介電常數介質損耗試驗儀(阻抗分析儀)

　　介電常數(阻抗分析儀)是各種電瓷、裝置瓷、電容器等陶瓷，還有復合材料等的一項重要的物理性質，通過測定介質損耗角正切tanδ及介電常數(ε)，可進一步了解影響介質損耗和介電常數的各種因素，為提高材料的性能提供依據。介電常數測試儀(阻抗分析儀)器的基本原理是采用高頻諧振法，并提供了通用、多用途、多量程的阻抗測試。儀器能在較高的測試頻率條件下，測量高頻電感或諧振回路的Q值，電感器的電感量和分布電容量，電容器的電容量和損耗角正切值，電工材料的高頻介質損耗，高頻回路有效并聯及串聯電阻，傳輸線的特性阻抗等。

　　主要參數：

　　準確度： Cx:±(讀數×0.5%+0.5pF);tgδ:±(讀數×0.5%+0.00005);

　　電容量范圍：內施高壓：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位有效數字;

　　介電常數ε測試范圍：0-200;

　　介電常數ε準確度：0.5%

　　介質損耗tgδ測試范圍：不限，

　　介質損耗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;

　　內施高壓：設定電壓范圍：0.5～10kV ;

　　最大輸出電流：200mA;

　　升降壓方式：電壓隨意設置。比如5123V。

　　試驗頻率： 40-70Hz單頻隨意設置。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;

　　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連續可調

　　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%，市電或發電機供電

　　計算機接口：標準RS232接口，U盤插口(自動U盤存儲數據)。

　　打印機：微型熱敏打印機

　　環境溫度：-10℃～50℃

　　相對濕度：<90%

　　主機外形尺寸：490*520*360(長寬高mm)

　　電極尺寸：400*300*400(長寬高mm)

　　儀器重量：35kg

　　介質損耗測量試驗

　　一、實驗目的

　　1、探討介質極化與介電常數、介質損耗的關系;

　　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和介質損耗角正切值。

　　二、實驗原理

　　按照物質電結構的觀點，任何物質都是由不同的電荷構成，而在電介質中存在原子、分子和離子等。當固體電介質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(ε)：某一電介質(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與同樣大小的介質為真空的電容器的電容量Co之比值，被稱為該電介質材料的相對介電常數。

　　式中：Cx —電容器兩極板充滿介質時的電容;

　　Cο —電容器兩極板為真空時的電容;

　　ε —電容量增加的倍數，即相對介電常數

　　介電常數的大小表示該介質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。

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

　　2.介電損耗(tgδ)：指電介質材料在外電場作用下發熱而損耗的那部分能量。在直流電場作用下，介質沒有周期性損耗，基本上是穩態電流造成的損耗;在交流電場作用下，介質損耗除了穩態電流損耗外，還有各種交流損耗。由于電場的頻繁轉向，電介質中的損耗要比直流電場作用時大許多(有時達到幾千倍)，因此介質損耗通常是指交流損耗。

　　在工程中，常將介電損耗用介質損耗角正切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熱功率損耗與貯存之比，是衡量材料損耗程度的物理量。

　　式中：ω —電源角頻率;

　　R —并聯等效交流電阻;

　　C —并聯等效交流電容器

　　凡是體積電阻率小的，其介電損耗就大。介質損耗對于用在高壓裝置、高頻設備，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，介質損耗過大，不僅降低整機的性能，甚至會造成絕緣材料的熱擊穿。

　　3、Q值：tgδ的倒數稱為品質因素，或稱Q值。Q值大，介電損失小，說明品質好。所以在選用電介質前，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和介質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、陶瓷介質損耗角正切及介電常數測試儀：它由穩壓電源、高頻信號發生器、定位電壓表CBl、Q值電壓表CB2、寬頻低阻分壓器以及標準可調電容器等組成(圖2)。工作原理如下：高頻信導發生器的輸出信號，通過低阻抗耦合線圈將信號饋送至寬頻低阻抗分壓器。輸出信號幅度的調節是通過控制振蕩器的簾柵極電壓來實現。當調節定位電壓表CBl指在定位線上時，Ri兩端得到約l0mV的電壓(Vi)。當Vi調節在一定數值(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到同樣的目的。

　　三、實驗儀器及設備

　　1、儀器設備：

　　(1) Q表測試儀、電感箱、樣品夾具等;

　　(2) 千分游標卡尺;

　　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定。

　　2、開機預熱15分鐘，使儀器恢復正常狀態后才能開始測試。

　　3、按部件標準制備好的測試樣品，兩面用特種鉛筆或導電銀漿涂覆，使樣品兩面都各自導電，但南面之間不能導通，備用。

　　4、選擇適當的輔助線圈插入電感接線柱。根據需要選擇振蕩器頻率，調節測試電路電容器使電路諧振。假定諧振時電容為C1，品質因素為Q1。

　　5、將被測樣品接在Cx接線柱上。

　　6、再調節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據，再取其平均值)。

　　五、結果處理

　　1、ε和tgδ測定記錄：

　　實驗數據按表要求填寫。

　　2、計算：

　　根據表格中測得的數據，按公式(1)、(2)分別計算各個數值。

　　六、注意事項

　　(1) 電壓或頻率的劇烈波動常使電橋不能達到良好的平衡，所以測定時，電壓和頻率要求穩定，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的測試結果有很大影響，因此涂銀導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，應當嚴格避免試樣吸潮。

　　(4) 在測量過程中，注意隨時電橋本體屏蔽的情況，當電橋真正達到平衡，“本體-屏蔽”開關置于任何一邊時，檢查計光帶均應小，而無大變化。