ZJD-C高頻介電常數(shù)測定儀|介損耗角因數(shù)測試儀

一,、產(chǎn)品概述：

高頻介電常數(shù)測定儀采用數(shù)字液晶顯示,，是通過GB1409中的Q表法測試固體/液體絕緣材料介電常數(shù)及介質(zhì)損耗因數(shù)的分析儀器。它以單片計算機控制儀器，測量核心采用了頻率數(shù)字鎖定,、標準頻率測試點自動設定,、諧振點自動搜索、Q值量程自動轉(zhuǎn)換,、數(shù)值顯示等新技術(shù),，改進了調(diào)諧回路，使得調(diào)諧測試回路的殘余電感減至低值,，并保留了原Q表中自動穩(wěn)幅等技術(shù),，使得新儀器在使用時更為方便，測量時更為精確,?？芍弊x介電常數(shù)及介質(zhì)損耗結(jié)果，免去人工計算的繁瑣,。經(jīng)過新升級可通過上位機軟件查看測試曲線,，北京航天縱橫檢測儀器是代替進口設備的北京航天縱橫儀器產(chǎn)品。儀器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,。產(chǎn)地北京房山,。

二、技術(shù)特性：

DDS數(shù)字合成信號：50KHz-160MHz,；

信號源頻率覆蓋比：1600:1,；

信號源頻率精度：6位有效數(shù)3×10-5 ±1個字；

Q測量范圍/Q分辨率：1-1000自動/手動量程,；4位有效數(shù),分辨率0.1,；

Q測量工作誤差：<5%；

電感測量范圍/分辨率：1nH-140mH 4位有效數(shù),分辨率0.1nH,；

電感測量誤差：<5%,；

調(diào)諧電容：主電容17-240pF；

電容直接測量范圍：1pF～25nF,；

調(diào)諧電容誤差/分辨率：±1pF或<1% / 0.1pF,；

諧振點搜索：自動掃描；

Q合格預置范圍：5-1000聲光提示,；

Q量程切換：自動/手動,；

LCD顯示參數(shù)：F,，L，C,，Q,，Lt，Ct波段等,；

新增功能：自身殘余電感和測試引線電感的自動扣除功能,；

新增功能：大電容值直接測量顯示功能，測量值可達25nF,；

消耗功率：約25W,；

凈重：約7kg；

外型尺寸：（寬×高×深）mm：380×132×280,。

二,、符合標準：

GB/T1409-2006測量電氣絕緣材料在工頻、音頻,、高頻下電容率和介質(zhì)損耗因數(shù)的推薦方法,；

GB/T1693-2007硫化橡膠介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切值的測定方法；

ASTM D150-11實心電絕緣材料的交流損耗特性和電容率（介電常數(shù)）的標準試驗方法,；

GBT5594.4-2015電子元器件結(jié)構(gòu)陶瓷材料性能測試方法；

三,、產(chǎn)品特點：

1,、雙掃描技術(shù) - 測試頻率和調(diào)諧電容的雙掃描、自動調(diào)諧搜索功能,。

2,、雙測試要素輸入 - 北京航天縱橫檢測儀器測試頻率及調(diào)諧電容值皆可通過數(shù)字按鍵輸入。

3,、雙數(shù)碼化調(diào)諧 - 數(shù)碼化頻率調(diào)諧,，數(shù)碼化電容調(diào)諧。

4,、自動化測量技術(shù) -對測試件實施 Q 值,、諧振點頻率和電容的自動測量。

5,、全參數(shù)液晶顯示 – 數(shù)字顯示主調(diào)電容,、電感、 Q 值,、信號源頻率,、諧振指針。

6,、DDS 數(shù)字直接合成的信號源 -確保信源的高葆真,，頻率的高精確,、幅度的高穩(wěn)定。

7,、計算機自動修正技術(shù)和測試回路優(yōu)化—使測試回路 殘余電感減至低值,， Q 讀數(shù)值在不同頻率時要加以修正的困惑。

8,、新增功能：電感測試時,，儀器自身殘余電感和測試引線電感的自動扣除功能。大大提高了在電感值（特別是小電感值）測量時的精度,。此技術(shù)只有北京航天縱橫儀器生產(chǎn)的Q表有,。

9、新增功能：大電容值直接測量顯示功能,，電容值直接測量值可達25nF（配100uH電感時）,。大電容值測量一個按鍵搞定。此技術(shù)只有北京航天縱橫檢測儀器生產(chǎn)的Q表有,。

四,、工作環(huán)境：

1、環(huán)境溫度：0℃～+40℃,；

2,、相對濕度：<80％；

3,、電源：220V±22V,，50Hz±2.5Hz。

五,、配置清單：

主機一臺

電感九只

夾具一套

液體杯一個

電源線一根

數(shù)據(jù)線一根

說明書一份

合格證一份

保修卡一張

六,、適用單位：

可以用于科研機關，學校,，例如一些科研院所,，大專院校或計量測試部門的實驗室需要用介電常數(shù)儀對絕緣材料的介質(zhì)損耗角正切tanδ及介電常數(shù)進行測試,；北京航天縱橫檢測儀器同時也適用于工廠或單位,，例如一些工廠對無機非金屬新材料性能的應用進行研究，另外在電力,、電工,、化工等領域，如：電廠,、電業(yè)局實驗所,、變壓器廠、電容器廠,、絕緣材料廠,、煉油廠等單位對固體及液體絕緣材料的介質(zhì)損耗和相對介電常數(shù)ε的質(zhì)量檢測等等,。

七、試驗步驟：

1,、按照Q表的操作規(guī)程調(diào)整儀器,，選定測量頻率，測定C1和Q1的值,。

2,、將試樣放入測試電極中，并調(diào)節(jié)電容器C,，使電路諧振,，達到最大Q值記下調(diào)諧電容量C2和Q2的值。

3,、將試樣從測試電極中取出,，調(diào)節(jié)C或測試電極的距離，使電路重新諧振,，記下C,、或測試電極的校正電容值與Q值，北京航天縱橫檢測儀器并根據(jù)測試值計算出損耗角tanδ與介電常數(shù)ε,。

4,、其他高頻測試儀器按其說明書進行操作，北京航天縱橫檢測儀器通過測試值計算出損耗角tanδ和介電常數(shù)ε,。

八,、試驗條件：

1、試樣表面應清潔,、平滑，無裂紋,、氣泡和雜質(zhì)等,，試樣表面應用蘸有無水乙醇的布擦洗。

2,、試樣應在標準實驗室溫度及濕度下至少調(diào)節(jié)24h,。

3、當試樣處理有特殊要求時,，可按其產(chǎn)品標準規(guī)定的進行,。

九、測試意義：

1,、介電常數(shù)——北京航天縱橫檢測儀器絕緣材料通常以兩種不同方式來使用,，即（1）用于固定電學網(wǎng)絡部件，同時讓其彼此以及與地面絕緣,；（2）用于起到某一電容器的電介質(zhì)作用,。在第一種應用中,，通常要求固定的電容盡可能小，同時具有可接受且一致的機械,，化學和耐熱性能,。因此要求電容率具有一個低值。在第二種應用中,，要求電容率具有一個高值,，以使得電容器能夠在外型上能盡可能小。有時使用電容率的中間值來評估在導體邊緣或末端的應力,，以將交流電暈降至最小,。

2、交流損耗——對于這兩種場合（作為電學絕緣材料和作為電容器電介質(zhì)）,，交流損耗通常必須是比較小的,，以減小材料的加熱，同時將其對網(wǎng)絡剩余部分的影響降至最小,。在高頻率應用場合,，特別要求損耗指數(shù)具有一個低值，因為對于某一給定的損耗指數(shù),，電介質(zhì)損耗直接隨著頻率而增大,。在某些電介質(zhì)結(jié)構(gòu)中，例如試驗用終止襯套和電纜所用的電介質(zhì),，通常電導增加可獲得損耗增大,，這有時引入其來控制電壓梯度。在比較具有近似相同電容率的材料時或者在材料電容率基本保持恒定的條件下使用任何材料時,，這可能有助于考慮耗散因子,，功率因子，相位角或損耗角,。

3,、相關性——北京航天縱橫檢測儀器當獲得適當?shù)南嚓P性數(shù)據(jù)時，耗散因子或功率因子有助于顯示某一材料在其它方面的特征,，例如電介質(zhì)擊穿,，濕分含量，固化程度和任何原因?qū)е碌钠茐?。然而,，由于熱老化導致的破壞將不會影響耗散因子，除非材料隨后暴露在濕分中,。當耗散因子的初始值非常重要的,，耗散因子隨著老化發(fā)生的變化通常是及其顯著的。

十、典型用戶：

滄州大化集團

中國計量大學

河南平煤神馬聚碳材料有限責任公司

溫州市鹿城區(qū)科學技術(shù)局

東莞初創(chuàng)應用材料有限公司

北京航空航天大學

中國科學技術(shù)大學

惠州市杜科新材料有限公司

寧波東爍新材料科技有限公司

云南能投硅材科技發(fā)展有限公司

天津科技大學

十一,、相關產(chǎn)品：

ZJC-50kV電壓擊穿試驗儀

ZST-212體積表面電阻率測試儀

ZJD-C介電常數(shù)介質(zhì)損耗測試儀

ZDH-20KV耐電弧試驗儀

LDQ-5漏電起痕試驗儀

XRW-300HB熱變形維卡溫度測定儀

XNR-400H熔體流動速率測定儀

JF-6氧指數(shù)測定儀

CZF-5水平垂直燃燒試驗機

WDW-50KN材料電子拉力試驗機

一,、電介質(zhì)極化的概念

電氣設備的絕緣對保證設備及整個電力系統(tǒng)的安全運行起著至關重要的作用。絕緣的作用是將不同電位的導體分隔開,，使導體間沒有電氣連接,，從而可以保持不同的電位。具有絕緣作用的材料稱為電介質(zhì),。

電介質(zhì)在電場作用下所發(fā)生的束縛電荷的彈性位移和極性分子的轉(zhuǎn)向現(xiàn)象,，稱為電介質(zhì)的極化。通俗的理解就是：在電場的作用下,，電介質(zhì)由中性轉(zhuǎn)化為對外顯現(xiàn)電性的過程,。極化的結(jié)果是：在電介質(zhì)沿電場方向的兩端出現(xiàn)等量異號電荷形成電矩。與正極板相對的一端出現(xiàn)負電荷,，與負極板相對的一端出現(xiàn)正電荷,。

二、電介質(zhì)極化的種類

根據(jù)電介質(zhì)的物質(zhì)結(jié)構(gòu),，極化有以下四種基本形式,。

1.電子式極化

在外電場的作用下，物質(zhì)原子里的電子軌道相對于原子核發(fā)生位移,，從而產(chǎn)生感應電矩的過程稱為電子式極化,。

電子式極化存在于一切電介質(zhì)中，其特點是極化過程所需的時間極短,，約10^-15～10^-14s,，極化程度取決于電場強度，與電源頻率無關,，溫度對電子式極化的影響不大,。另外，電子式極化屬彈性極化,，去掉外電場,，正、負電荷間的吸引力使得正,、負電荷作用中心重合，所以這種極化沒有能量損耗,。

2.離子式極化

離子式結(jié)構(gòu)的電介質(zhì)在無外電場作用時,，每個分子的正、負離子的作用中心是重合的,。在外電場的作用下,，電場力使得正、負離子發(fā)生相對位移,，整個分子呈現(xiàn)極性,。這種極化形式稱為離子式極化,。

離子式極化存在于離子結(jié)構(gòu)的電介質(zhì)中，其特點是極化過程所需的時間極短,。約10^-13～10^-12s,，故極化程度與電源頻率無關。離子式極化也屬彈性極化,，無能量損耗,。隨著溫度的升高，由于離子間的結(jié)合力降低,，離子式極化的程度略有增加,。

3.偶極子式極化

極性電介質(zhì)是由偶極分子組成的。偶極子是一種特殊的分子,，其正,、負電荷的作用中心不重合，形成偶極矩,，即單個偶極子呈現(xiàn)極性,。無外電場作用時，由于偶極子處于雜亂無章的熱運動狀態(tài),，所以整個電介質(zhì)對外并不呈現(xiàn)極性,。在外電場作用下，原來混亂分布的偶極子轉(zhuǎn)向電場方向定向排列,，呈現(xiàn)出極性,。這種極化方式稱為偶極子式極化。

偶極子式極化存在于極性電介質(zhì)中,，其特點是極化過程所需時間較長,，約10^-10～10^-2s，所以極化程度與電源頻率有關,，頻率較高時偶極子來不及轉(zhuǎn)動,，因而極化率減小。由于偶極子在轉(zhuǎn)向時需要克服分子間的作用力,，即需要消耗電場能量,，消耗的能量在復原時不能收回，所以偶極子式極化屬非彈性極化,。

溫度對偶極子式極化的影響較大,。當溫度升高時分子間的聯(lián)系力減弱，使極化1 程度加強：但當溫度達到一定值時,，由于分子的熱運動加劇,，妨礙偶極子沿電場方營享工 向轉(zhuǎn)向，使極化程度降低。所以,，隨溫度增加極化程度先增加后降低,。

上述三種極化是由帶電質(zhì)點的彈性位移或轉(zhuǎn)向形成的，均發(fā)生在單一電介質(zhì)中,，是極化最基本的形式,。

4.夾層式極化

實際電氣設備的絕緣通常采用多層電介質(zhì)的絕緣結(jié)構(gòu)，因而在不同介質(zhì)的交界面處會發(fā)生由帶電質(zhì)點的移動所形成的夾層式極化,。

下面以簡單的雙層電介質(zhì)為例分析夾層式極化的物理過程,。

如圖TYBZ01401001-1 所示，C₁,、C₂為各層介質(zhì)的電容,，G₁、G₂為各層介質(zhì)的電導,， U₁,、U₂為各層介質(zhì)上的電壓。在開關S剛合閘的瞬間,，介質(zhì)上的電壓按電容分配,，即t＝0

時，U₁/U₂=C₂/C₁,；到達穩(wěn)態(tài)時,，介質(zhì)上的電壓按電導分配，即t→∞時,，U₁/U₂=G₂/G₁,。

由于兩層電介質(zhì)的特性不同，一般情況下C₂/C₁≠G₂/G₁,，所以初始電壓分布與穩(wěn)態(tài)電壓分布通常不相同,，即合閘后兩層介質(zhì)上的電荷需要重新分配。

假設C₁＞C₂,、G₁＜G₂,，則t→0時，U₁＜U₂,；t→∞時,，U₁＞U₂。因U₁+U₂=U, 則在過渡過程中C₁要通過G₂從電源再多充一部分電荷(稱為吸收電荷),，而C₂要通過G₂放掉一部分電荷,，于是在分界面處將積聚起一些電荷。這種使夾層電介質(zhì)的交界面處積聚電荷的過程,，稱為夾層式極化,。電荷積聚過程所形成的電流稱為吸收電流。由于夾層極化中有吸收電荷,，故夾層式極化相當于增大了整個電介質(zhì)的等值電容,。

夾層式極化存在于不均勻夾層介質(zhì)中。這種極化因涉及電荷的移動和積聚,，所以必然伴隨有能量損耗,。由于電荷的積聚是通過介質(zhì)的電導進行的，而介質(zhì)的電導一般很小,，所以極化過程較慢,，一般需要數(shù)秒到數(shù)分鐘，所以這種極化只有在直流和低頻交流電壓下才能表現(xiàn)出來,。

三,、電介質(zhì)的相對介電常數(shù)

1.定義

電介質(zhì)的相對介電常數(shù)ε_r 用來表征電介質(zhì)在電場作用下極化現(xiàn)象的強弱，其物理意義表示極板間放入電介質(zhì)后電容量或電荷量比極板間為真空時增大的倍數(shù),。ε_r值由電介質(zhì)的材料決定,，并且隨溫度、頻率而變化,。其計算式為

ε_r=ε/ε₀=C/C₀                      (TYBZ01401001-1)

式中 ε₀——真空的介電常數(shù),，1/36Π×10^-9F/m；

ε——介質(zhì)的介電常數(shù),；

C₀——平行平板電容器在真空中的電容量,，F(xiàn)；

C——平行平板電容器極板間插入固體介質(zhì)后的電容量,，F(xiàn),。

2. 氣體電介質(zhì)的介電常數(shù)

由于氣體電介質(zhì)的密度很小，所以氣體電介質(zhì)的介電常數(shù)都很小,，在工程應用中一切氣體電介質(zhì)的ε_r都可看作1,。

3.液體電介質(zhì)的介電常數(shù)

(1)中性液體電介質(zhì)。中性液體電介質(zhì)(如變壓器油,、苯,、硅有機油等)的相對介電常數(shù)ε_r在1.8～2.8范圍內(nèi)。相對介電常數(shù)ε_r具有不大的負溫度系數(shù),。

(2)極性液體電介質(zhì),。這類電介質(zhì)的相對介電常數(shù)較大，其值在3～80,，用作絕緣介質(zhì)的ε_r 值一般在3～6,。若用作電容器的浸漬劑，可使電容器的比電容增大,。但此類液體電介質(zhì)在交變電場中的損耗較大,，故高壓絕緣中很少應用,。

極性電介質(zhì)的ε_r與溫度有關，ε_r在溫度較低時先隨溫度的升高而增大,，以后當熱運動較強烈時,，ε_r又隨溫度上升而減小。

極性電介質(zhì)的ε_r與電源頻率有較大的關系,，頻率較低時,，偶極分子能夠跟隨交變電場充分轉(zhuǎn)向，ε_r較大且其值與頻率大小無關,。當頻率很高時偶極分子轉(zhuǎn)向跟不上電場方向的改變,，極化率減小，因而ε_r減小,。

4.固體電介質(zhì)的介電常數(shù)

(1)中性和弱極性固體電介質(zhì),。這類電介質(zhì)只有電子式極化和離子式極化，相對介電常數(shù)較小,，一般為2.0～2.7,。相對介電常數(shù)隨溫度的升高略有下降。

石蠟,、石棉,、聚乙烯、聚丙烯,、無機玻璃等屬于此類電介質(zhì),。

(2)極性固體電介質(zhì)。這類電介質(zhì)的相對介電常數(shù)較大,，一般為3～6,。ε_r與溫度、頻率的關系和極性液體介質(zhì)的相似,。

樹脂,、纖維、橡膠,、有機玻璃,、聚氯乙烯等屬于極性固體電介質(zhì)。

(3)離子性電介質(zhì),。固體無機化合物多數(shù)屬于離子式結(jié)構(gòu)電介質(zhì),，如云母、陶瓷等,，ε_r一般具有正的溫度系數(shù),，其值約在5～8。

四,、電介質(zhì)極化在工程實際中的意義

(1)選擇絕緣材料,。如對電容器應選擇ε_r較大的電介質(zhì)作為絕緣材料,，這樣可以減小電容器單位容量的體積和重量。對于其他電氣設備如電纜,，應選擇ε_r較小的電介質(zhì),，這樣可以減少電纜工作時的由容電流。

(2)多層介質(zhì)的合理配合,。幾種電介質(zhì)組合使用時，由于在交流電壓及沖擊電壓作用下,，各層介質(zhì)中的電場強度分布與ε_r成反比,，所以要注意選擇各介質(zhì)的ε_r值，使各層介質(zhì)中的電場分布較均勻,。

(3)介質(zhì)損耗與介質(zhì)的極化類型有關,，而介質(zhì)損耗對絕緣老化和熱擊穿有很大的影響。

(4)在絕緣預防性試驗中,，可用夾層式極化來判斷絕緣受潮情況,。

【思考與練習】

1.什么叫電介質(zhì)的極化？

2.電介質(zhì)極化的基本形式有哪幾種,？

3.哪幾種極化屬于無損耗的極化,？哪幾種極化屬于有損耗的極化？

4.什么是相對介電常數(shù),？相對介電常數(shù)在工程上有什么意義,？