ZJD-C高頻介電常數(shù)測(cè)定儀|介損耗角因數(shù)測(cè)試儀

一、產(chǎn)品概述：

高頻介電常數(shù)測(cè)定儀采用數(shù)字液晶顯示，是通過GB1409中的Q表法測(cè)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(jì)算機(jī)控制儀器，測(cè)量核心采用了頻率數(shù)字鎖定、標(biāo)準(zhǔn)頻率測(cè)試點(diǎn)自動(dòng)設(shè)定、諧振點(diǎn)自動(dòng)搜索、Q值量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換、數(shù)值顯示等新技術(shù)，改進(jìn)了調(diào)諧回路，使得調(diào)諧測(cè)試回路的殘余電感減至低值，并保留了原Q表中自動(dòng)穩(wěn)幅等技術(shù)，使得新儀器在使用時(shí)更為方便，測(cè)量時(shí)更為精確。可直讀介電常數(shù)及介質(zhì)損耗結(jié)果，免去人工計(jì)算的繁瑣。經(jīng)過新升級(jí)可通過上位機(jī)軟件查看測(cè)試曲線，北京航天縱橫檢測(cè)儀器是代替進(jìn)口設(shè)備的北京航天縱橫儀器產(chǎn)品。儀器能在較高的測(cè)試頻率條件下，測(cè)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(hào)：50KHz-160MHz；

信號(hào)源頻率覆蓋比：1600:1；

信號(hào)源頻率精度：6位有效數(shù)3×10-5 ±1個(gè)字；

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

Q測(cè)量工作誤差：<5%；

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

電感測(cè)量誤差：<5%；

調(diào)諧電容：主電容17-240pF；

電容直接測(cè)量范圍：1pF～25nF；

調(diào)諧電容誤差/分辨率：±1pF或<1% / 0.1pF；

諧振點(diǎn)搜索：自動(dòng)掃描；

Q合格預(yù)置范圍：5-1000聲光提示；

Q量程切換：自動(dòng)/手動(dòng)；

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(cè)試引線電感的自動(dòng)扣除功能；

新增功能：大電容值直接測(cè)量顯示功能，測(cè)量值可達(dá)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(biāo)準(zhǔn)：

GB/T1409-2006測(cè)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(cè)定方法；

ASTM D150-11實(shí)心電絕緣材料的交流損耗特性和電容率（介電常數(shù)）的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法；

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

三、產(chǎn)品特點(diǎn)：

1、雙掃描技術(shù) - 測(cè)試頻率和調(diào)諧電容的雙掃描、自動(dòng)調(diào)諧搜索功能。

2、雙測(cè)試要素輸入 - 北京航天縱橫檢測(cè)儀器測(cè)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(dòng)化測(cè)量技術(shù) -對(duì)測(cè)試件實(shí)施 Q 值、諧振點(diǎn)頻率和電容的自動(dòng)測(cè)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(hào)源頻率、諧振指針。

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

7、計(jì)算機(jī)自動(dòng)修正技術(shù)和測(cè)試回路優(yōu)化—使測(cè)試回路 殘余電感減至低值， Q 讀數(shù)值在不同頻率時(shí)要加以修正的困惑。

8、新增功能：電感測(cè)試時(shí)，儀器自身殘余電感和測(cè)試引線電感的自動(dòng)扣除功能。大大提高了在電感值（特別是小電感值）測(cè)量時(shí)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(cè)量顯示功能，電容值直接測(cè)量值可達(dá)25nF（配100uH電感時(shí)）。大電容值測(cè)量一個(gè)按鍵搞定。此技術(shù)只有北京航天縱橫檢測(cè)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(duì)濕度：<80％；

3、電源：220V±22V，50Hz±2.5Hz。

五、配置清單：

主機(jī)一臺(tái)

電感九只

夾具一套

液體杯一個(gè)

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(jī)關(guān)，學(xué)校，例如一些科研院所，大專院?；蛴?jì)量測(cè)試部門的實(shí)驗(yàn)室需要用介電常數(shù)儀對(duì)絕緣材料的介質(zhì)損耗角正切tanδ及介電常數(shù)進(jìn)行測(cè)試；北京航天縱橫檢測(cè)儀器同時(shí)也適用于工廠或單位，例如一些工廠對(duì)無機(jī)非金屬新材料性能的應(yīng)用進(jìn)行研究，另外在電力、電工、化工等領(lǐng)域，如：電廠、電業(yè)局實(shí)驗(yàn)所、變壓器廠、電容器廠、絕緣材料廠、煉油廠等單位對(duì)固體及液體絕緣材料的介質(zhì)損耗和相對(duì)介電常數(shù)ε的質(zhì)量檢測(cè)等等。

七、試驗(yàn)步驟：

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

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

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

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

八、試驗(yàn)條件：

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

2、試樣應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室溫度及濕度下至少調(diào)節(jié)24h。

3、當(dāng)試樣處理有特殊要求時(shí)，可按其產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的進(jìn)行。

九、測(cè)試意義：

1、介電常數(shù)——北京航天縱橫檢測(cè)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(xué)網(wǎng)絡(luò)部件，同時(shí)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(yīng)用中，通常要求固定的電容盡可能小，同時(shí)具有可接受且一致的機(jī)械，化學(xué)和耐熱性能。因此要求電容率具有一個(gè)低值。在第二種應(yīng)用中，要求電容率具有一個(gè)高值，以使得電容器能夠在外型上能盡可能小。有時(shí)使用電容率的中間值來評(píng)估在導(dǎo)體邊緣或末端的應(yīng)力，以將交流電暈降至最小。

2、交流損耗——對(duì)于這兩種場(chǎng)合（作為電學(xué)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(shí)將其對(duì)網(wǎng)絡(luò)剩余部分的影響降至最小。在高頻率應(yīng)用場(chǎng)合，特別要求損耗指數(shù)具有一個(gè)低值，因?yàn)閷?duì)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(yàn)用終止襯套和電纜所用的電介質(zhì)，通常電導(dǎo)增加可獲得損耗增大，這有時(shí)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(shí)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(shí)，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(guān)性——北京航天縱橫檢測(cè)儀器當(dāng)獲得適當(dāng)?shù)南嚓P(guān)性數(shù)據(jù)時(shí)，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?dǎo)致的破壞將不會(huì)影響耗散因子，除非材料隨后暴露在濕分中。當(dāng)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(tuán)

中國計(jì)量大學(xué)

河南平煤神馬聚碳材料有限責(zé)任公司

溫州市鹿城區(qū)科學(xué)技術(shù)局

東莞初創(chuàng)應(yīng)用材料有限公司

北京航空航天大學(xué)

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)

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(xué)

十一、相關(guān)產(chǎn)品：

ZJC-50kV電壓擊穿試驗(yàn)儀

ZST-212體積表面電阻率測(cè)試儀

ZJD-C介電常數(shù)介質(zhì)損耗測(cè)試儀

ZDH-20KV耐電弧試驗(yàn)儀

LDQ-5漏電起痕試驗(yàn)儀

XRW-300HB熱變形維卡溫度測(cè)定儀

XNR-400H熔體流動(dòng)速率測(cè)定儀

JF-6氧指數(shù)測(cè)定儀

CZF-5水平垂直燃燒試驗(yàn)機(jī)

WDW-50KN材料電子拉力試驗(yàn)機(jī)

一、電介質(zhì)極化的概念

電氣設(shè)備的絕緣對(duì)保證設(shè)備及整個(gè)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。絕緣的作用是將不同電位的導(dǎo)體分隔開，使導(dǎo)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(chǎng)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(chǎng)的作用下，電介質(zhì)由中性轉(zhuǎn)化為對(duì)外顯現(xiàn)電性的過程。極化的結(jié)果是：在電介質(zhì)沿電場(chǎng)方向的兩端出現(xiàn)等量異號(hào)電荷形成電矩。與正極板相對(duì)的一端出現(xiàn)負(fù)電荷，與負(fù)極板相對(duì)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(chǎng)的作用下，物質(zhì)原子里的電子軌道相對(duì)于原子核發(fā)生位移，從而產(chǎn)生感應(yīng)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(diǎn)是極化過程所需的時(shí)間極短，約10^-15～10^-14s，極化程度取決于電場(chǎng)強(qiáng)度，與電源頻率無關(guān)，溫度對(duì)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(chǎng)，正、負(fù)電荷間的吸引力使得正、負(fù)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(chǎng)作用時(shí)，每個(gè)分子的正、負(fù)離子的作用中心是重合的。在外電場(chǎng)的作用下，電場(chǎng)力使得正、負(fù)離子發(fā)生相對(duì)位移，整個(gè)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(diǎn)是極化過程所需的時(shí)間極短。約10^-13～10^-12s，故極化程度與電源頻率無關(guān)。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(fù)電荷的作用中心不重合，形成偶極矩，即單個(gè)偶極子呈現(xiàn)極性。無外電場(chǎng)作用時(shí)，由于偶極子處于雜亂無章的熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，所以整個(gè)電介質(zhì)對(duì)外并不呈現(xiàn)極性。在外電場(chǎng)作用下，原來混亂分布的偶極子轉(zhuǎn)向電場(chǎng)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(diǎn)是極化過程所需時(shí)間較長(zhǎng)，約10^-10～10^-2s，所以極化程度與電源頻率有關(guān)，頻率較高時(shí)偶極子來不及轉(zhuǎn)動(dòng)，因而極化率減小。由于偶極子在轉(zhuǎn)向時(shí)需要克服分子間的作用力，即需要消耗電場(chǎng)能量，消耗的能量在復(fù)原時(shí)不能收回，所以偶極子式極化屬非彈性極化。

溫度對(duì)偶極子式極化的影響較大。當(dāng)溫度升高時(shí)分子間的聯(lián)系力減弱，使極化1 程度加強(qiáng)：但當(dāng)溫度達(dá)到一定值時(shí)，由于分子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，妨礙偶極子沿電場(chǎng)方營(yíng)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(diǎn)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(shí)際電氣設(shè)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(huì)發(fā)生由帶電質(zhì)點(diǎn)的移動(dòng)所形成的夾層式極化。

下面以簡(jiǎn)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(dǎo)， U₁、U₂為各層介質(zhì)上的電壓。在開關(guān)S剛合閘的瞬間，介質(zhì)上的電壓按電容分配，即t＝0

時(shí)，U₁/U₂=C₂/C₁；到達(dá)穩(wěn)態(tài)時(shí)，介質(zhì)上的電壓按電導(dǎo)分配，即t→∞時(shí)，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(shè)C₁＞C₂、G₁＜G₂，則t→0時(shí)，U₁＜U₂；t→∞時(shí)，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(dāng)于增大了整個(gè)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(dòng)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(dǎo)進(jìn)行的，而介質(zhì)的電導(dǎo)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(duì)介電常數(shù)

1.定義

電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)ε_r 用來表征電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下極化現(xiàn)象的強(qiáng)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(shí)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(jì)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(yīng)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(jī)油等)的相對(duì)介電常數(shù)ε_r在1.8～2.8范圍內(nèi)。相對(duì)介電常數(shù)ε_r具有不大的負(fù)溫度系數(shù)。

(2)極性液體電介質(zhì)。這類電介質(zhì)的相對(duì)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(chǎng)中的損耗較大，故高壓絕緣中很少應(yīng)用。

極性電介質(zhì)的ε_r與溫度有關(guān)，ε_r在溫度較低時(shí)先隨溫度的升高而增大，以后當(dāng)熱運(yùn)動(dòng)較強(qiáng)烈時(shí)，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(guān)系，頻率較低時(shí)，偶極分子能夠跟隨交變電場(chǎng)充分轉(zhuǎn)向，ε_r較大且其值與頻率大小無關(guān)。當(dāng)頻率很高時(shí)偶極分子轉(zhuǎn)向跟不上電場(chǎng)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(duì)介電常數(shù)較小，一般為2.0～2.7。相對(duì)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(jī)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(duì)介電常數(shù)較大，一般為3～6。ε_r與溫度、頻率的關(guān)系和極性液體介質(zhì)的相似。

樹脂、纖維、橡膠、有機(jī)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(jī)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(shí)際中的意義

(1)選擇絕緣材料。如對(duì)電容器應(yīng)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(duì)于其他電氣設(shè)備如電纜，應(yīng)選擇ε_r較小的電介質(zhì)，這樣可以減少電纜工作時(shí)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(shí)，由于在交流電壓及沖擊電壓作用下，各層介質(zhì)中的電場(chǎng)強(qiáng)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(chǎng)分布較均勻。

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

(4)在絕緣預(yù)防性試驗(yàn)中，可用夾層式極化來判斷絕緣受潮情況。

【思考與練習(xí)】

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(duì)介電常數(shù)？相對(duì)介電常數(shù)在工程上有什么意義？