高压电桥工频介电常数测试仪的技术特性更新,介电常数测试仪性能特点

高压电桥工频介电常数测试仪概述

1-1电桥简介:

BQS-37a型高压电桥是本公司推出的新一代高压电桥，主要用于测量工业绝缘材料的介质损耗(tgδ)及介电常数（ε）。符合GB1409、GB5654及GB/T1693, ASTM D150-1998(2004) 固体电绝缘材料的交流损耗特性及介电常数的试验方法其采用了西林电桥的经典线路，内附0-2500的数显高压电源及100PF标准电容器，并可按用户要求扩装外接标准电容线路。

1-2电桥的特点；

l桥体内附电位跟踪器及指零仪，外围接线及少。

l电桥采用接触电阻小，机械寿命长的十进开关，保证测量的稳定性

l仪器具有双屏蔽，能有效防止外部电磁场的干扰。

l仪器内部电阻及电容元件经特殊老化处理，使仪器技术性能稳定可靠。

l内附高压电源精度3%

l内附标准电容损耗﹤0.00005，名义值100pF

二、 技术指标

2-1测量范围及误差

本电桥的环境温度为20±5℃，相对湿度为30%-80%条件下，应满足下列表中的技术指示要求。

在Cn=100 pF R4=3183.2（Ω）时

在Cn=100 pF R4=318.3（Ω）时

2-2电桥测量灵敏度

电桥在使用过程中，灵敏度直接影响电桥平稳衡的分辨程度，为保证测量准确度，希望电桥灵敏度达到一定的水平。通常情况下电桥灵敏度与测量电压，标准电容量成正比。

在下面的计算公式中，用户可根据实际情况估算出电桥灵敏度水平，在这个水平上的电容与介质损耗因数的微小变化都能够反应出来。

ΔC/C或Δtgδ=Ig/UωCn(1+Rg/R4+Cn/Cx)

式中: U 为测量电压 伏特 (V)

ω为角频率2πf=314(50Hz)

Cn标准电容器容量 法拉(F)

Ig通用指零仪的电流5×10^-10 安培(A)

Rg平衡指零仪内阻约1500 欧姆(Ω)

R4桥臂R4阻值3183 欧姆(Ω)

Cx被测试品电容值 法拉(pF)

2-3工作电压说明

在使用中，本电桥顶A，B对V点的电压不超过11V，R3桥臂各盘的电流不超过下列规定：

10×1kΩ 1max≤15mA

10×100Ω 1max≤120mA

10×10Ω l max≤150mA

用户在使用前应注意以上的问题。如不清楚，可根据实验电压及标准电容量，按以下公式来计算出大概的工作电流。

I=ω V C

2-4辅桥的技术特性：

不失真跟踪电压0～11V（有效值）

2-5指零装置的技术特性：

在50Hz时电压灵敏度不低于1×10^-6V/格

电流灵敏度不低于2×10^-9 A/格

二次谐波 减不小于25dB

三次谐波 减不小于50dB

三、 电桥工作试验方法

BQS-37a型高压电桥采用典型的西林电桥线路。C4桥臂在基本量程时，与R4桥臂并联，测量数值为正损耗因数。结构采用了双层屏蔽。并通过辅桥的辅助平衡，消除寄生参数对电桥平衡的影响。辅桥由电位自动电位跟踪器与内层屏蔽（S）组成。自动跟踪器由电子元器件组成。它在桥顶B处取一输入电压，通过放大后，在内屏蔽（S）产生一个与B电位相等的电压。当电桥在平衡时，A,B,S三点电位必然相等，从而达到自动跟踪的目的。本电桥在平衡过程中，辅桥采用自动电位跟踪，在主桥平衡过程的同时，辅桥也自动跟踪始终处于平衡的状态，用户只要对主桥平衡进行操作就能得到可靠的所需数据。同时也有效的抑制了电压波动对平衡所带来的影响。在指零部分，采用了指针式电表指示，视觉直观，分辨清楚，克服了以往振动式检流计的缺点。

3-1 桥体的组成

电桥各臂的组成

1臂：由被测对象Cx组成Z₁。

2臂：由高压标准电容器Cn组成Z₂。

第三臂：由十进电阻器10×（1000＋100＋10＋1＋0.1）欧姆和滑线电阻（0-0.13）欧姆组成Z₃。

第四臂：由十进电容臂10×（0.1＋0.01＋0.001＋0.0001）uf和可变电容器100pF组成C4再与电组R4并联组成Z4。

3-2计算公式

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

tgδ=ω·R4·C4 R4[Ω] C4[F]

当R4=10K/π

tgδ=C4

当R4=1K/π

tgδ=0.1C4

我们采取相对固定R4电阻，分别调节R3和C4使桥跟平衡，从而测得试品的电容值Cx和介质损耗tg。本电桥为了直读出损耗值，取电阻R4的阻值为角频率（f=50Hz）若干倍。

3-3 公式说明

.频率对介质损耗正公式：

本电桥额定的工作频率f=50Hz，在实际工作频率偏离额定频率时可用修正式进行修正：

tg=f^’·tgδ / f

式中：f 为额定工作频率（f=50Hz）

f’ 为实际工作频率

tgδ 电桥测得损耗值

tgδ 为被测试品介质损耗角正切的实际值

四、安全操作规程

1. 本仪器必须有专人负责保管，使用，非专职操作者应在使用前了解和熟悉本说明书，以免造成不必要的损失和事故。

2. 每次使用前应仔细检查接地线是否完好，确保以后方可通电使用。

3. 接通电源前应将灵敏度开关调到低位置。

4. 测量试品前应先对试品进行高压试验，证明在电桥工作电压下无噪声，电离等现象出现，然后才能进行测试（若试品己做过高压试验，该项可不必每次测量都做）。

5. 对试品施加高压时缓慢升高，不可以加突变电压。

6. 测试时操作人员必须集中思想，工作前做好一切准备工作，测试地点周围应有明显的标记或金属屏蔽围成高压危险区，以防止非操作人员闯入。

7. 在测量过程中，如有放电管发光时，则必须及时切断电源，仔细检查接线及试品都无击穿，待检查排除故障后，再进行高压测量工作。

五．操作方法

5.1 测试前的准备工作

①按图（3）所示，连接标准电容Ｃｎ（选用外接标准电容时），与被测电容Ｃｘ，并且将标准电容与被测电容尽可能远离，以防止互相之间干扰。如选用内部标准电容器，只需连接被测试品即可。

②检查周围是否有强电磁场干扰，应尽量避免。

③检查大地线是否牢靠，以保证操作人员的安全，应检查电桥上的（⊥）与大地是否接触良好。

④检查电桥的灵敏度开关是否已回另位。

⑤检查试品的绝缘强度，应符合大于2U+1的标准。

⑥对试品施加试验电压（按部标或国际所规定的专业标准进行）。

5.2 试品的测试

①在不知道被测试品的大概容量及损耗时，可先施加少许的电压，找到粗平衡点后，再把工作电压升到所需的值，然后再寻找细平衡点。

②在测量时，灵敏度开关是按从小到大的规律来调节的。

③在测量时，R3开关时按从左至右的规律来调节的。

④在测量时，C4开关时按从右至左的规律来调节的。

⑤整个测量步絮：首先检查接线无误后，方可通电试验。第二升起试验电压，并调节灵敏度开关，使UA表头有明显的指示。此时表明电桥没有平衡。第三调节R3开关，顺序从左至右。这时通过观察表头来观察电桥的平衡状况。如表头已回另，可再加大灵敏度。应总保持能明显地观察到调节R3时，电桥的平衡状况。第四在某一点上用户会发现，调节R3已无法使表头再回到另位。这时可调节C4开关，顺序时从右至左，把表头指针调节到小位。第五用户在调节C4到某一点时又会发现无法将指针调回另位。这时又要去调节R3开关，调节的位数是上一次调节R3的后位，然后又会出现第四点时的问题，又必须要调节C4开关．．．就这样来回往复地调节R3和C4两组开关，直至灵敏度开关大时，并指针回另（或指另仪指示到小位置）。表明电桥已达到平衡。

⑥测量完毕后或在暂停测量时，应将另仪的灵敏度开关降至“0”，再将测量电压降至另并切断电源开关，根据计算公式，算出被测试品的容量及介损值。

装置成套性

1．BQS-37a型高压电桥 一台

2. 试验电极 一台

3．使用说明书 一份

4．电源线 二根

5．测试线 三根

6.高压电源 一套

工作试验方法

采用高频谐振法，并提供了通用、多用途、多量程的阻抗测试。它以单片计算机控制仪器，测量核心采用了频率数字锁定、标准频率测试点自动设定、谐振点自动搜索、Q值量程自动转换、数值显示等新技术，改进了调谐回路，使得调谐测试回路的残余电感减至zui低，并保留了原Q表中自动稳幅等技术，使得新仪器在使用时更为方便，测量时更为。仪器能在较高的测试频率条件下，测量高频电感或谐振回路的Q值，电感器的电感量和分布电容量，电容器的电容量和损耗角正切值，电工材料的高频介质损耗，高频回路有效并联及串联电阻，传输线的特性阻抗等。

用途

　　可以用于科研机关，学校，例如一些科研院所，大专院校或计量测试部门的实验室需要用介电常数测试仪对绝缘材料的介电常数进行测试；同时也适用于工厂或单位，例如一些工厂对无机非金属新材料性能的应用进行研究，另外在电力、电工、化工等领域，如：电厂、电业局实验所、变压器厂、电容器厂、绝缘材料厂、炼油厂等单位对固体及液体绝缘材料的介质损耗和相对介电常数ε的质量检测等等。

北京华测试验仪器有限公司成立于2012年，是一家专注于新材料检测领域，集研发、生产和销售为一体技术企业。公司以严格的质量标准贯穿于产品的研发、生产、销售、管理和服务。公司产品广泛应用于全国二十多个省、市、自治区，主要致立于材料检测仪器开发、检测、自动化设备等服务。
先后为西门子、NSK、施密特、西安高压电器研究所、西交大（国家电力设备与电气绝缘国家重点试室）、化工集团、巨化集团、北京航材院、中航西安飞行自动控制所、中科院热物理院研究所、蓝星化工、北京航空航天大学、清华大学、华北电力大学、天津大学等国内yi流企业服务，已成为全国众多重点院校、航天科技企业、重点实验室新材料试验、检测仪器主要供应商。

介电常数测量技术在民用，工业以及军事等各个领域应用广泛。本文主要对介电常数测量的常用方法进行了综合论述。首先对国家标准进行了对比总结；然后分别论述了几种常用测量方法的基本试验方法、适用范围、优缺点及发展近况；后对几种测量方法进行了对比总结，得出结论。介电常数是物体的重要物理性质，对介电常数的研究有重要的理论和应用意义。电气工程中的电介质问题、电磁兼容问题、生物医学、微波、电子技术食品加工和地质勘探中，无一不利用到物质的电磁特性，对介电常数的测量提出了要求。目前对介电常数测量方法的应用可以说是遍及民用、工业、国防的各个领域在食品加工行业当中，储藏、加工、灭菌、分级及质检等方面都广泛采用了介电常数的测量技术。例如，通过测量介电常数的大小，新鲜果蔬品质、含水率、发酵和干燥过程中的一些指标都得到间接体现，此外，根据食品的介电常数、含水率确定杀菌时间和功率密度等工艺参数也是重要的应用之一[1]。在路基压实质量检测和评价中，如果利用常规的方法，尽管测量结果比较准确，但工作量大、周期长、速度慢且对路面造成破坏。由于土体的含水量、温度及密度都会对其介电特性产生不同程度的影响，因此可以采用雷达对整个区域进行测试以反算出介电常数的数值，通过分析介电性得到路基的密度及压实度等参数，达到快速测量路基的密度及压实度的目的[2]。此外，复介电常数测量技术还在水土污染的监测中得到了应用[3]。并且还可通过对岩石介电常数的测量对地震进行预报[4]。上面说的是介电常数测量在民用方面的部分应用，其在工业上也有重要的应用。典型的例子有低介电常数材料在超大规模集成电路工艺中的应用以及高介电常数材料在半导体储存器件中的应用。在集成电路工艺中，随着晶体管密度的不断增加和线宽的不断减小，互联中电容和电阻的寄生效应不断增大，传统的绝缘材料二氧化硅被低介电常数材料所代替是必然的。目前Applied Materials 的BlackDiamond 作为低介电常数材料，已经应用于集成电路的商业化生产[5]。在半导体储存器件中，利用高介电常数材料能够解决半导体器件尺寸缩小而导致的栅氧层厚度极限的问题，同时具备特殊的物理特性，可以实现具有特殊性能的新器件[6]。在军事方面，介电常数测量技术也广泛应用于雷达和各种特殊材料的制造与检测当中。对介电常数测量技术的应用可以说是不胜枚举。介电常数的测量技术已经广泛应用于民用、工业和国防各个领域，并且有发展的空间和必要性。我们对测量介电常数的方法进行总结，能更清晰的认识测量方法的现状，为某些应用提供一种可能适合的方法，是有一定理论和工程应用意义的。

工作特性

1．Q值测量

a．Q值测量范围：2～1023；

b．Q值量程分档：30、100、300、1000、自动换档或手动换档；

c．标称误差

频率范围 25kHz～10MHz 固有误差≤5％±满度值的2% 工作误差≤7％±满度值的2%

频率范围 10MHz～60MHz 固有误差 ≤6％±满度值的2% 工作误差≤8％±满度值的2%

电感测量范围 14.5nH～8.14H

直接测量范围 1-460P 主电容调节范围 40～500pF 准确度 150pF以下±1.5pF；150pF以上±1%

注：大于直接测量范围的电容测量见使用方法。

信号源频率覆盖范围

频率范围 10kHz～70MHz

CH1 10～99.9999kHz CH2 100～999.999kHz CH3 1～9.99999MHz CH4 10～70MHz ​频率指示误差3×10-5±1个字

5．Q合格指示预置功能：预置范围：5～1000

6．Q表正常工作条件

a.环境温度：0℃～+40℃；

b．相对湿度：<80％；

c．电源：220V±22V，50Hz±2.5Hz。

7．其他

a．消耗功率：约25W；

b．净重：约7kg；

c.外型尺寸：（宽×高×深）mm：380×132×280。