高低頻介質(zhì)損耗因數(shù)試驗儀

介電性能：

介電性能是指在電場作用下，表現(xiàn)出對靜電能的儲蓄和損耗的性質(zhì)，該詞通常用介電常數(shù)和介質(zhì)損耗來表示。材料應(yīng)用高頻技術(shù)時，如實木復(fù)合地板采用高頻熱壓時介電性能是非常重要的性質(zhì)。介質(zhì)在外加電場時會產(chǎn)生感應(yīng)電荷而削弱電場，原外加電場（真空中）與最終介質(zhì)中電場比值即為介電常數(shù)(permittivity),又稱透電率。

無機(jī)介質(zhì)材料表現(xiàn)出來的介電性能的應(yīng)用中，還涉及到介電常數(shù)、介電損耗因子和介電強度等。

介電常數(shù)又叫介質(zhì)常數(shù)、介電系數(shù)或電容率，它是表示絕緣能力特性的一個系數(shù)，以字母ε表示，單位為法/米如果有高介電常數(shù)的材料放在電場中，場的強度會在電介質(zhì)內(nèi)有可觀的下降。

介質(zhì)損耗和介電常數(shù)測量實驗

介電特性是電介質(zhì)材料極其重要的性質(zhì)。在實際應(yīng)用中，電介質(zhì)材料的介電系數(shù)和介質(zhì)損耗是非常重要的參數(shù)。例如，制造電容器的材料要求介電系數(shù)盡量大，而介質(zhì)損耗盡量小。相反地，制造儀表絕緣器件的材料則要求介電系數(shù)和介質(zhì)損耗都盡量小。而在某些特殊情況下，則要求材料的介質(zhì)損耗較大。所以，通過測定介電常數(shù)(ε)及介質(zhì)損耗角正切(tgδ)，可進(jìn)一步了解影響介質(zhì)損耗和介電常數(shù)的各種因素，為提高材料的性能提供依據(jù)。

一、實驗?zāi)康?/span>

1、探討介質(zhì)極化與介電常數(shù)、介質(zhì)損耗的關(guān)系；

2、了解高頻Q表的工作原理；

3、掌握室溫下用高頻Q表測定材料的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切值。

二、實驗原理

按照物質(zhì)電結(jié)構(gòu)的觀點，任何物質(zhì)都是由不同的電荷構(gòu)成，而在電介質(zhì)中存在原子、分子和離子等。當(dāng)固體電介質(zhì)置于電場中后會顯示出一定的極性，這個過程稱為極化。對不同的材料、溫度和頻率，各種極化過程的影響不同。

1、介電常數(shù)(ε)：某一電介質(zhì)(如硅酸鹽、高分子材料)組成的電容器在一定電壓作用下所得到的電容量Cx與同樣大小的介質(zhì)為真空的電容器的電容量Co之比值，被稱為該電介質(zhì)材料的相對介電常數(shù)。

式中：Cx    —電容器兩極板充滿介質(zhì)時的電容；

Cο    —電容器兩極板為真空時的電容；

ε    —電容量增加的倍數(shù)，即相對介電常數(shù)

介電常數(shù)的大小表示該介質(zhì)中空間電荷互相作用減弱的程度。作為高頻絕緣材料，ε要小，特別是用于高壓絕緣時。在制造高電容器時，則要求ε要大，特別是小型電容器。

在絕緣技術(shù)中，特別是選擇絕緣材料或介質(zhì)貯能材料時，都需要考慮電介質(zhì)的介電常數(shù)。此外，由于介電常數(shù)取決于極化，而極化又取決于電介質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)和分子運動的形式。所以，通過介電常數(shù)隨電場強度、頻率和溫度變化規(guī)律的研究，還可以推斷絕緣材料的分子結(jié)構(gòu)。

2．介電損耗(tgδ)：指電介質(zhì)材料在外電場作用下發(fā)熱而損耗的那部分能量。在直流電場作用下，介質(zhì)沒有周期性損耗，基本上是穩(wěn)態(tài)電流造成的損耗；在交流電場作用下，介質(zhì)損

耗除了穩(wěn)態(tài)電流損耗外，還有各種交流損耗。由于電場的頻繁轉(zhuǎn)向，電介質(zhì)中的損耗要比直流電場作用時大許多(有時達(dá)到幾千倍)，因此介質(zhì)損耗通常是指交流損耗。

在工程中，常將介電損耗用介質(zhì)損耗角正切tgδ來表示。tgδ是絕緣體的無效消耗的能量對有效輸入的比例，它表示材料在一周期內(nèi)熱功率損耗與貯存之比，是衡量材料損耗程度的物理量。

tg

式中：ω    —電源角頻率；

R    —并聯(lián)等效交流電阻；

C    —并聯(lián)等效交流電容器

凡是體積電阻率小的，其介電損耗就大。介質(zhì)損耗對于用在高壓裝置、高頻設(shè)備，特別是用在高壓、高頻等地方的材料和器件具有特別重要的意義，介質(zhì)損耗過大，不僅降低整機(jī)的性能，甚至?xí)斐山^緣材料的熱擊穿。

3、Q值：tgδ的倒數(shù)稱為品質(zhì)因素，或稱Q值。Q值大，介電損失小，說明品質(zhì)好。所以在選用電介質(zhì)前，必須首先測定它們的ε和tgδ。而這兩者的測定是分不開的。

通常測量材料介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切的方法有二種：交流電橋法和Q表測量法，其中Q表測量法在測量時由于操作與計算比較簡便而廣泛采用。本實驗主要采用的是Q表測量法。

4、陶瓷介質(zhì)損耗角正切及介電常數(shù)測試儀：它由穩(wěn)壓電源、高頻信號發(fā)生器、定位電壓表CBl、Q值電壓表CB2、寬頻低

阻分壓器以及標(biāo)準(zhǔn)可調(diào)電容器等組成(圖2)。工作原理如下：高頻信導(dǎo)發(fā)生器的輸出信號，通過低阻抗耦合線圈將信號饋送至寬頻低阻抗分壓器。輸出信號幅度的調(diào)節(jié)是通過控制振蕩器的簾柵極電壓來實現(xiàn)。當(dāng)調(diào)節(jié)定位電壓表CBl指在定位線上時，Ri兩端得到約l0mV的電壓(Vi)。當(dāng)Vi調(diào)節(jié)在一定數(shù)值(10mV)后，可以使測量Vc的電壓表CB2直接以Q值刻度，即可直接的讀出Q值，而不必計算。另外，電路中采用寬頻低阻分壓器的原因是：如果直接測量Vi必須增加大量電子組件才能測量出高頻低電壓信號，成本較高。若使用寬頻低阻分壓器后則可用普通電壓表達(dá)到同樣的目的。

圖1 Q表測量電路圖

經(jīng)推導(dǎo)(1) 介電常數(shù)：

    (1)

式中：C1—標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的電容量；

C2—樣品測試的電容量；

d—試樣的厚度(cm)；

Φ—試樣的直徑(cm)；

(2) 介質(zhì)損耗角正切：

    (2)

式中：Q1—標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的Q值；

Q2—樣品測試的Q值；

(3) Q值：

    (3)

三、實驗儀器及設(shè)備

1、儀器設(shè)備：

(1) Q表測試儀、電感箱、樣品夾具等；

(2) 千分游標(biāo)卡尺；

2、樣品要求：圓形片：厚度2±0.5mm，直徑為Φ38±1mm。

四、實驗步驟

1、本儀器適用于110V/220V，50Hz交流電，使用前要檢查電壓情況，以保證測試條件的穩(wěn)定。

2、開機(jī)預(yù)熱15分鐘，使儀器恢復(fù)正常狀態(tài)后才能開始測試。

3、按部件標(biāo)準(zhǔn)制備好的測試樣品，兩面用特種鉛筆或?qū)щ娿y漿涂覆，使樣品兩面都各自導(dǎo)電，但南面之間不能導(dǎo)通，備用。

4、選擇適當(dāng)?shù)妮o助線圈插入電感接線柱。根據(jù)需要選擇振蕩器頻率，調(diào)節(jié)測試電路電容器使電路諧振。假定諧振時電容為C1，品質(zhì)因素為Q1。

5、將被測樣品接在Cx接線柱上。

6、再調(diào)節(jié)測試電路電容器使電路諧振，這時電容為C2，可以直接讀出Q2。

7、用游標(biāo)卡尺量出試樣的直徑Φ和厚度d(分別在不同位置測得兩個數(shù)據(jù)，再取其平均值)。

五、結(jié)果處理

1、ε和tgδ測定記錄：

實驗數(shù)據(jù)按表要求填寫。

2、計算：

根據(jù)表格中測得的數(shù)據(jù)，按公式(1)、(2)分別計算各個數(shù)值。

六、注意事項

(1) 電壓或頻率的劇烈波動常使電橋不能達(dá)到良好的平衡，所以測定時，電壓和頻率要求穩(wěn)定，電壓變動不得大于1%，頻率變動不得大于0.5%。

(2) 電極與試樣的接觸情況，對tgδ的測試結(jié)果有很大影響，因此涂銀導(dǎo)電層電極要求接觸良好、均勻，而厚度合適。

(3) 試樣吸濕后，測得的tgδ值增大，影響測量精度，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格避免試樣吸潮。

(4) 在測量過程中，注意隨時電橋本體屏蔽的情況，當(dāng)電橋真正達(dá)到平衡，“本體－屏蔽"開關(guān)置于任何一邊時，檢查計光帶均應(yīng)最小，而無大變化。

高低頻介質(zhì)損耗因數(shù)試驗儀符合標(biāo)準(zhǔn)：

《JJG563-2004高壓電容電橋檢定規(guī)程》

《JB1811-92壓縮氣體標(biāo)準(zhǔn)電容器》

《GB1409-2016固體絕緣材料相對介電常數(shù)和介質(zhì)損耗因數(shù)的試驗方法》

《ASTM D150固體電絕緣材料的交流損耗特性及介電常數(shù)的試驗方法》

《IEC 60250測定電氣絕緣材料在工頻、音頻、射頻(包括米波長)下電容率和電介質(zhì)損耗因數(shù)的推薦方法》

一、概述

ZJD-87型介電常數(shù)測試儀高精密高壓電容電橋主要采用電流比較儀的原理，具有操作方便可靠、測量精度高、讀數(shù)位數(shù)多、線性度好，不受環(huán)境濕度影響，儀器顯示采用大屏幕TFT，可顯示電容值 Cx、介損值tgδ、試驗電壓Upk/√2 、電感量Lx、品質(zhì)因數(shù)Q、測試電流Ix、材料的介電常數(shù)ε、測試電源頻率fx、視在功率S、有效功率P、無功功率Q等，它不僅能測電容器的電容量、介損量，還能測量電抗器的電感量和Q值及固體材料和液體材料的介質(zhì)損耗和介電常數(shù)，還有前時鐘的顯示，是目前國內(nèi)精度高、穩(wěn)定性好、操作方便、用途廣泛的高壓電橋。它在測量上具有很高的比率精度和穩(wěn)定性，這是一般西林電橋 、高壓介損儀不能達(dá)到的。適宜于在高電壓下測量電力電纜、高壓套管、電力電容器、 電抗器、互感器等高壓電力設(shè)備的電容量及損耗角正切值tgδ，以及各種固體或液體絕緣材料的介電常數(shù)（ε）及介損值tgδ，也可測量高壓變壓器或電壓互感器的比差和角差。電橋可外接電流互感器以擴(kuò)大量程，測量大的電力電容器時本電橋為四端測量具有引線補償裝置，使測量精度提高，消除接線電阻引起的附加誤差。本介電測試儀還可測量電抗器的電感量及Q值。量程擴(kuò)展器（供選購）能使主橋體的電容比從1000：1擴(kuò)大到106：1。

二、參數(shù)設(shè)置

型號：ZJD-87

準(zhǔn)確度：      Cx:±（讀數(shù)×0.5%+0.5pF）；tgδ:±（讀數(shù)×0.5%+0.00005）；

電容量范圍：內(nèi)施高壓：3pF～60000pF/10kV；60pF～1μF/0.5kV；

外施高壓：3pF～1.5μF/10kV；60pF～30μF/0.5kV；

*分辨率：最高0.001pF，4位有效數(shù)字；

*介電常數(shù)ε測試范圍：0-200；

*介電常數(shù)ε準(zhǔn)確度：0.5%

*介質(zhì)損耗tgδ測試范圍：不限，

*介質(zhì)損耗tgδ分辨率：0.000001，電容、電感、電阻三種試品自動識別。

試驗電流范圍：5μA～5A；

*內(nèi)施高壓：設(shè)定電壓范圍：0.5～10kV ；

最大輸出電流：200mA；

*升降壓方式：電壓隨意設(shè)置。比如5123V。

試驗頻率： 40-70Hz單頻隨意設(shè)置。比如48.7Hz.

頻率精度：±0.01Hz

外施高壓：接線時最大試驗電流5A，工頻或變頻40-70Hz

測量時間：約30s，與測量方式有關(guān)；

高壓電極直徑與表面積：￠98mm(75.43cm2)

測量電極直徑與表面積： ￠50 mm(19.63cm2)

電極材料：不銹鋼1Cr13Ni9Ti

電極工作面：精面面磨

電極間距：不大于5 mm

電極加熱功率： >2*500W

電極最高溫度：180°

加熱時間：30分鐘

電極壓力：0~1.0Mpa連續(xù)可調(diào)

最大測量電壓：2000V，50Hz

真空度 ：電極可抽真空至3*10-2 Mpa

輸入電源：180V～270VAC，50Hz±1%，市電或發(fā)電機(jī)供電

*計算機(jī)接口：標(biāo)準(zhǔn)RS232接口，U盤插口(自動U盤存儲數(shù)據(jù))。

打印機(jī)：微型熱敏打印機(jī) 

環(huán)境溫度：-10℃～50℃  

相對濕度：<90%

主機(jī)外形尺寸：490*520*360（長寬高mm） 

電極尺寸：400*300*400（長寬高mm）

儀器重量：35kg

三、配置清單

主機(jī)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

四、測試意義

1、介電常數(shù)——北京智德創(chuàng)新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(xué)網(wǎng)絡(luò)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(yīng)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(jī)械，化學(xué)和耐熱性能。因此要求電容率具有一個低值。在第二種應(yīng)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(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——對于這兩種場合（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，同時將其對網(wǎng)絡(luò)剩余部分的影響降至最小。在高頻率應(yīng)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(dǎo)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(guān)性——北京智德創(chuàng)新檢測儀器當(dāng)獲得適當(dāng)?shù)南嚓P(guān)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碌钠茐摹Ｈ欢?，由于熱老化?dǎo)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(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。

相關(guān)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(jī)
WDW-50KN材料電子拉力試驗機(jī)