北京中航時代儀器設備有限公司

ZJD-C型高頻塑料橡膠介電常數(shù)測試儀

一,、概述

ZJD-C型 塑料橡膠介電常數(shù)測試儀 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關、學校,、工廠等單位,。

ZJD-C 塑料橡膠介電常數(shù)測試儀 是中航時代公司新研制的產(chǎn)品。它以DDS數(shù)字直接合成方式產(chǎn)生信號源,，頻率達160MHz,，信號源具有信號失真小，頻率,、信號幅度穩(wěn)定的優(yōu)點,，更保證了測量精度的性，主電容調(diào)節(jié)用步進馬達控制,，頻率和電容值可設置，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,。ZJD-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．標稱誤差：

頻率范圍（100kHz～10MHz）,；頻率范圍（10MHz～160MHz）：

固有誤差：≤5％±滿度值的2%,；固有誤差：≤6％±滿度值的2%；

工作誤差：≤7％±滿度值的2%,；工作誤差：≤8％±滿度值的2%,；

2．電感測量范圍：4.5nH~7.9mH；

3．電容測量：1~205

主電容調(diào)節(jié)范圍：18～220pF,；

準確度：150pF以下±1.5pF,；150pF以上±1%；

注：大于直接測量范圍的電容測量見后頁使用說明

4．信號源頻率覆蓋范圍

頻率范圍CH1:0.1～0.999999MHz, CH2: 1～9.99999MHz,

CH3:10～99.9999MHz, CH1 :100～160MHz,

5.Q合格指示預置功能:預置范圍：5～1000,。

6．-B測試儀正常工作條件

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：（l×b×h）mm：380×132×280,。

三、工作原理

1．“Q”的定義

ZJD-C測試儀是根據(jù)串聯(lián)諧振原理設計,，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,。

-B測試儀就是按上述原理設計的,。

2．-B測試儀整機工作原理（見圖二）

圖  二

ZJD-C型塑料橡膠介電常數(shù)測試儀的工作原理框圖如圖二所示。它以ATM128單片計算機作為控制核心,，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去進行數(shù)據(jù)處理,。

調(diào)諧電容有步進馬達帶動，根據(jù)不同電容值由CPU計算脈沖數(shù)去控制馬達,。電容值可預置并可電容搜索,。  

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、,，都顯示液晶屏上,，如圖三所示。

圖  三

整個顯示屏共分為四行

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、結構特性

ZJD-C測試儀采用了較低的臺式機箱,，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,，其余都安裝在機內(nèi)底板上,。見圖四面板示意圖。 

A．前面板各功能鍵說明：

四  ZJD-C測試儀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．諧振點電容搜索/6按鍵,，按此鍵后，電容指示不斷在變化,、步進馬達發(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定/7按鍵,，按此鍵后,，顯示屏第三行右部出現(xiàn)COMP字符，當Q合格時,，顯示OK,，並同時鳴響蜂鳴器，Q不合格時,，顯示NO,。設置Q值合格范圍詳細說明見后頁。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．數(shù)字鍵9,，先按12鍵后有效。

10．數(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．復合鍵頻率/電容按鍵,，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束輸入,。

13．頻率調(diào)諧數(shù)碼開關,。

14．電容調(diào)諧數(shù)碼開關,。

15．電源開關,。

16．液晶顯示屏。

17．測試回路接線柱,，AS28563A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頻率范圍表,。

B．后面板各功能鍵說明

圖  五  ZJD-C測試儀后面板示意圖

1．～220V電源輸入三芯插座，內(nèi)含保險絲0.／220V,。

2．信號源工作頻率監(jiān)測輸出端（阻抗1kΩ）,。

五、使用方法

高頻ZJD-C測試儀是多用途的阻抗測量儀器，為了提高測量精度,，除了使-B測試儀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．本儀器應水平安放,。

b．如果你需要較地測量，請接通電源后,，預熱30分鐘,。

c．調(diào)節(jié)主調(diào)電容數(shù)碼開關時，當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盡量短,，足夠粗，并應接觸良好,、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,，以免人體感應影響造成測量誤差,，有屏蔽的試件，屏蔽罩應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?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ZJD-C測試儀讀數(shù)達大,，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Q值量程選擇自動切換時,，在調(diào)諧時,，如遇量程自動轉換，應停頓一下,，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?/span>

a．照直讀法“a-d”進行,，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，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,。

倘要得到結果，則線圈的分布電容應加在C1之內(nèi),，并應使主調(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值表達式為：

C. 變頻法

a．按直讀法“a-d”進行,，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值一般表達式(未考慮分布電容)：

注：Δf是頻率偏調(diào)數(shù),，Q1為諧振時-B測試儀讀數(shù),，Q2是偏調(diào)后-B測試儀讀數(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,，這時度盤的電感讀數(shù)乘以對應的倍數(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減去儀器中測試回路本身剩余電感“L0”(QBG-3D L0=26nH)。

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)諧電容器到大電容數(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進行多次測量后取一個平均值,，則測試結果將較為準確。

B．自然頻率法(此法可獲得較準確的結果)

a．將被測線圈接在“Lx”接線柱上,；

b．將微調(diào)電容器度盤調(diào)至零,，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)諧電容器達諧振，此時視電容讀數(shù)是增加還是減小,。若增加,，則應將振蕩器頻率調(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)電容達到諧振,；

h．重復步驟“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?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應調(diào)到較小電容值附近,，以便達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. 取一只適當容量的標準電容量,，其容量為C3，將它接在“Cx”接線柱上,。

b．按／a-c各測試步驟,；

c．取下標準電容器，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合格范圍預置功能使用

Q合格范圍預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”，儀器同時嗚叫提醒,，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)指示在所需預置Q值位置上；例150,，按一下Q值設置鍵,，使顯示屏第三行顯示“COMP OK”，同時儀器發(fā)出嗚叫聲,，Q值大于150值,，液晶屏第三行顯示“COMP ¹⁵⁰”。

c．再調(diào)諧主調(diào)電容,，使Q值讀數(shù)指示在所需預置Q值位置上,；例170，再按一下Q值設置鍵,，液晶屏第三行顯示“COMP ₁₇₀¹⁵⁰”,，此時Q合格范圍預置功能的設置就結束了,。

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值在設定范圍內(nèi)（例150-170）,，Q合格指示“comp OK”，同時儀器發(fā)出嗚叫,。如果該器件的Q值設定超出該范圍，Q合格指示“comp NO”,，如需取消已設置的合格值,，只要再按一下設置鍵即可。

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“FSWEEP”，儀器就進入搜索狀態(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．頻率設置為所需的頻率；

c．按一下電容搜索按鍵,，儀器就進入電容搜索狀態(tài),，顯示屏左下部顯示“CSWEEP”，

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)諧開關的使用,。

ZJD-C的頻率調(diào)諧采用了數(shù)碼開關,，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)該開關時,，頻率變化速率也加快。當你緩慢調(diào)節(jié)開關時,，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，應放緩調(diào)節(jié)速度,。當你調(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

新購的儀器能先用LKI-2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)境條件逐一詳細記錄,，并把記錄保存起來,，以供以后維修時作參考。

LKI-2電感組是測試時作輔助電感用的,，不能把這些電感當作高精度的標準電感看待,。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ZJD-C測試儀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)機械故障或失去準確度,，可以原封送回本廠,，免費修理。

3．電感組

LKI-2電感組是測試作輔助用的,，它含有10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)如附表一。

附表一  LKI-2電感組,，ZJD-C選配電感

七,、產(chǎn)品的交收檢驗

1．檢驗環(huán)境要求

a．環(huán)境溫度：20℃±2℃  相對濕度<50％；

b．供電電源：220V±10V  50Hz±1Hz,；

c．被檢設備要預熱30分鐘以上,。

2．檢驗設備要求

a. 設備應在計量后的有效使用期內(nèi)；

b. 檢驗設備應按儀器規(guī)定預熱,。

3．Q值指示檢驗

a．檢驗設備：BQG-2標準線圈一套,；

b．把標準Q值線圈接入ZJD-C測試儀電感接線柱上；

c．選擇標準Q值線圈所規(guī)定的檢定頻率,；

d．ZJD-C測試儀的Q值讀數(shù)的相對誤差應符合二.1.C條固有誤差所規(guī)定,。

4．調(diào)諧電容器準確度檢驗

a. 測試時如發(fā)現(xiàn)干擾，應斷開內(nèi)部信號源,。 

b．設備連接如圖六所示，連接線應盡量短,，盡可能減小分布電容,；

圖  六

c．電容測試儀技術指標

測試范圍：10-550pF、±5pF,；

測試精度：10-550pF±0.1％,、±5pF±0.05pF；

d．調(diào)諧電容器刻度盤上指示值與電容測試儀指示值之間誤差應符合二.3.條規(guī)定,。

5．頻率指示誤差檢驗

a．設備連接如圖七所示

圖  七

b．從后面板的頻率監(jiān)測端用BNC電纜連至頻率計數(shù)器輸入端,；

c．頻率計數(shù)器技術要求

測量范圍：10Hz-1000MHz；

測量誤差：<1×10^-6,；

測量靈敏度：<30mV,；

d．測試線要求：高頻電纜$YV-50-3；

e．-B測試儀頻率指示值與頻率計數(shù)器讀數(shù)值間的誤差應符合二.4.條規(guī)定,。

附：貼片元件測試夾具使用方法