高频介电常数测定仪

ZJD-C高频介电常数测定仪|介损耗角因数测试仪

一、产品概述：

高频介电常数测定仪采用数字液晶显示，是通过GB1409中的Q表法测试固体/液体绝缘材料介电常数及介质损耗因数的分析仪器。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低值，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，测量时更为精确?？芍倍两榈绯Ｊ敖橹仕鸷慕峁?，免去人工计算的繁琐。经过新升级可通过上位机软件查看测试曲线，北京航天纵横检测仪器是代替进口设备的北京航天纵横仪器产品。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。产地北京房山。

二、技术特性：

DDS数字合成信号：50KHz-160MHz；

信号源频率覆盖比：1600:1；

信号源频率精度：6位有效数3×10-5 ±1个字；

Q测量范围/Q分辨率：1-1000自动/手动量程；4位有效数,分辨率0.1；

Q测量工作误差：<5%；

电感测量范围/分辨率：1nH-140mH 4位有效数,分辨率0.1nH；

电感测量误差：<5%；

调谐电容：主电容17-240pF；

电容直接测量范围：1pF～25nF；

调谐电容误差/分辨率：±1pF或<1% / 0.1pF；

谐振点搜索：自动扫描；

Q合格预置范围：5-1000声光提示；

Q量程切换：自动/手动；

LCD显示参数：F，L，C，Q，Lt，Ct波段等；

新增功能：自身残余电感和测试引线电感的自动扣除功能；

新增功能：大电容值直接测量显示功能，测量值可达25nF；

消耗功率：约25W；

净重：约7kg；

外型尺寸：（宽×高×深）mm：380×132×280。

二、符合标准：

GB/T1409-2006测量电气绝缘材料在工频、音频、高频下电容率和介质损耗因数的推荐方法；

GB/T1693-2007硫化橡胶介电常数和介质损耗角正切值的测定方法；

ASTM D150-11实心电绝缘材料的交流损耗特性和电容率（介电常数）的标准试验方法；

GBT5594.4-2015电子元器件结构陶瓷材料性能测试方法；

三、产品特点：

1、双扫描技术 - 测试频率和调谐电容的双扫描、自动调谐搜索功能。

2、双测试要素输入 - 北京航天纵横检测仪器测试频率及调谐电容值皆可通过数字按键输入。

3、双数码化调谐 - 数码化频率调谐，数码化电容调谐。

4、自动化测量技术 -对测试件实施 Q 值、谐振点频率和电容的自动测量。

5、全参数液晶显示 – 数字显示主调电容、电感、 Q 值、信号源频率、谐振指针。

6、DDS 数字直接合成的信号源 -确保信源的高葆真，频率的高精确、幅度的高稳定。

7、计算机自动修正技术和测试回路优化—使测试回路 残余电感减至低值， Q 读数值在不同频率时要加以修正的困惑。

8、新增功能：电感测试时，仪器自身残余电感和测试引线电感的自动扣除功能。大大提高了在电感值（特别是小电感值）测量时的精度。此技术只有北京航天纵横仪器生产的Q表有。

9、新增功能：大电容值直接测量显示功能，电容值直接测量值可达25nF（配100uH电感时）。大电容值测量一个按键搞定。此技术只有北京航天纵横检测仪器生产的Q表有。

四、工作环境：

1、环境温度：0℃～+40℃；

2、相对湿度：<80％；

3、电源：220V±22V，50Hz±2.5Hz。

五、配置清单：

主机一台

电感九只

夹具一套

液体杯一个

电源线一根

数据线一根

说明书一份

合格证一份

保修卡一张

六、适用单位：

可以用于科研机关，学校，例如一些科研院所，大专院?；蚣屏坎馐圆棵诺氖笛槭倚枰媒榈绯Ｊ嵌跃挡牧系慕橹仕鸷慕钦?/span>tanδ及介电常数进行测试；北京航天纵横检测仪器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。

七、试验步骤：

1、按照Q表的操作规程调整仪器，选定测量频率，测定C1和Q1的值。

2、将试样放入测试电极中，并调节电容器C，使电路谐振，达到最大Q值记下调谐电容量C2和Q2的值。

3、将试样从测试电极中取出，调节C或测试电极的距离，使电路重新谐振，记下C、或测试电极的校正电容值与Q值，北京航天纵横检测仪器并根据测试值计算出损耗角tanδ与介电常数ε。

4、其他高频测试仪器按其说明书进行操作，北京航天纵横检测仪器通过测试值计算出损耗角tanδ和介电常数ε。

八、试验条件：

1、试样表面应清洁、平滑，无裂纹、气泡和杂质等，试样表面应用蘸有无水乙醇的布擦洗。

2、试样应在标准实验室温度及湿度下至少调节24h。

3、当试样处理有特殊要求时，可按其产品标准规定的进行。

九、测试意义：

1、介电常数——北京航天纵横检测仪器绝缘材料通常以两种不同方式来使用，即（1）用于固定电学网络部件，同时让其彼此以及与地面绝缘；（2）用于起到某一电容器的电介质作用。在第一种应用中，通常要求固定的电容尽可能小，同时具有可接受且一致的机械，化学和耐热性能。因此要求电容率具有一个低值。在第二种应用中，要求电容率具有一个高值，以使得电容器能够在外型上能尽可能小。有时使用电容率的中间值来评估在导体边缘或末端的应力，以将交流电晕降至最小。

2、交流损耗——对于这两种场合（作为电学绝缘材料和作为电容器电介质），交流损耗通常必须是比较小的，以减小材料的加热，同时将其对网络剩余部分的影响降至最小。在高频率应用场合，特别要求损耗指数具有一个低值，因为对于某一给定的损耗指数，电介质损耗直接随着频率而增大。在某些电介质结构中，例如试验用终止衬套和电缆所用的电介质，通常电导增加可获得损耗增大，这有时引入其来控制电压梯度。在比较具有近似相同电容率的材料时或者在材料电容率基本保持恒定的条件下使用任何材料时，这可能有助于考虑耗散因子，功率因子，相位角或损耗角。

3、相关性——北京航天纵横检测仪器当获得适当的相关性数据时，耗散因子或功率因子有助于显示某一材料在其它方面的特征，例如电介质击穿，湿分含量，固化程度和任何原因导致的破坏。然而，由于热老化导致的破坏将不会影响耗散因子，除非材料随后暴露在湿分中。当耗散因子的初始值非常重要的，耗散因子随着老化发生的变化通常是及其显著的。

十、典型用户：

沧州大化集团

中国计量大学

河南平煤神马聚碳材料有限责任公司

温州市鹿城区科学技术局

东莞初创应用材料有限公司

北京航空航天大学

中国科学技术大学

惠州市杜科新材料有限公司

宁波东烁新材料科技有限公司

云南能投硅材科技发展有限公司

天津科技大学

十一、相关产品：

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一、电介质极化的概念

电气设备的绝缘对保证设备及整个电力系统的安全运行起着至关重要的作用。绝缘的作用是将不同电位的导体分隔开，使导体间没有电气连接，从而可以保持不同的电位。具有绝缘作用的材料称为电介质。

电介质在电场作用下所发生的束缚电荷的弹性位移和极性分子的转向现象，称为电介质的极化。通俗的理解就是：在电场的作用下，电介质由中性转化为对外显现电性的过程。极化的结果是：在电介质沿电场方向的两端出现等量异号电荷形成电矩。与正极板相对的一端出现负电荷，与负极板相对的一端出现正电荷。

二、电介质极化的种类

根据电介质的物质结构，极化有以下四种基本形式。

1.电子式极化

在外电场的作用下，物质原子里的电子轨道相对于原子核发生位移，从而产生感应电矩的过程称为电子式极化。

电子式极化存在于一切电介质中，其特点是极化过程所需的时间极短，约10^-15～10^-14s，极化程度取决于电场强度，与电源频率无关，温度对电子式极化的影响不大。另外，电子式极化属弹性极化，去掉外电场，正、负电荷间的吸引力使得正、负电荷作用中心重合，所以这种极化没有能量损耗。

2.离子式极化

离子式结构的电介质在无外电场作用时，每个分子的正、负离子的作用中心是重合的。在外电场的作用下，电场力使得正、负离子发生相对位移，整个分子呈现极性。这种极化形式称为离子式极化。

离子式极化存在于离子结构的电介质中，其特点是极化过程所需的时间极短。约10^-13～10^-12s，故极化程度与电源频率无关。离子式极化也属弹性极化，无能量损耗。随着温度的升高，由于离子间的结合力降低，离子式极化的程度略有增加。

3.偶极子式极化

极性电介质是由偶极分子组成的。偶极子是一种特殊的分子，其正、负电荷的作用中心不重合，形成偶极矩，即单个偶极子呈现极性。无外电场作用时，由于偶极子处于杂乱无章的热运动状态，所以整个电介质对外并不呈现极性。在外电场作用下，原来混乱分布的偶极子转向电场方向定向排列，呈现出极性。这种极化方式称为偶极子式极化。

偶极子式极化存在于极性电介质中，其特点是极化过程所需时间较长，约10^-10～10^-2s，所以极化程度与电源频率有关，频率较高时偶极子来不及转动，因而极化率减小。由于偶极子在转向时需要克服分子间的作用力，即需要消耗电场能量，消耗的能量在复原时不能收回，所以偶极子式极化属非弹性极化。

温度对偶极子式极化的影响较大。当温度升高时分子间的联系力减弱，使极化1 程度加强：但当温度达到一定值时，由于分子的热运动加剧，妨碍偶极子沿电场方营享工 向转向，使极化程度降低。所以，随温度增加极化程度先增加后降低。

上述三种极化是由带电质点的弹性位移或转向形成的，均发生在单一电介质中，是极化最基本的形式。

4.夹层式极化

实际电气设备的绝缘通常采用多层电介质的绝缘结构，因而在不同介质的交界面处会发生由带电质点的移动所形成的夹层式极化。

下面以简单的双层电介质为例分析夹层式极化的物理过程。

如图TYBZ01401001-1 所示，C₁、C₂为各层介质的电容，G₁、G₂为各层介质的电导， U₁、U₂为各层介质上的电压。在开关S刚合闸的瞬间，介质上的电压按电容分配，即t＝0

时，U₁/U₂=C₂/C₁；到达稳态时，介质上的电压按电导分配，即t→∞时，U₁/U₂=G₂/G₁。

由于两层电介质的特性不同，一般情况下C₂/C₁≠G₂/G₁，所以初始电压分布与稳态电压分布通常不相同，即合闸后两层介质上的电荷需要重新分配。

假设C₁＞C₂、G₁＜G₂，则t→0时，U₁＜U₂；t→∞时，U₁＞U₂。因U₁+U₂=U, 则在过渡过程中C₁要通过G₂从电源再多充一部分电荷(称为吸收电荷)，而C₂要通过G₂放掉一部分电荷，于是在分界面处将积聚起一些电荷。这种使夹层电介质的交界面处积聚电荷的过程，称为夹层式极化。电荷积聚过程所形成的电流称为吸收电流。由于夹层极化中有吸收电荷，故夹层式极化相当于增大了整个电介质的等值电容。

夹层式极化存在于不均匀夹层介质中。这种极化因涉及电荷的移动和积聚，所以必然伴随有能量损耗。由于电荷的积聚是通过介质的电导进行的，而介质的电导一般很小，所以极化过程较慢，一般需要数秒到数分钟，所以这种极化只有在直流和低频交流电压下才能表现出来。

三、电介质的相对介电常数

1.定义

电介质的相对介电常数ε_r 用来表征电介质在电场作用下极化现象的强弱，其物理意义表示极板间放入电介质后电容量或电荷量比极板间为真空时增大的倍数。ε_r值由电介质的材料决定，并且随温度、频率而变化。其计算式为

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

式中 ε₀——真空的介电常数，1/36Π×10^-9F/m；

ε——介质的介电常数；

C₀——平行平板电容器在真空中的电容量，F；

C——平行平板电容器极板间插入固体介质后的电容量，F。

2. 气体电介质的介电常数

由于气体电介质的密度很小，所以气体电介质的介电常数都很小，在工程应用中一切气体电介质的ε_r都可看作1。

3.液体电介质的介电常数

(1)中性液体电介质。中性液体电介质(如变压器油、苯、硅有机油等)的相对介电常数ε_r在1.8～2.8范围内。相对介电常数ε_r具有不大的负温度系数。

(2)极性液体电介质。这类电介质的相对介电常数较大，其值在3～80，用作绝缘介质的ε_r 值一般在3～6。若用作电容器的浸渍剂，可使电容器的比电容增大。但此类液体电介质在交变电场中的损耗较大，故高压绝缘中很少应用。

极性电介质的ε_r与温度有关，ε_r在温度较低时先随温度的升高而增大，以后当热运动较强烈时，ε_r又随温度上升而减小。

极性电介质的ε_r与电源频率有较大的关系，频率较低时，偶极分子能够跟随交变电场充分转向，ε_r较大且其值与频率大小无关。当频率很高时偶极分子转向跟不上电场方向的改变，极化率减小，因而ε_r减小。

4.固体电介质的介电常数

(1)中性和弱极性固体电介质。这类电介质只有电子式极化和离子式极化，相对介电常数较小，一般为2.0～2.7。相对介电常数随温度的升高略有下降。

石蜡、石棉、聚乙烯、聚丙烯、无机玻璃等属于此类电介质。

(2)极性固体电介质。这类电介质的相对介电常数较大，一般为3～6。ε_r与温度、频率的关系和极性液体介质的相似。

树脂、纤维、橡胶、有机玻璃、聚氯乙烯等属于极性固体电介质。

(3)离子性电介质。固体无机化合物多数属于离子式结构电介质，如云母、陶瓷等，ε_r一般具有正的温度系数，其值约在5～8。

四、电介质极化在工程实际中的意义

(1)选择绝缘材料。如对电容器应选择ε_r较大的电介质作为绝缘材料，这样可以减小电容器单位容量的体积和重量。对于其他电气设备如电缆，应选择ε_r较小的电介质，这样可以减少电缆工作时的由容电流。

(2)多层介质的合理配合。几种电介质组合使用时，由于在交流电压及冲击电压作用下，各层介质中的电场强度分布与ε_r成反比，所以要注意选择各介质的ε_r值，使各层介质中的电场分布较均匀。

(3)介质损耗与介质的极化类型有关，而介质损耗对绝缘老化和热击穿有很大的影响。

(4)在绝缘预防性试验中，可用夹层式极化来判断绝缘受潮情况。

【思考与练习】

1.什么叫电介质的极化？

2.电介质极化的基本形式有哪几种？

3.哪几种极化属于无损耗的极化？哪几种极化属于有损耗的极化？

4.什么是相对介电常数？相对介电常数在工程上有什么意义？