薄膜介電常數(shù)測(cè)試儀

一、概述

1、介電常數(shù)測(cè)試儀遵守的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：

《JJG563-2004高壓電容電橋檢定規(guī)程》;

《JB1811-92壓縮氣體標(biāo)準(zhǔn)電容器》;

《GB1409-2006固體絕緣材料相對(duì)介電常數(shù)和介質(zhì)損耗因數(shù)的試驗(yàn)方法》;

高壓電橋主要用于測(cè)量高壓工業(yè)絕緣材料的介質(zhì)損失角的正切值及電容量。其采用了西林電橋的經(jīng)典線路。電橋由橋體、指另儀、跟蹤器組成，本電橋特別適用測(cè)量各類絕緣油和絕緣材料的介損（tgδ）及介電常數(shù)（ε）。介電常數(shù)介質(zhì)損耗測(cè)試儀適用于科研單學(xué)、學(xué)校、工廠等單位對(duì)無(wú)機(jī)非金屬新材料性能的應(yīng)用研究。

2、介電常數(shù)測(cè)試儀電橋的特點(diǎn)；

◆橋體內(nèi)附電位跟蹤器及指零儀，外圍接線及少。

◆電橋采用接觸電阻小，機(jī)械壽命長(zhǎng)的十進(jìn)開(kāi)關(guān)，保證測(cè)量的穩(wěn)定性

◆儀器具有雙屏蔽，能有效防止外部電磁場(chǎng)的干擾。

◆儀器內(nèi)部電阻及電容元件經(jīng)特殊老化處理，使儀器技術(shù)性能穩(wěn)定可靠。

◆內(nèi)附高壓電源精度3%

◆內(nèi)附標(biāo)準(zhǔn)電容損耗﹤0.00005，名義值100pF

薄膜介電常數(shù)測(cè)試儀

二、技術(shù)指標(biāo)

1、介電常數(shù)測(cè)試儀技術(shù)指標(biāo)

◆1-1測(cè)量范圍及誤差。

本電橋的環(huán)境溫度為20±5℃，相對(duì)濕度為30%-80%條件下，應(yīng)滿足下列表中的技術(shù)指示要求。

在Cn=100 pF R4=3183.2（Ω）時(shí)。

測(cè)量項(xiàng)目 測(cè)量范圍 測(cè)量誤差。

電容量Cx 40pF—20000pF ±0.5% Cx±2pF。

介損損耗tgδ 0-1 ±1.5% tgδx±0.0001。

在Cn=100 pF R4=318.3（Ω）時(shí)。

測(cè)量項(xiàng)目 測(cè)量范圍 測(cè)量誤差。

電容量Cx 4pF—2000pF ±0.5% Cx±3pF。

介損損耗tgδ 0-0.1 ±1.5% tgδx±0.0001。

◆1-2電橋測(cè)量靈敏度

電橋在使用過(guò)程中，靈敏度直接影響電橋平穩(wěn)衡的分辨程度，為保證測(cè)量準(zhǔn)確度，希望電橋靈敏度達(dá)到一定的水平。通常情況下電橋靈敏度與測(cè)量電壓，標(biāo)準(zhǔn)電容量成正比。在下面的計(jì)算公式中，用戶可根據(jù)實(shí)際情況估算出電橋靈敏度水平，在這個(gè)水平上的電容與介質(zhì)損耗因數(shù)的微小變化都能夠反應(yīng)出來(lái)。

ΔC/C或Δtgδ=Ig/UωCn(1+Rg/R4+Cn/Cx)。

式中: U 為測(cè)量電壓伏特 (V)。

ω為角頻率2πf=314(50Hz)。

Cn標(biāo)準(zhǔn)電容器容量法拉(F)。

Ig通用指零儀的電流5×10-10 安培(A)。

Rg平衡指零儀內(nèi)阻約1500 歐姆(Ω)。

R4橋臂R4阻值3183 歐姆(Ω)。

Cx被測(cè)試品電容值法拉(pF)。

◆1-3工作電壓說(shuō)明

在使用中，本電橋頂A，B對(duì)V點(diǎn)的電壓高不超過(guò)11V，R3橋臂各盤(pán)的電流不超過(guò)下列規(guī)定：

10×1kΩ 1max≤15mA。

10×100Ω 1max≤120mA。

10×10Ω l max≤150mA。

用戶在使用前應(yīng)注意以上的問(wèn)題。如不清楚，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)電壓及標(biāo)準(zhǔn)電容量，按以下公式來(lái)計(jì)算出大概的工作電流。

I=ω V C。

◆1-4輔橋的技術(shù)特性：

不失真跟蹤電壓0～11V（有效值）。

◆1-5指零裝置的技術(shù)特性。

在50Hz時(shí)電壓靈敏度不低于1×10-6V/格。

電流靈敏度不低于2×10-9 A/格。

二次諧波 減不小于25dB。

三次諧波 減不小于50dB。

2、介電常數(shù)測(cè)試儀電橋測(cè)量靈敏度

電橋在使用過(guò)程中，靈敏度直接影響電橋平穩(wěn)衡的分辨程度，為保證測(cè)量準(zhǔn)確度，希望電橋靈敏度達(dá)到一定的水平。通常情況下電橋靈敏度與測(cè)量電壓，標(biāo)準(zhǔn)電容量成正比。在下面的計(jì)算公式中，用戶可根據(jù)實(shí)際情況估算出電橋靈敏度水平，在這個(gè)水平上的電容與介質(zhì)損耗因數(shù)的微小變化都能夠反應(yīng)出來(lái)。

ΔC/C或Δtgδ=Ig/UωCn(1+Rg/R4+Cn/Cx)

式中: U 為測(cè)量電壓 伏特 (V)

ω為角頻率2πf=314(50Hz)

Cn標(biāo)準(zhǔn)電容器容量法拉(F)

Ig通用指零儀的電流5×10^-10 安培(A)

Rg平衡指零儀內(nèi)阻約1500 歐姆(Ω)

R4橋臂R4阻值3183 歐姆(Ω)

Cx被測(cè)試品電容值法拉(pF)

3、介電常數(shù)測(cè)試儀工作電壓說(shuō)明

在使用中，本電橋頂A，B對(duì)V點(diǎn)的電壓高不超過(guò)11V，R3橋臂各盤(pán)的電流不超過(guò)下列規(guī)定：

10×1kΩ 1max≤15mA

10×100Ω 1max≤120mA

10×10Ω l max≤150mA

用戶在使用前應(yīng)注意以上的問(wèn)題。如不清楚，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)電壓及標(biāo)準(zhǔn)電容量，按以下公式來(lái)計(jì)算出大概的工作電流。

I=ω V C

4、介電常數(shù)測(cè)試儀輔橋的技術(shù)特性：

不失真跟蹤電壓0～11V（有效值）

5、介電常數(shù)測(cè)試儀指零裝置的技術(shù)特性：

在50Hz時(shí)電壓靈敏度不低于1×10^-6V/格

電流靈敏度不低于2×10^-9 A/格

二次諧波 減不小于25dB

三次諧波 減不小于50dB

▲內(nèi)附0-2500的數(shù)顯高壓電源及100PF標(biāo)準(zhǔn)電容器，并可按用戶要求擴(kuò)裝外接標(biāo)準(zhǔn)電容線路。

三、介電常數(shù)測(cè)試儀電橋工作原理

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BQS-37a型高壓電橋采用典型的西林電橋線路。C4橋臂在基本量程時(shí)，與R4橋臂并聯(lián)，測(cè)量數(shù)值為正損耗因數(shù)。結(jié)構(gòu)采用了雙層屏蔽。并通過(guò)輔橋的輔助平衡，消除寄生參數(shù)對(duì)電橋平衡的影響。輔橋由電位自動(dòng)電位跟蹤器與內(nèi)層屏蔽（S）組成。自動(dòng)跟蹤器由電子元器件組成。它在橋頂B處取一輸入電壓，通過(guò)放大后，在內(nèi)屏蔽（S）產(chǎn)生一個(gè)與B電位相等的電壓。當(dāng)電橋在平衡時(shí)，A,B,S三點(diǎn)電位必然相等，從而達(dá)到自動(dòng)跟蹤的目的。

本電橋在平衡過(guò)程中，輔橋采用自動(dòng)電位跟蹤，在主橋平衡過(guò)程的同時(shí)，輔橋也自動(dòng)跟蹤始終處于平衡的狀態(tài)，用戶只要對(duì)主橋平衡進(jìn)行操作就能得到可靠的所需數(shù)據(jù)。同時(shí)也有效的抑制了電壓波動(dòng)對(duì)平衡所帶來(lái)的影響。在指零部分，采用了指針式電表指示，視覺(jué)直觀，分辨清楚，克服了以往振動(dòng)式檢流計(jì)的缺點(diǎn)。

1、介電常數(shù)測(cè)試儀橋體的組成

電橋各臂的組成

第1臂：由被測(cè)對(duì)象Cx組成Z₁。

第2臂：由高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器Cn組成Z₂。

第三3臂：由十進(jìn)電阻器10×（1000＋100＋10＋1＋0.1）歐姆和滑線電阻（0-0.13）歐姆組成Z₃。

第4臂：由十進(jìn)電容臂10×（0.1＋0.01＋0.001＋0.0001）uf和可變電容器100pF組成C4再與電組R4并聯(lián)組成Z4。

2、介電常數(shù)測(cè)試儀計(jì)算公式

Cx=R4× Cn / R3 R4[Ω] R3[Ω] Cn[pF] Cx[pF]

tgδ=ω·R4·C4 R4[Ω] C4[F]

當(dāng)R4=10K/π

tgδ=C4

當(dāng)R4=1K/π

tgδ=0.1C4

我們采取相對(duì)固定R4電阻，分別調(diào)節(jié)R3和C4使橋跟平衡，從而測(cè)得試品的電容值Cx和介質(zhì)損耗tg。本電橋?yàn)榱酥弊x出損耗值，取電阻R4的阻值為角頻率（f=50Hz）若干倍。

3、介電常數(shù)測(cè)試儀公式說(shuō)明

.頻率對(duì)介質(zhì)損耗正公式：

本電橋額定的工作頻率f=50Hz，在實(shí)際工作頻率偏離額定頻率時(shí)可用修正式進(jìn)行修正：

tg=f^’·tgδ / f：

式中：f 為額定工作頻率（f=50Hz）：

f’ 為實(shí)際工作頻率：

tgδ 電橋測(cè)得損耗值：

tgδ 為被測(cè)試品介質(zhì)損耗角正切的實(shí)際值：

四、介電常數(shù)測(cè)試儀安全操作規(guī)程

1. 本儀器必須有專人負(fù)責(zé)保管，使用，非專職操作者應(yīng)在使用前了解和熟悉本說(shuō)明書(shū)，以免造成不必要的損失和事故。
2. 每次使用前應(yīng)仔細(xì)檢查接地線是否完好，確保以后方可通電使用。
3. 接通電源前應(yīng)將靈敏度開(kāi)關(guān)調(diào)到低位置。
4. 測(cè)量試品前應(yīng)先對(duì)試品進(jìn)行高壓試驗(yàn)，證明在電橋工作電壓下無(wú)噪聲，電離等現(xiàn)象出現(xiàn)，然后才能進(jìn)行測(cè)試（若試品己做過(guò)高壓試驗(yàn)，該項(xiàng)可不必每次測(cè)量都做）。
5. 對(duì)試品施加高壓時(shí)緩慢升高，不可以加突變電壓。
6. 測(cè)試時(shí)操作人員必須集中思想，工作前做好一切準(zhǔn)備工作，測(cè)試地點(diǎn)周?chē)鷳?yīng)有明顯的標(biāo)記或金屬屏蔽圍成高壓危險(xiǎn)區(qū)，以防止非操作人員闖入。
7. 在測(cè)量過(guò)程中，如有放電管發(fā)光時(shí)，則必須及時(shí)切斷電源，仔細(xì)檢查接線及試品都無(wú)擊穿，待檢查排除故障后，再進(jìn)行高壓測(cè)量工作。

五．介電常數(shù)測(cè)試儀操作方法

1、 測(cè)試前的準(zhǔn)備工作

◆①按圖（3）所示，連接標(biāo)準(zhǔn)電容Ｃｎ（選用外接標(biāo)準(zhǔn)電容時(shí)），與被測(cè)電容Ｃｘ，并且將標(biāo)準(zhǔn)電容與被測(cè)電容盡可能遠(yuǎn)離，以防止互相之間干擾。如選用內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)電容器，只需連接被測(cè)試品即可。

◆②檢查周?chē)欠裼袕?qiáng)電磁場(chǎng)干擾，應(yīng)盡量避免。

◆③檢查大地線是否牢靠，以保證操作人員的安全，應(yīng)檢查電橋上的（⊥）與大地是否接觸良好。

◆④檢查電橋的靈敏度開(kāi)關(guān)是否已回另位。

◆⑤檢查試品的絕緣強(qiáng)度，應(yīng)符合大于2U+1的標(biāo)準(zhǔn)。

◆⑥對(duì)試品施加試驗(yàn)電壓（按部標(biāo)或所規(guī)定的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行）。

2、 試品的測(cè)試

◆①在不知道被測(cè)試品的大概容量及損耗時(shí)，可先施加少許的電壓，找到粗平衡點(diǎn)后，再把工作電壓升到所需的值，然后再尋找細(xì)平衡點(diǎn)。

◆②在測(cè)量時(shí)，靈敏度開(kāi)關(guān)是按從小到大的規(guī)律來(lái)調(diào)節(jié)的。

◆③在測(cè)量時(shí)，R3開(kāi)關(guān)時(shí)按從左至右的規(guī)律來(lái)調(diào)節(jié)的。

◆④在測(cè)量時(shí)，C4開(kāi)關(guān)時(shí)按從右至左的規(guī)律來(lái)調(diào)節(jié)的。

◆⑤整個(gè)測(cè)量步絮：首先檢查接線無(wú)誤后，方可通電試驗(yàn)。第二升起試驗(yàn)電壓，并調(diào)節(jié)靈敏度開(kāi)關(guān)，使UA表頭有明顯的指示。此時(shí)表明電橋沒(méi)有平衡。第三調(diào)節(jié)R3開(kāi)關(guān)，順序從左至右。這時(shí)通過(guò)觀察表頭來(lái)觀察電橋的平衡狀況。如表頭已回另，可再加大靈敏度。應(yīng)總保持能明顯地觀察到調(diào)節(jié)R3時(shí)，電橋的平衡狀況。第四在某一點(diǎn)上用戶會(huì)發(fā)現(xiàn)，調(diào)節(jié)R3已無(wú)法使表頭再回到另位。這時(shí)可調(diào)節(jié)C4開(kāi)關(guān)，順序時(shí)從右至左，把表頭指針調(diào)節(jié)到小位。第五用戶在調(diào)節(jié)C4到某一點(diǎn)時(shí)又會(huì)發(fā)現(xiàn)無(wú)法將指針調(diào)回另位。這時(shí)又要去調(diào)節(jié)R3開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)的位數(shù)是上一次調(diào)節(jié)R3的后位，然后又會(huì)出現(xiàn)第四點(diǎn)時(shí)的問(wèn)題，又必須要調(diào)節(jié)C4開(kāi)關(guān)．．．就這樣來(lái)回往復(fù)地調(diào)節(jié)R3和C4兩組開(kāi)關(guān)，直至靈敏度開(kāi)關(guān)大時(shí)，并指針回另（或指另儀指示到小）。表明電橋已達(dá)到平衡。

◆ ⑥測(cè)量完畢后或在暫停測(cè)量時(shí)，應(yīng)將另儀的靈敏度開(kāi)關(guān)降至“0”，再將測(cè)量電壓降至另并切斷電源開(kāi)關(guān)，根據(jù)計(jì)算公式，算出被測(cè)試品的容量及介損值。

六、介電常數(shù)測(cè)試儀裝置成套性

◆1．BQS-37a型高壓電橋一臺(tái)

◆2. 試驗(yàn)電極 一臺(tái)

◆3．使用說(shuō)明書(shū) 一份

◆4．電源線 二根

◆5．測(cè)試線 三根

七、介電常數(shù)測(cè)試儀相關(guān)介紹

介電常數(shù)又稱電容率或相對(duì)電容率，是表征電介質(zhì)或絕緣材料電性能的一個(gè)重要數(shù)據(jù)，常用ε表示。介質(zhì)在外加電場(chǎng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電荷而削弱電場(chǎng)，原外加電場(chǎng)與終介質(zhì)中電場(chǎng)比值即為介電常數(shù)。其表示電介質(zhì)在電場(chǎng)中貯存靜電能的相對(duì)能力，例如一個(gè)電容板中充入介電常數(shù)為ε的物質(zhì)后可使其電容變大ε倍。

介電常數(shù)愈小絕緣性愈好。如果有高介電常數(shù)的材料放在電場(chǎng)中，場(chǎng)的強(qiáng)度會(huì)在電介質(zhì)內(nèi)有可觀的下降。介電常數(shù)還用來(lái)表示介質(zhì)的極化程度，宏觀的介電常數(shù)的大小，反應(yīng)了微觀的極化現(xiàn)象的強(qiáng)弱。氣體電介質(zhì)的極化現(xiàn)象比較弱，各種氣體的相對(duì)介電常數(shù)都接近1，液體、固體的介電常數(shù)則各不相同，而且介電常數(shù)還與溫度、電源頻率有關(guān)。一些物質(zhì)介電常數(shù)具有復(fù)數(shù)形式，其實(shí)部即為介電常數(shù)，虛數(shù)部分常稱為耗散因數(shù)。

通常將耗散因數(shù)與介電常數(shù)之比稱作耗散角正切，其可表示材料與微波的耦合能力，耗散角正切值越大，材料與微波的耦合能力就越強(qiáng)。