介电常数介质损耗试验仪(阻抗分析仪)

　　介电常数(阻抗分析仪)是各种电瓷、装置瓷、电容器等陶瓷，还有复合材料等的一项重要的物理性质，通过测定介质损耗角正切tanδ及介电常数(ε)，可进一步了解影响介质损耗和介电常数的各种因素，为提高材料的性能提供依据。介电常数测试仪(阻抗分析仪)器的基本原理是采用高频谐振法，并提供了通用、多用途、多量程的阻抗测试。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。

　　主要参数：

　　准确度： Cx:±(读数×0.5%+0.5pF);tgδ:±(读数×0.5%+0.00005);

　　电容量范围：内施高压：3pF～60000pF/10kV;60pF～1μF/0.5kV;

　　外施高压：3pF～1.5μF/10kV;60pF～30μF/0.5kV;

　　分辨率：最高0.001pF，4位有效数字;

　　介电常数ε测试范围：0-200;

　　介电常数ε准确度：0.5%

　　介质损耗tgδ测试范围：不限，

　　介质损耗tgδ分辨率：0.000001，电容、电感、电阻三种试品自动识别。

　　试验电流范围：5μA～5A;

　　内施高压：设定电压范围：0.5～10kV ;

　　最大输出电流：200mA;

　　升降压方式：电压随意设置。比如5123V。

　　试验频率： 40-70Hz单频随意设置。比如48.7Hz.

　　频率精度：±0.01Hz

　　外施高压：接线时最大试验电流5A，工频或变频40-70Hz

　　测量时间：约30s，与测量方式有关;

　　高压电极直径与表面积：￠98mm(75.43cm2)

　　测量电极直径与表面积： ￠50 mm(19.63cm2)

　　电极材料：不锈钢1Cr13Ni9Ti

　　电极工作面：精面面磨

　　电极间距：不大于5 mm

　　电极加热功率： >2*500W

　　电极最高温度：180°

　　加热时间：30分钟

　　电极压力：0~1.0Mpa连续可调

　　最大测量电压：2000V，50Hz

　　真空度 ：电极可抽真空至3*10-2 Mpa

　　输入电源：180V～270VAC，50Hz±1%，市电或发电机供电

　　计算机接口：标准RS232接口，U盘插口(自动U盘存储数据)。

　　打印机：微型热敏打印机

　　环境温度：-10℃～50℃

　　相对湿度：<90%

　　主机外形尺寸：490*520*360(长宽高mm)

　　电极尺寸：400*300*400(长宽高mm)

　　仪器重量：35kg

　　介质损耗测量试验

　　一、实验目的

　　1、探讨介质极化与介电常数、介质损耗的关系;

　　2、了解高频Q表的工作原理;

　　3、掌握室温下用高频Q表测定材料的介电常数和介质损耗角正切值。

　　二、实验原理

　　按照物质电结构的观点，任何物质都是由不同的电荷构成，而在电介质中存在原子、分子和离子等。当固体电介质置于电场中后会显示出一定的极性，这个过程称为极化。对不同的材料、温度和频率，各种极化过程的影响不同。

　　1、介电常数(ε)：某一电介质(如硅酸盐、高分子材料)组成的电容器在一定电压作用下所得到的电容量Cx与同样大小的介质为真空的电容器的电容量Co之比值，被称为该电介质材料的相对介电常数。

　　式中：Cx —电容器两极板充满介质时的电容;

　　Cο —电容器两极板为真空时的电容;

　　ε —电容量增加的倍数，即相对介电常数

　　介电常数的大小表示该介质中空间电荷互相作用减弱的程度。作为高频绝缘材料，ε要小，特别是用于高压绝缘时。在制造高电容器时，则要求ε要大，特别是小型电容器。

　　在绝缘技术中，特别是选择绝缘材料或介质贮能材料时，都需要考虑电介质的介电常数。此外，由于介电常数取决于极化，而极化又取决于电介质的分子结构和分子运动的形式。所以，通过介电常数随电场强度、频率和温度变化规律的研究，还可以推断绝缘材料的分子结构。

　　2.介电损耗(tgδ)：指电介质材料在外电场作用下发热而损耗的那部分能量。在直流电场作用下，介质没有周期性损耗，基本上是稳态电流造成的损耗;在交流电场作用下，介质损耗除了稳态电流损耗外，还有各种交流损耗。由于电场的频繁转向，电介质中的损耗要比直流电场作用时大许多(有时达到几千倍)，因此介质损耗通常是指交流损耗。

　　在工程中，常将介电损耗用介质损耗角正切tgδ来表示。tgδ是绝缘体的无效消耗的能量对有效输入的比例，它表示材料在一周期内热功率损耗与贮存之比，是衡量材料损耗程度的物理量。

　　式中：ω —电源角频率;

　　R —并联等效交流电阻;

　　C —并联等效交流电容器

　　凡是体积电阻率小的，其介电损耗就大。介质损耗对于用在高压装置、高频设备，特别是用在高压、高频等地方的材料和器件具有特别重要的意义，介质损耗过大，不仅降低整机的性能，甚至会造成绝缘材料的热击穿。

　　3、Q值：tgδ的倒数称为品质因素，或称Q值。Q值大，介电损失小，说明品质好。所以在选用电介质前，必须首先测定它们的ε和tgδ。而这两者的测定是分不开的。

　　通常测量材料介电常数和介质损耗角正切的方法有二种：交流电桥法和Q表测量法，其中Q表测量法在测量时由于操作与计算比较简便而广泛采用。本实验主要采用的是Q表测量法。

　　4、陶瓷介质损耗角正切及介电常数测试仪：它由稳压电源、高频信号发生器、定位电压表CBl、Q值电压表CB2、宽频低阻分压器以及标准可调电容器等组成(图2)。工作原理如下：高频信导发生器的输出信号，通过低阻抗耦合线圈将信号馈送至宽频低阻抗分压器。输出信号幅度的调节是通过控制振荡器的帘栅极电压来实现。当调节定位电压表CBl指在定位线上时，Ri两端得到约l0mV的电压(Vi)。当Vi调节在一定数值(10mV)后，可以使测量Vc的电压表CB2直接以Q值刻度，即可直接的读出Q值，而不必计算。另外，电路中采用宽频低阻分压器的原因是：如果直接测量Vi必须增加大量电子组件才能测量出高频低电压信号，成本较高。若使用宽频低阻分压器后则可用普通电压表达到同样的目的。

　　三、实验仪器及设备

　　1、仪器设备：

　　(1) Q表测试仪、电感箱、样品夹具等;

　　(2) 千分游标卡尺;

　　2、样品要求：圆形片：厚度2±0.5mm，直径为Φ38±1mm。

　　四、实验步骤

　　1、本仪器适用于110V/220V，50Hz交流电，使用前要检查电压情况，以保证测试条件的稳定。

　　2、开机预热15分钟，使仪器恢复正常状态后才能开始测试。

　　3、按部件标准制备好的测试样品，两面用特种铅笔或导电银浆涂覆，使样品两面都各自导电，但南面之间不能导通，备用。

　　4、选择适当的辅助线圈插入电感接线柱。根据需要选择振荡器频率，调节测试电路电容器使电路谐振。假定谐振时电容为C1，品质因素为Q1。

　　5、将被测样品接在Cx接线柱上。

　　6、再调节测试电路电容器使电路谐振，这时电容为C2，可以直接读出Q2。

　　7、用游标卡尺量出试样的直径Φ和厚度d(分别在不同位置测得两个数据，再取其平均值)。

　　五、结果处理

　　1、ε和tgδ测定记录：

　　实验数据按表要求填写。

　　2、计算：

　　根据表格中测得的数据，按公式(1)、(2)分别计算各个数值。

　　六、注意事项

　　(1) 电压或频率的剧烈波动常使电桥不能达到良好的平衡，所以测定时，电压和频率要求稳定，电压变动不得大于1%，频率变动不得大于0.5%。

　　(2) 电极与试样的接触情况，对tgδ的测试结果有很大影响，因此涂银导电层电极要求接触良好、均匀，而厚度合适。

　　(3) 试样吸湿后，测得的tgδ值增大，影响测量精度，应当严格避免试样吸潮。

　　(4) 在测量过程中，注意随时电桥本体屏蔽的情况，当电桥真正达到平衡，“本体-屏蔽”开关置于任何一边时，检查计光带均应小，而无大变化。