介電常數(shù)介質(zhì)損耗測(cè)試儀

顯示區(qū)域定義GDAT-S用了65k 色的4.3 寸寬屏TFT 顯示屏，顯示屏顯示的內(nèi)容被劃分成如下的四個(gè)顯示區(qū)域顯示頁(yè)面區(qū)域：該區(qū)域指示當(dāng)前頁(yè)面的名稱(chēng)。軟鍵區(qū)域：該區(qū)域被用于顯示軟鍵的功能定義。軟鍵的定義隨光標(biāo)所在的域的位置不同而具有不同功能的定義。

機(jī)殼接地端：該接線端與儀器機(jī)殼相連?？梢杂糜诒Ｗo(hù)或屏蔽接地連接。

開(kāi)機(jī)插上三線電源插頭，注意：應(yīng)保持供電電壓、頻率等條件符合上述規(guī)定。電源輸入相線L、零線N、地線E 應(yīng)與本儀器電源插頭上的相線，零線相同。打開(kāi)電源，按下前面板上左下角電源開(kāi)關(guān)，儀器開(kāi)啟，顯示開(kāi)機(jī)畫(huà)面 。

介電常數(shù)介質(zhì)損耗測(cè)試儀

平衡測(cè)試功能變壓器參數(shù)測(cè)試功能87高測(cè)試速度:13ms/次電壓或電流的自動(dòng)電平調(diào)整（ALC）功能V、I 測(cè)試信號(hào)電平監(jiān)視功能內(nèi)部自帶直流偏置源可外接大電流直流偏置源10點(diǎn)列表掃描測(cè)試功能30Ω、50Ω、100Ω可選內(nèi)阻內(nèi)建比較器，10檔分選和計(jì)數(shù)功能內(nèi)部文件存儲(chǔ)和外部U盤(pán)文件保存測(cè)量數(shù)據(jù)可直接保存到U盤(pán)RS232C、 USB 、LAN、HANDLER、GPIB、DCI接口

準(zhǔn)確度ALC ON 10% x設(shè)定電流 + 20μAALC OFF 6% x設(shè)定電壓 + 20μADC偏置電壓源電壓 / 電流范圍：0V—±5V / 0mA—±50mA分辨率：0.5mV / 5μA電壓準(zhǔn)確度：1% x設(shè)定電壓 + 5mVISO ON：用于電感、變壓器加偏置測(cè)試AC源內(nèi)阻ISO ON：100ΩISO OFF：30Ω、50Ω、100Ω可選DCR源內(nèi)阻

性能特點(diǎn)4.3寸TFT液晶顯示中英文可選操作界面87高1MHz的測(cè)試頻率，10mHz分辨率

測(cè)量結(jié)果/條件顯示區(qū)域：該區(qū)域顯示測(cè)試結(jié)果信息和當(dāng)前的測(cè)試條件。助手顯示區(qū)域：該區(qū)域用于顯示系統(tǒng)提示信息。

電源電壓：220V±20%，50Hz±2Hz功耗87大80VA體積(W×H×D)： 280 mm × 88 mm × 370 mm(無(wú)護(hù)套)，369 mm × 108 mm × 408 mm(帶護(hù)套)。重量：約5kg

電源插座：用于輸入交流電源。

技術(shù)參數(shù)顯示器:480×RGB×272，4.3寸TFT LCD顯示器。測(cè)試信號(hào)頻率：20Hz—1MHz87小分辨率：10mHz，4位頻率輸入準(zhǔn)確度：0.01%AC電平測(cè)試信號(hào)電壓范圍：10mV—2Vrms電壓87小分辨率:100μV，3位輸入準(zhǔn)確度ALC ON 10% x設(shè)定電壓 + 2mVALC OFF 6% x設(shè)定電壓 + 2mV測(cè)試信號(hào)電流范圍：100μA—20mA電流87小分辨率：1μA，3位輸入

高壓西林電橋介電常數(shù)測(cè)試儀研究報(bào)告

摘要高壓西林電橋（Schering Bridge）是一種經(jīng)典的高精度介電常數(shù)測(cè)量裝置，廣泛應(yīng)用于電力設(shè)備絕緣材料、高分子聚合物、陶瓷等材料的介電性能測(cè)試。本報(bào)告系統(tǒng)闡述了高壓西林電橋的工作原理、儀器結(jié)構(gòu)、測(cè)試流程及實(shí)驗(yàn)案例分析，并探討其在高壓條件下的修正方法及未來(lái)發(fā)展方向。

1. 引言

介電常數(shù)（ε）是衡量材料極化能力的重要參數(shù)，直接影響材料的絕緣性能、儲(chǔ)能特性及電磁場(chǎng)分布。在電力系統(tǒng)、電子元件制造和材料科學(xué)研究中，準(zhǔn)確測(cè)量介電常數(shù)對(duì)材料篩選和設(shè)備設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

傳統(tǒng)西林電橋通過(guò)平衡交流電橋原理實(shí)現(xiàn)介電常數(shù)的無(wú)損檢測(cè)，但在高壓（如10 kV以上）條件下，電極邊緣效應(yīng)、分布電容等因素會(huì)顯著影響測(cè)量精度。高壓西林電橋通過(guò)改進(jìn)電路設(shè)計(jì)、屏蔽干擾源和優(yōu)化算法，有效解決了高壓環(huán)境下的測(cè)量難題，成為當(dāng)前介電性能測(cè)試的核心設(shè)備之一。

2. 高壓西林電橋的工作原理

2.1 電橋平衡條件

西林電橋由四個(gè)阻抗臂構(gòu)成（圖1）：

·?Z??：待測(cè)樣品（等效為并聯(lián)電容C_x和電阻R_x）；

·?Z??：標(biāo)準(zhǔn)電容C?；

·?Z?、Z??：可調(diào)電阻R?、R?。

當(dāng)電橋平衡時(shí)，滿(mǎn)足：

Z_1 \cdot Z_4 = Z_2 \cdot Z_3Z1?Z4=Z2?Z3

推導(dǎo)可得介電常數(shù)計(jì)算公式：

ε = \frac{C_x \cdot d}{A \cdot ε_(tái)0}ε=A?ε0Cx?d

其中，d為樣品厚度，A為電極面積，ε?為真空介電常數(shù)。

2.2 高壓條件下的修正

在高壓測(cè)試中，需考慮以下修正因素：

電極邊緣效應(yīng)?：通過(guò)引入保護(hù)環(huán)電極減少邊緣電場(chǎng)畸變；

溫度漂移?：采用恒溫箱控制樣品溫度；

介質(zhì)損耗角（tanδ）?：通過(guò)相位檢測(cè)電路優(yōu)化損耗因子計(jì)算。

3. 儀器結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)

3.1 硬件組成

高壓西林電橋系統(tǒng)包含以下模塊：

高壓電源?：提供0~15 kV可調(diào)交流電壓；

精密電容箱?：標(biāo)準(zhǔn)電容C?精度達(dá)±0.01%；

平衡檢測(cè)器?：高靈敏度檢流計(jì)或數(shù)字鎖相放大器；

屏蔽箱?：防止外界電磁干擾。

3.2 軟件算法

現(xiàn)代高壓西林電橋集成自動(dòng)化控制系統(tǒng)，通過(guò)以下算法提升效率：

·?自適應(yīng)平衡算法?：動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)R?、R?實(shí)現(xiàn)快速平衡；

·?頻域分析法?：在10 Hz~1 MHz范圍內(nèi)掃頻測(cè)量介電頻譜。

4. 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與案例分析

4.1 實(shí)驗(yàn)步驟

.?樣品制備?：將待測(cè)材料切割為直徑50 mm、厚度2 mm的圓片，表面鍍金電極；

.?系統(tǒng)校準(zhǔn)?：在無(wú)樣品狀態(tài)下調(diào)節(jié)電橋至平衡；

.?數(shù)據(jù)采集?：施加5 kV電壓，記錄平衡時(shí)的C?、R?值；

.?重復(fù)性驗(yàn)證?：每組樣品測(cè)試3次取平均值。

4.2 測(cè)試結(jié)果

以環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料為例，測(cè)試數(shù)據(jù)如下：

頻率（Hz） 介電常數(shù)（ε） 損耗因子（tanδ）

50 4.2 0.0021

1000 3.9 0.0035

10000 3.5 0.0058

結(jié)果表明：介電常數(shù)隨頻率升高而降低，符合極性材料弛豫特性。

4.3 誤差分析

系統(tǒng)誤差主要來(lái)源于：

電容標(biāo)定誤差?（±0.5%）；

溫度波動(dòng)?（±1℃導(dǎo)致ε偏差約0.3%）。

5. 應(yīng)用領(lǐng)域與前景

5.1 當(dāng)前應(yīng)用

電力設(shè)備檢測(cè)?：變壓器油、電纜絕緣層老化評(píng)估；

新材料研發(fā)?：納米復(fù)合電介質(zhì)、柔性?xún)?chǔ)能材料性能表征；

航空航天?：耐高溫陶瓷涂層介電性能測(cè)試。

5.2 技術(shù)挑戰(zhàn)與展望

未來(lái)發(fā)展方向包括：

超高壓兼容性?：拓展至50 kV以上電壓等級(jí)；

多物理場(chǎng)耦合測(cè)試?：同步測(cè)量溫度、壓力對(duì)介電性能的影響；

人工智能優(yōu)化?：基于機(jī)器學(xué)習(xí)的自適應(yīng)校準(zhǔn)與故障診斷。

6. 結(jié)論

高壓西林電橋憑借其高精度、寬電壓范圍和抗干擾能力，在介電常數(shù)測(cè)試領(lǐng)域具有不可替代性。通過(guò)硬件創(chuàng)新與算法升級(jí)，該設(shè)備將進(jìn)一步推動(dòng)功能材料研究與電力設(shè)備智能化檢測(cè)的發(fā)展。

高壓西林電橋介電常數(shù)測(cè)試儀綜合解析

一、測(cè)量原理與核心結(jié)構(gòu)

?西林電橋平衡原理?：

通過(guò)調(diào)節(jié)可調(diào)電阻（R3）和電容（C4）使電橋達(dá)到平衡，結(jié)合相位差檢測(cè)技術(shù)計(jì)算復(fù)介電常數(shù)（ε'和ε''），并推導(dǎo)介質(zhì)損耗角正切值（tanδ=ε''/ε'）。

通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)電容器（Cn）與待測(cè)樣品（Cx）的比值計(jì)算介電常數(shù)。

?高壓修正技術(shù)?：

采用雙層屏蔽設(shè)計(jì)和保護(hù)環(huán)電極消除電極邊緣效應(yīng)及電磁干擾；

引入恒溫箱或溫控模塊（-40℃至200℃）抑制溫度漂移對(duì)測(cè)量的影響。

二、硬件組成與技術(shù)指標(biāo)

?核心模塊?：

?高壓電源?：輸出0-15 kV可調(diào)交流電壓，部分型號(hào)支持?jǐn)?shù)顯調(diào)節(jié)（如BQS37a系列）；

?電極系統(tǒng)?：三電極結(jié)構(gòu)（保護(hù)電極、測(cè)量電極、高壓電極），減少接觸誤差；

?檢測(cè)單元?：數(shù)字鎖相放大器或高靈敏度檢流計(jì)，分辨率達(dá)0.00000146。

?性能參數(shù)?：?測(cè)量范圍?：

電容量（Cx）：4 pF—20000 pF，誤差±0.5%56；

介質(zhì)損耗（tanδ）：0—1，誤差±1.5%或±0.000157。

?工作環(huán)境?：溫度20±5℃，濕度30%-80%，部分機(jī)型支持液氮低溫?cái)U(kuò)展。

三、應(yīng)用場(chǎng)景與典型案例

?電力設(shè)備檢測(cè)?：

評(píng)估變壓器油老化（新油tanδ≤0.005@90℃）及GIS環(huán)氧絕緣件介電性能（40-70 kV/mm電場(chǎng)）；

測(cè)試電纜絕緣層、電容器等工頻高壓下的損耗特性。

?材料科學(xué)研究?：

測(cè)量納米復(fù)合電介質(zhì)、陶瓷涂層的介電溫譜（-40℃~200℃）；

支持頻率譜、電壓譜、溫度譜等多維度分析（1 Hz-1 MHz）。

四、主流型號(hào)與廠商對(duì)比

?型號(hào)? ?廠商? ?關(guān)鍵技術(shù)? ?適用標(biāo)準(zhǔn)?

?ZJD-87? 中航時(shí)代儀器正/反接線法，10 kV高壓兼容，自動(dòng)平衡算法GB/T 1693、IEC 6025045

?BQS-37A? 華測(cè)儀器雙層屏蔽，輔橋自動(dòng)電位跟蹤，數(shù)顯高壓電源GB 1409、ASTM D15047

?HQS-40? 北廣精儀外接擴(kuò)展電容線路，寬頻掃頻（10 Hz-1 MHz）IEEE 286-2020、JB 1811-9224

五、操作規(guī)范與安全要求

?抗干擾措施?：

使用金屬屏蔽罩或倒向開(kāi)關(guān)消除同頻干擾；

工作電壓通常為5-10 kV，需確保接地可靠及絕緣防護(hù)。

?樣品制備?：固體材料需制成直徑5-40 mm、厚度≤8 mm的圓片，表面鍍電極保證接觸平整；

液體材料需采用專(zhuān)用實(shí)驗(yàn)池，避免氣泡影響測(cè)量精度。

?總結(jié)?：高壓西林電橋憑借其高精度、寬頻帶和抗干擾能力，成為介電性能測(cè)試的核心設(shè)備，未來(lái)將向超高壓（>50 kV）、多物理場(chǎng)耦合及智能化校準(zhǔn)方向突破

測(cè)試設(shè)備及性能要求高壓西林電橋

輸出電壓不少于1000V；頻率f等于1kHz；小型：正弦波。

測(cè)量范圍：電容C=200~2×104pF，損耗角正切值tgδ=10-3~1。

測(cè)量誤差：電容測(cè)量相對(duì)誤差不大于±1.0%；介質(zhì)損耗角正切測(cè)量相對(duì)誤差不大于±15%。

測(cè)試夾具清潔干燥，絕緣電阻不少于1010Ω。

油槽槽內(nèi)油溫在所需溫度范圍內(nèi)均勻且連續(xù)可調(diào)，介質(zhì)油的絕緣電阻不少于1010Ω。

測(cè)試步驟把試樣置于空氣介質(zhì)中（或油介質(zhì)），并接入前圖的高壓西林電橋。緩慢增加電壓至所需要的值；分別反復(fù)調(diào)節(jié)電阻箱R3和電容箱C4，使零值指示器的指示最??；讀下電阻箱R3和電容C4的數(shù)值。

電壓擊穿測(cè)試儀，體積表面電阻率測(cè)試儀，介電常數(shù)介質(zhì)損耗測(cè)試儀，漏電起痕試驗(yàn)儀，耐電弧試驗(yàn)儀，TOC總有機(jī)碳分析儀，完整性測(cè)試儀，無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀，門(mén)尼粘度試驗(yàn)機(jī)，熱變形維卡溫度測(cè)定儀，簡(jiǎn)支梁沖擊試驗(yàn)機(jī)，毛細(xì)管流變儀，橡膠塑料滑動(dòng)摩擦試驗(yàn)機(jī)，氧指數(shù)測(cè)定儀，水平垂直燃燒試驗(yàn)機(jī)，熔體流動(dòng)速率測(cè)定儀，低溫脆性測(cè)試儀，拉力試驗(yàn)機(jī)，海綿泡沫壓陷硬度測(cè)試儀，海綿泡沫落球回彈測(cè)試儀，海綿泡沫壓縮永九變形試驗(yàn)儀