在296.15K(23℃)下的相对介电常数εr等于1.00059。因此，被分析的物质1处于气体状态。测量步骤106提供了在293.15K(20℃)的受控温度下以0.05秒的间隔(总持续时间为40秒)捕获800个样本。设置步骤105提供了通过在0V和2.5kV之间以500V每间隔产生的阶梯电压斜坡来施加所述电势差ΔV。然后，在计算步骤107期间，对针对每阶电势差ΔV所捕获的法向力F值进行平均，并且在转换步骤108中，将所得的平均值用于方程1中以获得物质1的介电电容率ε。
表1
表1示出了所执行的测试的验证，突出显示了在296.15K(23℃)下空气的已知相对介电常数和通过测量方法100在293.15K(20℃)下针对施加的每个电势差ΔV所获得的相对介电常数εr之间的百分比偏差。显然，根据本发明的测量方法特别精确。图7示出了第二次测试的结果，该测试采用与上例相同的测量架构，但使用了Wacker Chemie AG制造的FLUID TR-50作为物质1，这是一种基于聚二甲基硅氧烷的商用短链硅油，主要用作变压器中的冷却和绝缘流体。因此，被分析的物质1处于液态。对于这种物质1，制造商声明在50Hz下的相对介电常数εr为2.55±0.05。在布置步骤104期间，第一板21和第二板22之间的距离D被设定成等于0.8mm(8x10-4m)。测量步骤106提供了在293.15K(20℃)的受控温度下以0.05秒的间隔(总持续时间为40秒)捕获800个样本。设置步骤105通过在0V和2.4kV之间以400V的间隔产生的阶梯电压斜坡来施加所述电势差ΔV。然后，在计算步骤107期间，对针对每阶电势差ΔV所捕获的法向力F值进行平均，并且将所得的平均值用于方程1中以获得物质1的电容率ε，并且从而也获得相对介电常数。
表2
表2示出了所执行的测试的结果，突出显示了对于施加在第一板21和第二板22之间的每个电势差ΔV，在50Hz下所述的已知相对介电常数εr和通过测量方法100获得的0Hz下的相对介电常数εr之间的百分比偏差。请注意，归因于称重单元的分辨率(0.5mN)，测量如何在低电压下不太可靠，此时法向力的绝对值小于在较高电势差下的绝对值。
根据图5的实施例，在布置步骤104期间，第二板22被放置成不与所述物质1接触，从而在所述物质1和所述第二板22之间留下具有厚度D1的空气层或气垫。显然，在第二板22和物质1之间没有贴附。在这样的实施例中，在转换步骤108中，根据以下方程获得物质1的电容率ε：
其中：
-ε0是等于8,9·10-12C2/(N·m2)的真空的介电常数；
-εr1是等于1.00059的空气的相对介电常数；
-εr2是物质1的相对介电常数；
-S是所述第一板21和第二板22的表面积；
-ΔV是所述第一板21和第二板22之间的电势差；
-D1是所述空气层的厚度；
-D2是在与所述第一板21和第二板22的延伸的垂直方向上测量的所述物质1的厚度。
在这样的实施例中，第一板21和第二板22之间的距离等于D1+D2，而介电电容率ε等于ε0εr1，并且可以通过反转和求解方程2的二次方程来获得。
注意，空气层可由其相对介电常数已知为εr1的其他气体元素或气体元素的混合物来替代。
图8示出了根据图5的实施例的还是通过使用前述AntonMCR/> 流变仪和/>HCP 14-12500电压发生器执行的测试的结果。这种测试是针对固态物质1，特别是具有50mm(5x10-2m)直径和0.92mm(9.2x10-4m)平均厚度D2的光学级玻璃盘。关于物质1，我们知道制造商所述的相对介电常数εr在100Hz时等于6.79。
在布置步骤104期间，第一板21和第二板22之间的距离D被设定成等于1.5mm(1.5x10-3m)，从而在第二板22和物质1之间留下厚度D2等于0.58mm(5.8x10-4m)的空气层。测量步骤106提供用于在293.15K(20℃)的受控温度下以0.05s的间隔(总持续时间为)捕获800个样本。设置步骤105提供用于通过在0V和2.5kV之间以500V的间隔产生阶梯电压斜坡来施加所述电势差ΔV。然后，在计算步骤107期间，对针对每阶电势差ΔV的法向力F值进行平均，并且在转换步骤108中，将所得平均值用于方程2中以获得物质1的介电电容率ε。
表3
表3示出了所执行的测试的结果，突出显示了对于施加在第一板21和第二板22之间的每个电势差ΔV，在100Hz下所述的已知相对介电常数εr和通过测量方法100获得的0Hz下的相对介电常数εr之间的百分比偏差。
根据一个实施例，测量方法100包括提取物质1的极化曲线CP(也称为滞后曲线CP)的步骤109。测量方法100的所述实施例特别适用于呈现铁电行为的物质，并且要求通过在电压发生器3可以施加的电势差ΔV的范围[ΔVmin,ΔVmax]内执行完整的循环来改变第一板21和第二板22之间的电势差ΔV。具体地，在测量步骤106期间，电势差ΔV从初始的零电势差周期性地变化，直到达到低于或等于最大电势差ΔVmax的电势差。随后，板之间的电势差ΔV升高到大于或等于最小电势差ΔVmin的值，并且然后通过返回到电势差ΔV的零值来结束测量。所述循环可以被执行一次或多次
特别地，提取109极化曲线CP的步骤提供用于计算极化参数P。所述极化参数P根据以下关系式计算：
其中：
-ε0是等于8,9·10-12C2/(N·m2)的真空的介电常数；
-ε是在转换步骤108期间计算出的物质1的电容率；
-E是施加在所述第一板21和第二板22之间的电场，作为电势差ΔV的函数获得。
具体来说，该参数(ε/ε0-1)被称为电极化率，且通常用符号χ表示。
图9和10示出了通过使用与先前测试所采用的相同的测量系统(Anton MCR/>和FUG电压发生器/>HCP 14-12500)来评估铁电物质1的极化曲线CP的测试的结果。该测试是在固态物质1上进行的，特别是保持在293.15K(20℃)恒温下的平均厚度D2为1.02mm(1.02x10-3m)的商业聚偏二氟乙烯(PVDF)盘(/>6010，由制造)。在布置步骤104期间，第一板21和第二板22之间的距离D被设定成等于1.5mm(1.5x10-3m)，从而在第二板22和物质1之间留下厚度D2等于0.48mm(4.8x10-4m)的空气层。测量步骤106提供用于以0.05秒的间隔(总持续时间为40秒)捕获800个样本。设置步骤105提供用于通过产生三角电压波来施加所述电势差ΔV。如图9所示，电势差ΔV从0V线性增加到4kV，并且然后返回到0V。应该注意，对于该测试，不执行平均值的计算步骤107，并且对于每阶电势差ΔV，通过方程2执行转换步骤108以获得物质1的介电电容率ε。注意如何在测试结束时，即当电势差ΔV在40秒时返回到0V时，如何在第二板22上检测到非零法向力F，这表示即使在没有施加电场E的情况下的物质1的剩余极化。
一旦介电电容率ε和施加在第一板21和第二板22之间的电场E已知，通过方程3，可以在执行测试的每个时刻获得极化参数P，并绘制图10的极化曲线CP，其中极化参数P与施加的电场E相关。由于HCP 14-12500电压发生器是单极生成器，因此，不可能通过分析负电势差ΔV来跟踪材料的整个滞后循环。在其他实施例中，通过使用能够反转所施加的电势差ΔV的极性的电压发生器3，可以获得物质1的整个极化曲线CP。
优选地，电压发生器3是具有电流反馈控制的电压发生器，也称为具有电流反馈的电压发生器。这种类型的电压发生器3被配置成在所述测量步骤108期间检测在所述物质1中流动的电流I。根据这一方面，测量方法100包括根据以下关系导出110物质1的电导率参数σ的步骤：
其中：
-σ是物质1的电导率；
-I是由电压发生器3检测到的在物质1中流动的电流；
-D是第一板21和第二板22之间的已知距离；
-S是所述第一板21和第二板22的表面积；
-ΔV是所述第一板21和第二板22之间的电势差；
注意，为了执行电导率参数σ的推导步骤110，物质1与第二板22之间的接触是必需的。
图11示出了通过使用测量架构((AntonMCR/>流变仪和/>HCP14-12500电压发生器)对保持在293.15K(20℃)受控温度下的商用甘油液体样本进行测试时检测到的电流。请注意，/>HCP 14-12500电压发生器有一个电流反馈回路，其饱和水平等于1mA。在布置步骤104期间，第一板21和第二板22之间的距离D被设定成等于1.3mm(1.3x10-3m)。设置步骤105提供用于通过在0V和200V之间以50V的间隔产生的阶梯电压斜坡来施加所述电势差ΔV。对于每个施加的电势差ΔV的值，通过反馈回路检测在物质1内部流动的电流I。最后，在推导步骤110期间，根据方程4获得物质1的电导率参数σ。
表4示出了刚刚描述的测试结果，涉及电势差ΔV、检测的电流I和导出的电导率σ。注意，检测到的电流I如何随着施加的电势差ΔV而线性增加，同时随着电势差ΔV改变而导出的电导率σ保持基本恒定。
表4
注意本说明书中示出的测量方法100和测量系统M是如何特别通用的。事实上，借助于设计用于其他类型的测量(例如流变测量)的架构，测量方法100和测量系统M允许特别可靠和快速地测量物质1在0Hz下的电特性，而不管其聚集状态如何。此外，从本描述中可以看出，测量方法100和测量系统M不仅仅限于测量物质1的电容率ε，还允许通过使用已知用于其他目的的仪器来确定物质本身的极化和导电特性。
图12根据简化视图描绘了本发明的测量系统的另一实施例。
在前面的描述中已经描述的测量方法可以扩展到由3个电介质构成的系统的更一般的情况。在本例中，测量系统由在流变仪的两个板之间堆叠(串联)的3个电介质构成，所述电介质分别具有介电常数εr1、εr2和εr3以及厚度d1、d2和d3，如图12所示。
在本模型中，通过使用方程称为ΔV的施加在顶板(通电)和底板(处于地电位)之间的电势差可以被估计作用在与具有介电常数εr1的电介质接触的顶板上的力F。代数上，当边缘效应可以忽略时(即，如果三个厚度的总和至少低于顶板直径的1/10)，使用方程：
-其中S代表上部电极的表面积(在其上进行力的测量)，并且ε0是等于8,9·10- 12C2/(N·m2)的真空的介电常数
具有三种电介质的模型在提高固体和液体样本的测量精度方面是有用的。
事实上，在前面描述的具有两种电介质的模型中，测量可能受到误差的影响，该误差是由即使在介电常数要被测量的盘状样本的完全平坦的条件下，在下板21和样本本身之间也总是有一空气层(无论多么微小,其厚度难以估计)的事实所导致的。
解决这一问题的建议方案是：通过使用专门开发的可调节支架，将待测固体样本的盘悬挂在流变仪的两块板之间，从而在样本上方和下方(或更好地在样本和两块板之间)留下厚度可控的空气层。
所提出的配置在图13中示出，其中可以看到待测的样本1、接地的下板21和通电的上板22。
在假设两个空气层具有相同厚度d1的情况下，可以通过考虑接触电极的各层的电介质也具有相同的介电常数εr1来简化上述方程。
在这些条件下，前面的方程可以改写为：
其中一旦已知样本和两个空气层的厚度，并且已知上电极的表面S，就可以容易地获得固体样本的未知介电常数。除了完美控制样本和流变仪的两块板之间的空气层之外，该测量方法还可以允许避免众所周知的电极本身的极化问题。
如果在具有介电常数εr2的层中使用已知介电常数的材料，则具有3个电介质的配置也可以用于(具有一个和两个电介质的系统，其中在自由液体表面和顶板之间留有一个空气层先前已经提出用于)测量液体样本。在这种情况下，通过将未知介电常数的液体限制在固体样本之下(即，在对应于具有相对介电电容率εr3的电介质的位置中)，可以消除流体动力学不稳定性的可能影响(电场越大越有可能)和由被测液体的表面张力引起的可能边缘影响。
因此，一般而言，在本发明的测量方法中，在将所述第二板(22)布置在距所述第一板(21)距离(D)处的步骤期间，在所述转换步骤(108)中，通过使用以下方程来获得物质(1)的所述电容率(ε)：
其中：
-ε0是等于8,9·10-12C2/(N·m2)的真空的介电常数；
-εr1是与同所述第二可移动板(22)接触的材料相关的介电常数；
-εr2是在所述中间层中的所述物质的所述相对介电常数；
-εr3是与和所述第一固定板(21)接触的所述介电材料相关的所述介电常数；
-S是所述第二板(22)的所述表面的面积；
-ΔV是所述第一板21和第二板22之间的电势差；
-d1是与所述第二板(22)接触的介电材料的厚度；
-d2是在中间层中的材料的厚度；
-d3是与所述第一板(21)接触的介电材料的厚度；
所述距离(D)等于d1+d2+d3，并且
所述介电电容率(ε)在如下情况下等于ε0εr2：第二板(22)被放置成不与所述物质(1)接触的，这样在所述物质(1)和第二板(22)之间留下由第一介电材料构成的层，并且第一板(21)被放置成不与所述物质(1)接触，这样在所述物质(1)和所述第一板(21)之间留下由第二介电材料构成的层，或者
所述介电电容率(ε)在如下情况下等于ε0εr1：第二板(22)被放置成与所述物质(1)接触而第一板(21)被放置成不与所述物质(1)接触，这样在所述物质(1)和所述第一板(21)之间留下由第一和第二介电材料组成的两个层，或者
所述介电电容率(ε)在如下情况下等于ε0εr3：第一板(21)被放置成与所述物质(1)接触而第二板(22)被放置成不与所述物质(1)接触，这样在所述物质(1)和所述第二板(22)之间留下由第一和第二介电材料组成的两个层。
一般来说，具有未知电容率的材料(测量对象)可以放置在这三层中的任何一层中，只要其他两层的介电常数(当然还有所有厚度)是已知的。
例如，在液体样本的情况下，液体可以被注入到第一位置或第三位置中，所述第一位置与和力传感器集成在一起的第二可移动板22接触，而所述第三位置与第一板21接触。
在这两种情况下，流体动力学不稳定性的影响都将被抑制，而如果液体处于对应于具有介电常数εr1的层的位置中，液体的表面张力的影响仍将存在。
在该配置用于固体样本的情况下，待测的物质将处于第二位置(即，在中心)，而在液体样本的情况下，它将优选处于第三位置(因此未知量将是εr3)或者甚至处于第一位置(并且未知量将是εr1)。
示例I-具有串联的3个电介质的模型的验证-方程(5)
通过测量由MicroChemicals GmbH制造的熔融石英样本构成的固体样本的介电常数(预期的介电常数在3.6和3.9之间)，验证具有串联的三个电介质的模型，其中的两个电介质(层1和3)由不同厚度的空气层构成，厚度d1等于150μm，而厚度d3等于300μm(由Keyence制造的两个三角激光传感器测得)，激光切割成直径为62mm且厚度为520±2μm的盘形式。使用Anton Paar MCR 302旋转流变仪执行测量，该旋转流变仪配备有电流变模块，其可从位于萨皮恩扎的SNN实验室获得，包括DC电压发生器，商标名为FUG，型号为HCP 14-12500。该测量提供用于在顶板和底板(接地)之间施加电压，通过使阶梯电压斜坡(图14)以500V的间隔随时间在0V和2kV之间增加，并测量在顶板上检测到的相应力。
表5
表5示出了所执行的测试的结果，突出显示了在根据相对于方程5的模型(对于3.9的相对介电常数)的预期轴向力和对于施加在第一板21和第二板22之间的每个电势差ΔV由测量方法100获得的相应力之间的百分比偏差。
实施例II-模型验证(方程6)
通过测量由MicroChemicals GmbH制造的熔融石英固体样本的介电常数(预期介电常数在3.6和3.9之间)，验证了具有串联的三个电介质的模型，其中的两个电介质(层1和3)由相同厚度d1的空气层构成，激光切割成直径为62mm且厚度为520±2μm的盘形式。通过使用Anton Paar MCR 302旋转流变仪执行测量，该旋转流变仪配备有电流变模块，器可从位于萨皮恩扎的SNN实验室获得，包括DC电压发生器，商标名为FUG，型号为HCP 14-12500。该测量提供了在顶板和底板(接地)之间施加电压，通过使阶梯电压斜坡(图15)以500V的间隔随时间在0V和2kV之间增加，并测量在顶板上检测到的相应力。
具体而言，图15描绘了作为所施加电压的函数的轴向力测量的曲线图，所述测量在20℃下在距离两个电极等距离的石英玻璃盘上执行，将板之间的距离设置成1.02mm，将两侧上的样本和电极之间的距离设置成250μm。
表6
表6示出了所执行的测试的结果，突出显示了根据相对于方程6的模型(对于相对介电常数等于3.9)的预期轴向力和对于施加在第一板21和第二板22之间的每个电势差ΔV通过测量方法100获得的相应力之间的百分比偏差。
如上所述，温度控制模块4、25的存在允许调查物质1的电容率ε的因变于所设定温度的依存关系，并且可能确定物质1本身的居里温度。
事实上，众所周知，铁电居里温度是在铁电相和顺电相之间的转变发生时的温度。
利用本发明的系统和方法，对于在热控制系统覆盖的温度范围内经历相变的材料而言，可以标识相关材料的居里温度。
例如，利用本发明的系统，有可能标识钛酸钡的居里温度，其大约是120℃。
在不脱离本发明的范围的情况下，可以对这里描述的本发明进行由偶然或特定原因指定的修改或改进。
Claims (15)
1.一种物质(1)无论其聚集状态如何在0Hz下的电容率(ε)的测量方法(100)，包括以下步骤：
-预布置(101)包括电流变模块(20)的流变仪(2)，所述电流变模块(20)提供有彼此平行的第一板(21)和第二板(22)，所述第一板(21)是固定的，而所述第二板(22)是能移动的，所述流变仪(2)还包括力传感器(23)，所述力传感器在操作上连接到所述第二板(22)并且被配置成测量所述第二板(22)受到的法向力(F)；
-将电压发生器(3)连接(102)到所述流变仪(2)，所述电压发生器(3)被配置成在所述第一板(21)和所述第二板(22)之间施加在最小电势差(ΔVmin)和最大电势差(ΔVmax)之间的范围内的0Hz的电势差(ΔV)；
-将所述物质(1)放置(103)在所述第一板(21)和所述第二板(22)之间；
-将所述第二板(22)布置(104)在距所述第一板(21)的已知距离(D)处；
-借助于所述电压发生器(3)在所述第一板(21)和所述第二板(22)之间施加(105)0Hz的所述电势差(ΔV)；
-借助于所述力传感器(23)测量(106)所述第二板(22)受到的所述法向力(F)；
所述方法的特征在于，它包括转换(108)所述法向力(F)以获得所述物质(1)的所述电容率(ε)的步骤。
2.根据权利要求1所述的测量方法(100)，其特征在于，在将所述第二板(22)布置(104)在距所述第一板(21)的一距离(D)处的步骤期间，所述第二板(22)被放置成与所述物质(1)接触；
并且其中，在所述转换步骤(108)中，根据以下方程获得所述物质(1)的所述电容率(ε)：
其中：
-F是由所述力传感器测得的所述法向力；
-ε0是等于8,9·10-12C2/(N·m2)的真空的介电常数；
-εr是所述物质(1)的相对介电常数的参数；
-S是所述第二板(22)的表面的面积；
-ΔV是所述第一板(21)和第二板(22)之间的所述电势差(ΔV)；
-D是所述第一板(21)和第二板(22)之间的所述距离(D)；
所述电容率(ε)等于ε0εr。
3.根据权利要求1所述的测量方法(100)，其特征在于，在将所述第二板(22)布置在距所述第一板(21)的一距离(D)处的步骤期间，所述第二板(22)不被放置成与所述物质(1)接触，这样在所述物质(1)和所述第二板(22)之间留下一空气层；
并且其中，在所述转换步骤(108)中，通过使用如下方程获得所述物质(1)的所述电容率(ε)：
其中：
-ε0是等于8,9·10-12C2/(N·m2)的真空的介电常数；
-εr1是等于1.000589的空气的相对介电常数；
-εr2是所述物质(1)的相对介电常数的参数；
-S是所述第二板(22)的表面的面积；
-ΔV是所述第一板(21)和所述第二板(22)之间的所述电势差(V)；
-D1是所述空气层的厚度；
-D2是在所述第一板(21)和所述第二板(22)的延伸的垂直方向上测得的所述物质的厚度；
所述距离(D)等于D1+D2并且所述电容率(ε)等于ε0εr1。
4.根据前述权利要求中任一项所述的测量方法(100)，其特征在于，所述测量步骤(106)包括执行重复测量以捕获所述法向力(F)的多个样本。
5.根据前述权利要求所述的测量方法(100)，其特征在于，还包括计算(107)所述多个样本中的至少一部分的均值的步骤，所述均值代表在所述转换步骤(108)期间转换的所述法向力(F)。
6.根据权利要求4或5所述的测量方法(100)，其特征在于，所述测量步骤(106)包括在执行所述重复测量时改变所述电势差(ΔV)。
7.根据前述权利要求的测量方法(100)，其特征在于，还包括提取(109)所述物质(1)的极化曲线(CP)的步骤。
8.根据前述权利要求的测量方法(100)，其特征在于，所述提取(109)所述物质(1)的所述极化曲线(CP)的步骤包括根据以下关系计算极化参数(P)：
其中：
-ε0是等于8,9·10-12C2/(N·m2)的真空的介电常数；
-ε是在所述转换步骤(108)期间计算出的所述物质(1)的电容率；
-E是施加在所述第一板(21)和第二板(22)之间的电场强度。
9.根据前述权利要求中任一项所述的测量方法(100)，其特征在于，所述电压发生器(3)是具有反馈电流控制的、被配置成在所述测量步骤(106)期间检测在所述物质(1)中流动的电流(I)的电压发生器；所述测量方法(100)包括根据以下关系导出(110)所述物质(1)的电导率参数(σ)的步骤：
其中：
-σ是所述物质(1)的电导率；
-I是由所述电压发生器(3)检测到的在所述物质(1)中流动的电流；
-D是所述第一板(21)和所述第二板(22)之间的所述距离；
-S是所述第二板(22)的表面的面积；
-ΔV是所述第一板(21)和第二板(22)之间的所述电势差。
10.根据前述权利要求中任一项所述的测量方法(100)，其特征在于，所述流变仪(2)配备有温度控制模块(4，25)，所述温度控制模块被配置成在所述测量步骤(106)期间将所述电流变模块(20)和所述物质(1)保持在所需的温度。
11.根据前述权利要求所述的测量方法(100)，其特征在于，所述温度控制模块包括从珀尔帖电池(25)、电阻系统或电感系统中选择的元件以及用于所述元件的温度控制的恒温器(4)，所述元件在操作上连接到所述第一板(21)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的测量方法(100)，其特征在于，所述力传感器(23)是称重单元。
13.根据权利要求1所述的测量方法(100)，其特征在于，在将所述第二板(22)布置在距所述第一板(21)的一距离(D)处的步骤期间，在所述转换步骤(108)中，通过使用以下方程来获得所述物质(1)的所述电容率(ε)：
其中：
-εr1是与所述第二能移动板(22)接触的材料的介电常数；
-εr2是在中间层中的所述物质的相对介电常数；
-εr3是与同所述第一固定板(21)接触的介电材料相关的介电常数；
-S是所述第二板(22)的表面的面积；
-ΔV是所述第一板(21)和第二板(22)之间的电势差(V)；
-d1是与所述第二能移动板(22)接触的所述介电材料的厚度；
-d2是在所述中间层中的所述材料的厚度；
-d3是与所述第一固定板(21)接触的所述介电材料的厚度；
所述距离(D)等于d1+d2+d3，并且
所述介电电容率(ε)在如下情况下等于ε0εr2：所述第二板(22)被放置成不与所述物质(1)接触，这样在所述物质(1)和所述第二板(22)之间留下由第一介电材料构成的层，并且所述第一板(21)被放置成不与所述物质(1)接触，这样在所述物质(1)和所述第一板(21)之间留下由第二介电材料组成的层，或者
所述介电电容率(ε)在如下情况下等于ε0εr1：所述第二板(22)被放置成与所述物质(1)接触，而所述第一板(21)被放置成不与所述物质(1)接触，这样在所述物质(1)和所述第一板(21)之间留下由第一和第二介电材料组成的两个层，或者
所述介电常数(ε)在如下情况等于ε0εr3：所述第一板(21)被放置成与所述物质(1)接触，而所述第二板(22)被放置成不与所述物质(1)接触，这样在所述物质(1)和所述第二板(22)之间留下由第一和第二介电材料组成的两个层。
14.根据权利要求13所述的测量方法(100)，其特征在于，在将所述第二板(22)布置在距所述第一板(21)的一距离(D)处的步骤期间，所述第二板(22)不被放置成与所述物质(1)接触，这样在所述物质(1)和所述第二板(22)之间留下一空气层，并且所述第一板(21)被放置成不与所述物质(1)接触，这样在所述物质(1)和所述第一板(21)之间留下一空气层；
并且其中，在所述转换步骤(108)中，所述物质(1)的电容率(ε)是通过使用下述方程获得的：
其中：
-ε0是等于8,9·10-12C2/(N·m2)的真空的介电常数；
-εr1是等于1.000589的空气的相对介电常数；
-εr2是所述物质(1)的相对介电常数的参数；
-S是所述第二板(22)的表面的面积；
-ΔV是所述第一板(21)和第二板(22)之间的电势差(V)；
-d1是所述空气层的厚度；
-d2是在所述第一板(21)和第二板(22)的延伸的垂直方向上测量的所述物质的厚度；
所述距离(D)等于2d1+d2并且所述电容率(ε)等于ε0εr2。
15.根据前述权利要求中任一项所述的测量方法(100)，其特征在于，在所述测量步骤(106)期间，通过使用温度控制模块来调查所述物质(1)的所述电容率(ε)的因变于所设定温度的依存关系，以便确定所述物质(1)本身的居里温度，来提供控制所述电流变模块(20)和所述物质(1)的温度的步骤。
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