介電常數(shù)測試儀  航天易達(dá)儀器

一、概述

LJD-B高頻Q表和LJD-C高頻Q表主要區(qū)別

LJD-B/LJD-C高頻Q表能在較高的測試頻率條件下，測量高頻電感或諧振回路的Q值,，電感器的電感量和分布電容量,，電容器的電容量和損耗角正切值，電工材料的高頻介質(zhì)損耗,，高頻回路有效并聯(lián)及串聯(lián)電阻,，傳輸線的特性阻抗等。該儀器廣泛地用于科研機(jī)關(guān),、學(xué)校,、工廠等單位。

LJD-B介電常數(shù)測試儀與LJD-C介電常數(shù)與介質(zhì)損耗測試儀器是北京航天易達(dá)儀器設(shè)備有限公司

新研制的產(chǎn)品,，LJD-B與LJD-C介電常數(shù)及介質(zhì)損耗測試儀以DDS數(shù)字直接合成方式產(chǎn)生信號源,，頻率達(dá)

60MHz /160MHz，信號源具有信號失真小,、頻率精確,、信號幅度穩(wěn)定的優(yōu)點，更保證了測量精度的精確性,。LJD-B主電容調(diào)節(jié)用傳感器感應(yīng),，電容讀數(shù)精確,且頻率值可設(shè)置。LJD-C介電常數(shù)及介質(zhì)損耗測試儀主電容調(diào)節(jié)用

步進(jìn)馬達(dá)控制,，電容讀數(shù)更加精確,頻率值和電容值均可設(shè)置,。LJD-B/LJD-C電容、電感,、Q值,、頻率,、量程都用數(shù)字顯示,，在某一頻率下，只要能找到諧振點,，都能直接讀出電感,、電容值，大大擴(kuò)展了電感的測量范圍,，而不再是固定的幾個頻率下才能測出電感值的大小,。LJD-B/LJD-C*的諧振點頻率自動搜索或電容自動搜索功能，能幫助你在使用時快速地找到被測量器件的諧振點,，自動讀出Q值和其它參數(shù),。Q值量程可手動或自動轉(zhuǎn)換。

二,、工作特性

   1．Q值測量

   a．Q值測量范圍：2～1023,；

   b．Q值量程分檔：30、100,、300,、1000、自動換檔或手動換檔,；

c．標(biāo)稱誤差

   2．電感測量范圍

3．電容測量

   注：大于直接測量范圍的電容測量見使用方法。

   4．信號源頻率覆蓋范圍

   5．Q合格指示預(yù)置功能：預(yù)置范圍：5～1000

   6．Q表正常工作條件

   a.  環(huán)境溫度：0℃～+40℃,；

   b．相對濕度：<80％,；

   c．電源：220V±22V，50Hz±2.5Hz,。

   7．其他

   a．消耗功率：約25W,；

   b．凈重：約7kg；

   c.外型尺寸：（寬×高×深）mm：380×132×280,。

三,、工作原理

     1．“Q”的定義

     Q表是根據(jù)串聯(lián)諧振原理設(shè)計,，以諧振電壓的比值來定位Q值,。

“Q”表示元件或系統(tǒng)的“品質(zhì)因數(shù)”,，其物理含義是在一個振蕩周期內(nèi)貯存的能量與損耗的能量之比,。對于電抗元件(電感或電容)來說,，即在測試頻率上呈現(xiàn)的電抗與電阻之比,。

或  …………………………… (1)

圖  一

在圖（一）所示的串聯(lián)諧振電路中，所加的信號電壓為Ui,，頻率為f,，在發(fā)生諧振時

 或 ………………………………(2)

    回路中電流 …………………………………………(3)

故電容兩端的電壓

                  …………………………………(4)

    即諧振時電容上的電壓與輸入電壓之比為Q。

    Q表就是按上述原理設(shè)計的,。

    2．Q表整機(jī)工作原理（見圖二）

圖二

LJD-B/LJD-C型Q表的工作原理框圖如圖二所示,。它以ATM128單片機(jī)作為控制核心，實現(xiàn)對各種功能的控制。DDS數(shù)字直接合成信號源為Q值測量提供了一個優(yōu)質(zhì)的高頻信號,。信號源輸出一路送到程控衰減器和自動穩(wěn)幅放大控制單元,，該單元根據(jù)CPU的指令對信號衰減后送往信號激勵放大器，同時對信號檢波后送出一直流控制信號到壓控信號源實現(xiàn)自動穩(wěn)幅,。信號激勵部分輸出送到一個寬帶分壓器,，由分壓器饋給測試調(diào)諧回路一個恒定幅度的信號。當(dāng)測試回路處于諧振狀態(tài)時,，在調(diào)諧電容CT兩端的信號幅度將是分壓器提供的信號幅度Q倍。在CT兩端取得的調(diào)諧信號被信號放大單元適當(dāng)放大后送到檢波和數(shù)字取樣單元,，檢波后送到控制中心CPU去進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,。

    LJD-B調(diào)諧電容帶動傳感器，不斷地將電容變化的信息送往中心控制CPU,，經(jīng)處理后計算出電容值,，再根據(jù)頻率值計算出諧振時的頻率值。  

LJD-C調(diào)諧電容有步進(jìn)馬達(dá)帶動,，根據(jù)不同電容值由CPU計算脈沖數(shù)去控制馬達(dá),。電容值可預(yù)置并可電容搜索。 

LJD-B與LJD-C型Q表工作頻率值,、頻段,、主調(diào)電容器值、諧振電感值,、Q值,、Q值比較設(shè)置狀態(tài)、Q值量程,、手/自動狀態(tài),、頻率或電容搜索指示、Q值調(diào)諧指示帶都顯示在液晶屏上,，如圖三所示,。

        圖三

整個顯示屏共分為四行

第一行：左邊  信號源頻率指示，共6位,；

        右邊  信號源虛擬頻段指示（1-4）,。

第二行：左邊  調(diào)諧電容指示值，4位,；

        右邊  電感指示值,，4位。

第三行：左邊  Q值指示值,；    

右邊  Q值合格比較狀態(tài) ,。

第四行：左邊  Q值量程,，手動/自動切換指示/調(diào)諧點自動搜索指示；

右邊上部  Q值量程范圍指示,；

右邊下部  Q值調(diào)諧光帶指示,。

四、結(jié)構(gòu)特性

    LJD-B/LJD-C型Q表采用了較低的臺式機(jī)箱,，面板采用PC絲印面板,，美觀大方。

    各主要功能單元,，除了顯示部分為了顯示方便和調(diào)諧測試回路,，放大單元為了減小分布參數(shù)，安裝在面板上外,，其余都安裝在機(jī)內(nèi)底板上,，詳見圖四面板示意圖。 

A．LJD-B/LJD-C型前面板各功能鍵說明

圖 四  Q表前面板和外形示意圖

1．工作頻段選擇/1按鍵,，每按一次,，切換至低一個頻段工作；先按12鍵后,再按此鍵,，功能為數(shù)字鍵1,。

2.工作頻段選擇/2按鍵，每按一次,，切換至高一個頻段工作,；先按12鍵后,再按此鍵，功能為數(shù)字鍵2,。

3．Q值低一檔量程選擇（手動方式時有效）/3按鍵,；先按12鍵后，再按此鍵,，功能為數(shù)字鍵3,。

4．Q值高一檔量程選擇（手動方式時有效）/4按鍵；先按12鍵后,，再按此鍵,，功能為數(shù)字鍵4。

5．諧振點頻率搜索/5按鍵,，按此鍵顯示屏第四行左部出現(xiàn)SWEEP時，表示儀器正工作在頻率自動搜索被測量器件的諧振點,，如需退出搜索,，再按此鍵；先按12鍵后,再按此鍵,，功能為數(shù)字鍵5,。

6．LJD-B：數(shù)字鍵6,，先按12鍵后有效；

LJD-C：諧振點電容搜索/6按鍵,，按此鍵后,，電容指示不斷在變化，步進(jìn)馬達(dá)發(fā)出輕微的聲響時儀器正工作在電容自動搜索被測量器件的諧振點,，如需退出搜索,，再按此鍵；先按12鍵后,再按此鍵,，功能為數(shù)字鍵6,。

7．Q值合格范圍比較值設(shè)定/7按鍵，按此鍵后,，顯示屏第三行右部出現(xiàn)COMP字符,，當(dāng)Q合格時，顯示OK,，並同時鳴響蜂鳴器,，Q不合格時，顯示NO,。設(shè)置Q值合格范圍詳細(xì)說明見后頁,。先按12鍵后,再按此鍵，功能為數(shù)字鍵7,。

8．Q值量程自動/手動控制方式選擇/8按鍵,，按此鍵后，顯示屏第四行左部出現(xiàn)D對應(yīng)的指示：AUTO（自動）,，MAN（手動）,；先按12鍵后,再按此鍵，功能為數(shù)字鍵8,。

9．?dāng)?shù)字鍵9,，先按12鍵后有效。

10．?dāng)?shù)字鍵0,，先按12鍵后有效,。

11．小數(shù)點鍵, 先按12鍵后有效。

12．復(fù)合鍵頻率/電容按鍵,，第一次按下（頻率指示數(shù)在閃爍）為頻率數(shù)輸入,，單位為MHz。例：要輸入79.5MHz,，按一次此鍵,，頻率指示數(shù)在閃爍，然后輸入79.5,，再按一下此鍵即可,。第二次按下（電容指示數(shù)在閃爍）為電容數(shù)輸入,，數(shù)輸入要滿4位。例：要輸入79.5P,，按二次此鍵,，電容指示數(shù)在閃爍，然后輸入0795,，要輸入180.5P,，輸入1805，有效數(shù)后為0的,，可以不輸入0直接再按一下此鍵結(jié)束輸入,。

13．頻率調(diào)諧數(shù)碼開關(guān)。

14．LJD-B：主調(diào)電容調(diào)諧（長壽命調(diào)諧慢轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)）,；

   LJD-C：主調(diào)電容調(diào)諧數(shù)碼開關(guān),。

15．電源開關(guān)。

16．液晶顯示屏,。

17．測試回路接線柱：LJD-B左邊兩個為電感接入端,，右邊兩個為外接電容接入端；LJD-C后邊兩個為電感接入端,，前邊兩個為外接電容接入端,。

18．電感測試范圍所對應(yīng)頻率范圍表。

B．后面板各功能鍵說明

圖五  Q表后面板示意圖

1．～220V電源輸入三芯插座,，內(nèi)含保險絲0.5A／220V,；

2．信號源工作頻率監(jiān)測輸出端（阻抗1kΩ）。

五,、介電常數(shù)測試儀  航天易達(dá)儀器  使用方法

高頻Q表是多用途的阻抗測量儀器,，為了提高測量精度，除了使Q表測試回路本身殘余參量盡可能地小,，使耦合回路的頻響盡可能地好之外,，還要掌握正確的測試方法和殘余參數(shù)修正方法。

1．測試注意事項

a．本儀器應(yīng)水平安放,；

b．如果你需要較精確地測量,，請接通電源后，預(yù)熱30分鐘,；

c．調(diào)節(jié)主調(diào)電容或主調(diào)電容數(shù)碼開關(guān)時,，當(dāng)接近諧振點時請緩調(diào)；

d．被測件和測試電路接線柱間的接線應(yīng)盡量短,，足夠粗,，并應(yīng)接觸良好、可靠，以減少因接線的電阻和分布參數(shù)所帶來的測量誤差,；

e．被測件不要直接擱在面板頂部，離頂部一公分以上,，必要時可用低損耗的絕緣材料如聚苯乙烯等做成的襯墊物襯墊,；

f．手不得靠近試件，以免人體感應(yīng)影響造成測量誤差,，有屏蔽的試件,，屏蔽罩應(yīng)連接在低電位端的接線柱。

2．高頻線圈的Q值測量（基本測量法）

  A．直接法

  a．將被測線圈接在“Lx”接線柱上,；

  b．選擇適當(dāng)?shù)墓ぷ黝l段和工作頻率,；

  c．先調(diào)調(diào)諧電容器到諧振點，即Q表讀數(shù)達(dá)大,，此讀數(shù)即為被測電感的有效Q值(Qe),，若需得到被測電感的真實Q值（QT），則應(yīng)先測出線圈分布電容C0,，然后照下式修正

C1是調(diào)諧電容器諧振時讀數(shù),，如諧振時C1的讀數(shù)很大，C0只占很小比例,，則有效Q值(Qe)和真實Q值(QT)差別可以忽略,。

當(dāng)Q值量程選擇自動切換時，在調(diào)諧時,，如遇量程自動轉(zhuǎn)換,，應(yīng)停頓一下，待Q值穩(wěn)定后,，根據(jù)讀數(shù)值變大或變小,，確定繼續(xù)調(diào)電容的方向。

B．變?nèi)莘?/p>

a．照直讀法“a-d”進(jìn)行,，記下諧振時電容讀數(shù)C1和Q1,；

b．調(diào)節(jié)主調(diào)電容數(shù)碼開關(guān)，使Q值二次指示均為Q1的0.707時,，記下此時兩次電容讀數(shù)的差數(shù)ΔC,，

倘要得到精確結(jié)果，則線圈的分布電容應(yīng)加在C1之內(nèi),，并應(yīng)使主調(diào)電容作多次偏調(diào),，然后取其平均讀數(shù)。

測Q值較高的線圈時,，Q值下降到0.707 Q1時,，電容偏調(diào)很小，讀數(shù)誤差較大,，這時可將主電容作較大偏調(diào)(10％以內(nèi)),，記下偏調(diào)數(shù)ΔC和偏調(diào)后的Q值讀數(shù)Q2,，這時Q值表達(dá)式為：

C.變頻法

a．按直讀法“a-d”進(jìn)行，記下諧振時讀數(shù)C1和Q1以及頻率讀數(shù)f0,；

b．改變信號源的頻率使Q值二次指示為Q1的0.707(一次容性失諧,，一次感性失諧)，記下此時二次頻率讀數(shù)差值Δf,，這時回路的真實QT為：

考慮到線圈的分布電容時,，線圈的有效Q值為

    變頻法測量Q值一般表達(dá)式為(未考慮分布電容)：

注：Δf是頻率偏調(diào)數(shù)，Q1為諧振時Q表讀數(shù),，Q2是偏調(diào)后Q表讀數(shù),。

3．高頻線圈電感值的測量

a．將被測線圈接在“Lx”接線柱上，接觸要良好,；

b．根據(jù)線圈大約電感值,，按所需選一個合適的頻率以保證能諧振；

c．如要得到真實電感數(shù)（LT）,，必須先測得電感分布電容量C0,，如分布電容較小的話，在調(diào)到諧振點后,，記下主調(diào)電容C1,，然后再將主調(diào)電容量調(diào)在“C1+C0”值上，這時指示的電感讀數(shù),，就是所求真實電感讀數(shù),，也可按以下公式計算求得：

f被測電感小于1μH時，按上法測得電感值還應(yīng)減去儀器中測試回路本身剩余電感“L0”（LJD-B L0約26nH,,，LJD-C L0約7nH）,。

4．高頻線圈分布電容C0的測量

A．倍頻率法

如線圈的分布電容較大，可用此法作近似測試,。

將被測線圈按在“Lx””接線柱上,，調(diào)調(diào)諧電容器大電容數(shù)值，調(diào)訊號源頻率到諧振,，令諧振時頻率和指示調(diào)諧電容分別是f1和C1,。然后將訊號源頻率調(diào)到f2(f2=n f1)，再調(diào)電容器度盤到諧振點,，此時電容讀數(shù)為C2,，根據(jù)下式即可求出分布電容量（測量時微調(diào)電容到零）

如取n=2，則為：C0=（C1－4C2）/ 3,。

若取不同C1進(jìn)行多次測量后取一個平均值,，則測試結(jié)果將較為準(zhǔn)確。

   B．自然頻率法（此法可獲得較準(zhǔn)確的結(jié)果）

   a．將被測線圈接在“Lx”接線柱上；

   b．調(diào)諧電容器度盤調(diào)到大電容值C1,； 

   c．調(diào)訊號源頻率,，使回路諧振，該頻率為f1,；

   d．取下被測線圈,，換上一個能在調(diào)諧電容器調(diào)節(jié)范圍內(nèi)和十倍于f1頻率諧振的電感；

   e．訊號源調(diào)到10 f1位置,，調(diào)節(jié)調(diào)諧電容器到諧振點；

   f．將被測線圈接在“Cx”兩端,，調(diào)節(jié)調(diào)諧電容器達(dá)諧振,，此時視電容讀數(shù)是增加還是減小。若增加,，則應(yīng)將振蕩器頻率調(diào)高些,，若減小，則頻率調(diào)低些,；

   g．再取下被測線圈,，調(diào)節(jié)主調(diào)電容達(dá)到諧振；

   h．重復(fù)步驟“f”,、“g”直到某一頻率,，被測線圈接上“Cx”兩端和不接上均不改變諧振點，這一頻率即為被測線圈的自然諧振頻率f2,，它的C0數(shù)值為：

C0=C1 (f1／f2)2

  注：測量中所需輔助線圈可由LKI-l電感組提供便利,。

  5．電容器容量的測量

  A.在測量范圍內(nèi)的小于主調(diào)電容量的電容器的測量

a．選一個適當(dāng)?shù)闹C振電感接到“Lx”的兩端；

b．將調(diào)諧電容器調(diào)到大值附近,，令這個電容是C1,，如未知電容是小數(shù)值的，C1應(yīng)調(diào)到較小電容值附近,，以便達(dá)到盡可能高的分辨率,；

c．調(diào)訊號源的頻率，使測試回路諧振,，令諧振器Q的讀數(shù)為Q1,；

d．將被測電容接在“Cx”兩端，調(diào)節(jié)調(diào)諧電容器,，使測試電路再諧振,，令新的調(diào)諧電容值為C2和指示Q值為Q2。

被測電容的有效電容為：Cx= C1－C2

電容器損耗角正切為：

電容器的有效并聯(lián)電阻為：

C0為回路諧振電感的自身電容,。

B．大于調(diào)諧電容量的電容器用可替代法測量

a.取一只適當(dāng)容量的標(biāo)準(zhǔn)電容量,，其容量為C3，將它接在“Cx”接線柱上；

b．按5A／a-c各測試步驟,；

c．取下標(biāo)準(zhǔn)電容器,，將被測電容接到“Cx”接線柱，調(diào)節(jié)調(diào)諧電容器到諧振,，此時主調(diào)電容量讀數(shù)為C2,，則Cx可由下式得到：

Cx=C3+ C1－C2

6．Q合格范圍預(yù)置功能使用

Q合格范圍預(yù)置功能特別適用于工廠需大批量測試某同一規(guī)格元件的Q值，當(dāng)該元件Q值超過某一給定值或在一定范圍內(nèi)即為合格,，這時液晶顯示屏顯示“OK”,，儀器同時鳴叫提醒，這樣可減輕工人視力疲勞,，同時大大加快了測試速度,。

Q合格范圍預(yù)置的步驟（例150-170）：

a．選擇要求的測試頻率；

b．用一只合格元件或一只輔助線圈調(diào)諧主調(diào)電容,，使Q值讀數(shù)指示在所需預(yù)置Q值位置上,；例150，按一下Q值設(shè)置鍵,，使顯示屏第三行顯示“comp OK”,，同時儀器發(fā)出鳴叫聲，Q值小于150值時,，液晶屏第三行顯示“comp 150”,；如果，這時要清除設(shè)置,，只要在Q=0

的情況下,，再按一次Q值設(shè)置鍵。

c．如果還要設(shè)定Q值的上限,，再調(diào)諧主調(diào)電容,，使Q值讀數(shù)指示在所需預(yù)置Q值位置上；例170,，再按一下Q值設(shè)置鍵,，液晶屏第三行顯示“comp150170”，此時Q合格范圍預(yù)置功能的設(shè)置就結(jié)束了,；

d．換上要測試的器件,，微調(diào)諧振電容至諧振點，如果該器件的Q值在設(shè)定范圍內(nèi)（例150-170）,，Q合格指示“comp OK”,，同時

儀器發(fā)出鳴叫。如果該器件的Q值設(shè)定超出該范圍,，Q合格指示

“comp150170”,，如需取消已設(shè)置的合格值,，只要再按一下設(shè)置鍵即可。

7．諧振點頻率自動搜索功能的使用

如果你對電感元件無法確定它的數(shù)值時,，你就可用該功能來幫你尋找出它的諧振頻率點,。步驟如下：

a．把元件接以接線柱上；

b．主調(diào)電容調(diào)到約中間位上,；

c．按一下頻率搜索按鍵,，顯示屏左下部顯示“sweep”，儀器就進(jìn)入搜索狀態(tài),。

儀器從低工作頻率一直搜索到高工作頻率,，如果你的元件諧振點在頻率覆蓋區(qū)間內(nèi)，搜索結(jié)束后,，將會自動停在元件的諧振頻率點附近,。

如果臨時要退出搜索狀態(tài)，可再按一次搜索鍵,，儀器會退出搜索操作。

8．諧振點電容自動搜索功能的使用

如果你想在已知的頻率找出被測量器件的諧振頻率點時,，你就可用該功能來幫你尋找出它的諧振點,。步驟如下：

a．把元件接以接線柱上；

b．頻率設(shè)置為所需的頻率,；

c．按一下電容搜索按鍵,，儀器就進(jìn)入電容搜索狀態(tài)，儀器從小電容一直搜索到大電容,，如果你的元件諧振點在電容覆蓋區(qū)間內(nèi),，搜索結(jié)束后，主電容將會自動停在元件的諧振頻率點附近,。

如果臨時要退出搜索狀態(tài),，可再按一次搜索鍵，儀器會退出搜索操作,。

9．頻率調(diào)諧開關(guān)的使用,。

LJD-B/LJD-C的頻率調(diào)諧采用了數(shù)碼開關(guān)，它能辨別使用者的要求,，來調(diào)節(jié)頻率變化的速率(頻率變化值／檔),。在你快速調(diào)節(jié)該開關(guān)時，頻率變化速率也加快,，當(dāng)你緩慢調(diào)節(jié)開關(guān)時,，頻率變化速率也慢下來。因此在調(diào)諧時接近所需的頻率時,，應(yīng)放緩調(diào)節(jié)速度,，當(dāng)你調(diào)節(jié)的頻率超出工作頻段的頻率時,，儀器會自動選擇低一個或高一個頻段工作。

六,、維修

1．新購儀器的檢查

新購的儀器好能先用LKI-1電感組,，將各個電感在各個不同頻率測試Q值，把測試的情況,，例使用的電感號,、測試頻率Q讀數(shù)、電容讀數(shù)等多次測得數(shù)及測試環(huán)境條件逐一詳細(xì)記錄,，并把記錄保存起來,，以供以后維修時作參考。

LKI-1電感組是測試時作輔助電感用的,，不能把這些電感當(dāng)作高精度的標(biāo)準(zhǔn)電感看待,。隨著測試環(huán)境條件不同，測得電感器Q值和分布電容可能略有不同,。

2．使用和保養(yǎng)

高頻Q表是比較精密的阻抗測量儀器,，在合理使用和注意保養(yǎng)情況下，才能保證長期穩(wěn)定和較高的測試精度,。

a．熟悉本說明書,，正確地使用儀器；

b．使儀器經(jīng)常保持清潔,、干燥,；

c．本儀器保用期為18個月，如發(fā)現(xiàn)機(jī)械故障或失去準(zhǔn)確度,，可以原封送回本廠,，免費修理。

3．電感組

    LKI-1電感組是測試作輔助用的,，它含有9個屏蔽罩屏蔽的電感,。這些電感具有較高的Q值，各電感的電感量等數(shù)據(jù)如附表