高低频介质损耗因数试验仪

高低频介质损耗因数试验仪

介电性能：

介电性能是指在电场作用下，表现出对静电能的储蓄和损耗的性质，该词通常用介电常数和介质损耗来表示。材料应用高频技术时，如实木复合地板采用高频热压时介电性能是非常重要的性质。介质在外加电场时会产生感应电荷而削弱电场，原外加电场（真空中）与最终介质中电场比值即为介电常数(permittivity),又称透电率。

无机介质材料表现出来的介电性能的应用中，还涉及到介电常数、介电损耗因子和介电强度等。

介电常数又叫介质常数、介电系数或电容率，它是表示绝缘能力特性的一个系数，以字母ε表示，单位为法/米如果有高介电常数的材料放在电场中，场的强度会在电介质内有可观的下降。

介质损耗和介电常数测量实验

介电特性是电介质材料极其重要的性质。在实际应用中，电介质材料的介电系数和介质损耗是非常重要的参数。例如，制造电容器的材料要求介电系数尽量大，而介质损耗尽量小。相反地，制造仪表绝缘器件的材料则要求介电系数和介质损耗都尽量小。而在某些特殊情况下，则要求材料的介质损耗较大。所以，通过测定介电常数(ε)及介质损耗角正切(tgδ)，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。

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。

tg

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。

图1 Q表测量电路图

经推导(1) 介电常数：

    (1)

式中：C1—标准状态下的电容量；

C2—样品测试的电容量；

d—试样的厚度(cm)；

Φ—试样的直径(cm)；

(2) 介质损耗角正切：

    (2)

式中：Q1—标准状态下的Q值；

Q2—样品测试的Q值；

(3) Q值：

    (3)

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，检查计光带均应最小，而无大变化。

高低频介质损耗因数试验仪符合标准：

《JJG563-2004高压电容电桥检定规程》

《JB1811-92压缩气体标准电容器》

《GB1409-2016固体绝缘材料相对介电常数和介质损耗因数的试验方法》

《ASTM D150固体电绝缘材料的交流损耗特性及介电常数的试验方法》

《IEC 60250测定电气绝缘材料在工频、音频、射频(包括米波长)下电容率和电介质损耗因数的推荐方法》

一、概述

ZJD-87型介电常数测试仪高精密高压电容电桥主要采用电流比较仪的原理，具有操作方便可靠、测量精度高、读数位数多、线性度好，不受环境湿度影响，仪器显示采用大屏幕TFT，可显示电容值 Cx、介损值tgδ、试验电压Upk/√2 、电感量Lx、品质因数Q、测试电流Ix、材料的介电常数ε、测试电源频率fx、视在功率S、有效功率P、无功功率Q等，它不仅能测电容器的电容量、介损量，还能测量电抗器的电感量和Q值及固体材料和液体材料的介质损耗和介电常数，还有前时钟的显示，是目前国内精度高、稳定性好、操作方便、用途广泛的高压电桥。它在测量上具有很高的比率精度和稳定性，这是一般西林电桥 、高压介损仪不能达到的。适宜于在高电压下测量电力电缆、高压套管、电力电容器、 电抗器、互感器等高压电力设备的电容量及损耗角正切值tgδ，以及各种固体或液体绝缘材料的介电常数（ε）及介损值tgδ，也可测量高压变压器或电压互感器的比差和角差。电桥可外接电流互感器以扩大量程，测量大的电力电容器时本电桥为四端测量具有引线补偿装置，使测量精度提高，消除接线电阻引起的附加误差。本介电测试仪还可测量电抗器的电感量及Q值。量程扩展器（供选购）能使主桥体的电容比从1000：1扩大到106：1。

二、参数设置

型号：ZJD-87

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

三、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

四、测试意义

1、介电常数——北京智德创新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——北京智德创新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。

相关产品
ZJC-50kV电压击穿试验仪
ZST-212体积表面电阻率测试仪
ZJD-C介电常数介质损耗测试仪
ZDH-20KV耐电弧试验仪
LDQ-5漏电起痕试验仪
XRW-300HB热变形维卡温度测定仪
XNR-400H熔体流动速率测定仪
JF-6氧指数测定仪
CZF-5水平垂直燃烧试验机
WDW-50KN材料电子拉力试验机