厂家直销优惠高压电桥工频介电常数介质损耗测试仪BQS-37a详细介绍

一、 工频介电常数介质损耗测试仪概述

1-1电桥简介:

     BQS-37a型高压电桥是本公司推出的***高压电桥，主要用于测量工业绝缘材料的介质损耗(tgδ)及介电常数（ε）。符合GB1409、GB5654及GB/T1693, ASTM D150-1998(2004) 固体电绝缘材料的交流损耗特性及介电常数的试验方法其采用了西林电桥的***线路，内附0-2500的数显高压电源及100PF标准电容器，并可按用户要求扩装外接标准电容线路。

1-2电桥的特点；

 l桥体内附电位跟踪器及指零仪，外围接线及少。

l电桥采用接触电阻小，机械寿命长的十进开关，***测量的稳定性

l仪器具有双屏蔽，能有效防止外部电磁场的干扰。

l仪器内部电阻及电容元件经特殊老化处理，使仪器技术性能稳定可靠。

l内附高压电源精度3%

l内附标准电容损耗﹤0.00005，名义值100pF

二、 工频介电常数介质损耗测试仪技术指标

2-1测量范围及误差

本电桥的环境温度为20±5℃，相对湿度为30%-80%条件下，应满足下列表中的技术指示要求。

在Cn=100 pF      R4=3183.2（Ω）时

在Cn=100 pF    R4=318.3（Ω）时

2-2电桥测量灵敏度

    电桥在使用过程中，灵敏度直接影响电桥平稳衡的分辨程度，为***测量准确度，希望电桥灵敏度达到一定的水平。通常情况下电桥灵敏度与测量电压，标准电容量成正比。

    在下面的计算公式中，用户可根据实际情况估算出电桥灵敏度水平，在这个水平上的电容与介质损耗因数的微小变化都能够反应出来。

     ΔC/C或Δtgδ=Ig/UωCn(1+Rg/R4+Cn/Cx)

式中: U 为测量电压                              伏特  (V)

      ω为角频率2πf=314(50Hz)                               

     Cn标准电容器容量                          法拉(F) 

     Ig通用指零仪的电流5×10^-10                  安培(A)  

     Rg平衡指零仪内阻约1500                    欧姆(Ω)

     R4桥臂R4阻值3183                         欧姆(Ω)

     Cx被测试品电容值                           法拉(pF)

2-3工作电压说明

在使用中，本电桥顶A，B对V点的电压不超过11V，R3桥臂各盘的电流不超过下列规定：

10×1kΩ                             1max≤15mA

10×100Ω                            1max≤120mA

10×10Ω                             l max≤150mA

用户在使用前应注意以上的问题。如不清楚，可根据实验电压及标准电容量，按以下公式来计算出大概的工作电流。

                    I=ω V C  

2-4辅桥的技术特性：

不失真跟踪电压0～11V（有效值）

2-5指零装置的技术特性：

在50Hz时电压灵敏度不低于1×10^-6V/格

                电流灵敏度不低于2×10^-9 A/格

二次谐波 减不小于25dB

三次谐波 减不小于50dB

三、 电桥工作原理

BQS-37a型高压电桥采用典型的西林电桥线路。C4桥臂在基本量程时，与R4桥臂并联，测量数值为正损耗因数。结构采用了双层屏蔽。并通过辅桥的辅助平衡，消除寄生参数对电桥平衡的影响。辅桥由电位自动电位跟踪器与内层屏蔽（S）组成。自动跟踪器由电子元器件组成。它在桥顶B处取一输入电压，通过放大后，在内屏蔽（S）产生一个与B电位相等的电压。当电桥在平衡时，A,B,S三点电位必然相等，从而达到自动跟踪的目的。本电桥在平衡过程中，辅桥采用自动电位跟踪，在主桥平衡过程的同时，辅桥也自动跟踪始终处于平衡的状态，用户只要对主桥平衡进行操作就能得到可靠的所需数据。同时也***抑制了电压波动对平衡所带来的影响。在指零部分，采用了指针式电表指示，视觉直观，分辨清楚，克服了以往振动式检流计的缺点。

3-1 桥体的组成

电桥各臂的组成

***臂：由被测对象Cx组成Z₁。

***臂：由高压标准电容器Cn组成Z₂。

第三臂：由十进电阻器10×（1000＋100＋10＋1＋0.1）欧姆和滑线电阻（0-0.13）欧姆组成Z₃。

第四臂：由十进电容臂10×（0.1＋0.01＋0.001＋0.0001）uf和可变电容器100pF组成C4再与电组R4并联组成Z4。

3-2计算公式

Cx=R4× Cn / R3    R4[Ω]  R3[Ω]  Cn[pF]  Cx[pF]

tgδ=ω·R4·C4     R4[Ω]  C4[F]

当R4=10K/π

tgδ=C4      

当R4=1K/π

tgδ=0.1C4   

我们采取相对固定R4电阻，分别调节R3和C4使桥跟平衡，从而测得试品的电容值Cx和介质损耗tg。本电桥为了直读出损耗值，取电阻R4的阻值为角频率（f=50Hz）若干倍。

3-3 公式说明

.频率对介质损耗正公式：

本电桥额定的工作频率f=50Hz，在实际工作频率偏离额定频率时可用修正式进行修正：

tg=f^’·tgδ / f

式中：f    为额定工作频率（f=50Hz）

f’   为实际工作频率

tgδ  电桥测得损耗值

tgδ  为被测试品介质损耗角正切的实际值

介电常数测量技术在民用，工业以及军事等各个领域应用广泛。本文主要对介电常数测量的常用方法进
行了综合论述。首先对***进行了对比总结；然后分别论述了几种常用测量方法的基本原理、适用范围、
优缺点及发展近况；***对几种测量方法进行了对比总结，得出结论。

介电常数是物体的重要物理性质，对介电常数的研究有重要的理论和应用意义。电气工程中的电介质问题、电磁兼容问题、生物医学、微波、电子技术食品加工和地质勘探中，无一不利用到物质的电磁特性，对介电常数的测量提出了要求。目前对介电常数测量方法的应用可以说是遍及民用、工业、***的各个领域

在食品加工行业当中，储藏、加工、灭菌、分级及质检等方面都广泛采用了介电常数的测量技术。例如，通过测量介电常数的大小，新鲜果蔬品质、含水率、发酵和干燥过程中的一些指标都得到间接体现，此外，根据食品的介电常数、含水率确定杀菌时间和功率密度等工艺参数也是重要的应用之一[1]。在路基压实质量检测和评价中，如果利用常规的方法，尽管测量结果比较准确，但工作量大、周期长、速度慢且对路面造成破坏。由于土体的含水量、温度及密度都会对其介电特性产生不同程度的影响，因此可以采用雷达对整个区域进行测试以反算出介电常数的数值，通过分析介电性得到路基的密度及压实度等参数，达到快速测量路基的密度及压实度的目的[2]。此外，复介电常数测量技术还在水土污染的监测中得到了应用[3]。并且还可通过对岩石介电常数的测量对地震进行预报[4]。上面说的是介电常数测量在民用方面的部分应用，其在工业上也有重要的应用。典型的例子有低介电常数材料在超大规模集成电路工艺中的应用以及高介电常数材料在半导体储存器件中的应用。在集成电路工艺中，随着晶体管密度的不断增加和线宽的不断减小，互联中电容和电阻的寄生效应不断增大，传统的绝缘材料二氧化硅被低介电常数材料所代替是必然的。目前Applied Materials 的BlackDiamond 作为低介电常数材料，已经应用于集成电路的商业化生产[5]。在半导体储存器件中，利用高介电常数材料能够解决半导体器件尺寸缩小而导致的栅氧层厚度极限的问题，同时具备特殊的物理特性，可以实现具有特殊性能的新器件[6]。在军事方面，介电常数测量技术也广泛应用于雷达和各种特
殊材料的制造与检测当中。对介电常数测量技术的应用可以说是不胜枚举。介电常数的测量技术已经广泛应用于民用、工业和***各个领域，并且有发展的空间和必要性。我们对测量介电常数的方法进行总结，能更清晰的认识测量方法的现状，为某些应用提供一种可能适合的方法，是有一定理论和工程应用意义的。

GB/T1693-2007 硫化橡胶 介电常数和介介损耗角正切值的测定方法

5

测量范围损耗角正切（ tanδ）：0.001~1；电容（C）：40pF~2000pF。

25.0±0.1 29.0±0.1 40 ≥40

Ca是试样的并联等值电容，单位为皮法（pF）；C1是电极间距为试样厚度d，且无试样时谐振电容量，单位为皮法（pF）；C2是有试样时谐振电容量，单位为皮法（pF）；C1&＃39;是无试样样时，调节测微电极达到谐振时，测微电极的校正电容值，单位为皮法（pF）；C2&＃39;有试样时，测微电极间距等于试样厚度时，测微电极的校正电容值，单位为皮法（pF）；C3是试样的几何电容量，单位为皮法（pF）；S是电极面积，单位为平方厘米（cm2）；d是试样厚度，单位为厘米（cm）。

30

试样的数量不少于3个。硫化与试验之间的时间间隔，试样在硫化与试验之间的时间间隔按GB/T 2941的规定执行。

方法B采用二电极系统。电极尺寸大小与试样尺寸相等，或电极小于试样尺寸。板状试样电极直径为φ38.0mm±0.1mm、φ50.0mm±0.1mm、φ70.0mm±0.1mm。

测量范围：频率为50Hz~50MHz，电容40pF~500pF，Q值10~600。.测量误差电容误差：±（0.5%C+0.1pF），Q值±10%；有关仪器的测量误差均为±10%。

软质橡胶1.0±0.1

铜 表面可镀防腐蚀的金属层，但镀层应均匀一致，工作面粗糙度Ra值不低于3.2 一般做辅助电极用，对软质胶可直接作接触电极用。

硬质橡胶2.0±0.2

50.0±0.1 54.0±0.1 74 ≥74

                      表 3 管状试样电极尺寸             单位为毫米

                            tanδ=2π?RC×10-6————（1）

试样的制备应符合GB/T 2941的规定，也可以在符合试样厚度尺寸的胶板上用旋转裁刀进行裁切，制样方法的不同，其试验结果无可比性。

25 5 ≥40

硬质橡胶2.0±0.2

管状试样的电极长度为50.0mm±0.1mm或70.0mm±0.1mm。

方法B管状试样电极尺寸，电极如图3所示。

对应于美国材料与试验协会标准ASTM D 150:1998《固态电绝缘材料体的AC损耗指数及介电常数（电介质一定）的测定方法》。与ASTM D 150：1998的一致性程度为非等效。

测试电极的电极材料见表1.

管状试样电极，方法A管状试样电极尺寸见表3，电极如图2所示。

方法B试样尺寸见表5.

损耗角δ loss angle δ在交变电场下，电介质内流过的电流向量和电压向量之间的夹角（功率因数角φ）的余角（δ）。

板状 圆形：φ38*1

引用GB/T 2941 橡胶物理试验方法试样制备和调节通用程序（GB/T 2941-2006,ISO 23529:2004,IDT）

试验结果方法A介质损耗角正切值（tanδ）可在电桥上直接读数，按式（1）进行计算：

D1 D2 D3 D4 H1 H2

警告：使用本标准的人员应有正规实验室工作的实验经验，本标准并未指出所有可能的安全问题。使用者有责任采取适当的安全和健康措施，并***符合国家有关法规规定的条件。

介质损耗 dielectric loss 绝缘材料在电场作用下，由于介质电导和介质极化的滞后效应，在其内部引起的能量损耗。

铝箔和锡箔 铝箔和锡箔应退火，厚度为0.01mm左右，用凡士林、变压器油、硅油或其他合适油作为粘接剂 接触电极用

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

规定了介定常数和介质损耗角正切值的两种测定方法。方法A为工频（50Hz）下的测定方法，方法B为高频电场下的测定方法。本标准只适用于硫化橡胶。

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，并根据测试值计算出损耗角 tanδ与介电常数ε。

电极材料 规格要求 适应范围

软质橡胶1.0±0.1

导电粉末 石墨粉，银粉，铜粉等 管状试样内电极用

导电橡胶 体积电阻系统不大于300Ω·cm（交流），邵尔A硬度为40~60，表面应光滑 接触电极用

试验条件，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。试样应在标准实验室温度及湿度下至少调节24小时。当试样处理有特殊要求时，可按其产品标准规定的进行。

＞0.1

表1 电极材料

≤0.1

试验步骤，方法A试验电压为1000V~3000V，一般情况下为1000V，电源频率为50Hz。按设备说明书正确的连接。接通电源预热30min，将试样接入电桥C的桥臂中，加上试验电压，根据电桥使用方法平衡，读取R和 tanδ或C的值。方法B谐振升高法（Q表法）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。

试样 尺寸 厚度

试样尺寸方法A试样尺寸见表4.

L1 L2 L3 g

电桥测量误差，测量时误差不超过10%，当试样tanδ小于0.001时测量误差不超过0.0001，电容的测量误差不超过5%。标准电容器的tanδ应小于0.0001。

板状 圆形：φ100*1

正方形：边长100*1

正方形：边长100*1

管状 管长50+1，管长70+1

测试仪器方法A，测试仪器为工频高压电桥，其原理图如图6所示。

Π：3.14

电极尺寸，板状试样电极方法A：板状电极尺寸见表2，电极如图1所示。

变电钠法其测试原理图如图8所示。

方法B电容的计算：1.谐振升高法：应用支架电极时按式（7）计算Ca=C1-C2+C3——（7）。应用测微电极时按式（8）计算：Cr=C1&＃39;-C2&＃39;+C3——（8）。2.变电纳法配用测微电极：Cs=C1-C2+C3——（9）。当电极直径为38mm时，测C=L/d

R：固定电阻阻值，单位为欧姆

介电常数ε dielectric constant 绝缘材料在电场作用下产生极化，电容器极板间有电介质存在的电容量Ca与同样形状和尺寸的真空电容量Co之比。注：不同试样、不同电极的真空电容和边缘校正的计算参见附录A。

电桥必须有良好的屏蔽接地装置，方法B的测试仪器有两种，一种是谐振升高法（Q表），另一种是变电钠法。谐振升高法（Q表）其测试原理图如图7所示。

试样 尺寸 厚度

                          表 4 试样尺寸                       单位为毫米

                          表2 板状试样电极尺寸                  单位为毫米

50 10 ≥74

?：频率50Hz

管状 管长100*1

C：可变电容值，单位为微法（μF）

                          表 5 试样尺寸                       单位为毫米

电极装置在进行***测试时，根据测试频率与测试要求可用支架电极（如图4），当频率大于或等于1MHz且小于10MHz时，宜用测微电极（如图5）；当频率大于或等于10MHz时，应用测微电极。

2.0±0.1

tanδ 板状试样 管状试样

表 6 介电常数的计算

损耗角正切 tanδ loss tangentδ 介质损耗因数 dielectric loss factor 介质损耗角正切值。

介电常数（ε）的计算见表6