GBT1409-2006工頻介電常數測試儀

一、遵守的技術標準：

《JJG563-2004高壓電容電橋檢定規程》

《JB1811-92壓縮氣體標準電容器》

《GB1409-2006固體絕緣材料相對介電常數和介質損耗因數的試驗方法》

高壓電橋主要用于測量高壓工業絕緣材料的介質損失角的正切值及電容量。其采用了西林電橋的經典線路。電橋由橋體、指另儀、跟蹤器組成，本電橋特別適用測量各類絕緣油和絕緣材料的介損（tgδ）及介電常數（ε）。介電常數介質損耗測試儀適用于科研單學、學校、工廠等單位對無機非金屬新材料性能的應用研究。

GBT1409-2006工頻介電常數測試儀

二、   概述

主要用于測量高壓工業絕緣材料的介質損失角的正切值及電容量。主要可以測量電容器、互感器、變壓器、絕緣紙、電容器薄膜等各種電工油及各種固體絕緣材料在工頻高壓下的介質損耗（tgδ）和電容量（ Cx），其測量線路采用“正接法”即測量對地絕緣的試品。由于電橋內附有一個2500KV的高壓電源及一臺高壓標準電容器，并將副橋和檢流計與高壓電橋有機的結合在一起，特別適應測量各類絕緣油和絕緣材料的介損（tgδ）及介電常數（ε）。
▲橋體本身帶有5kV/100pF標準電容，測量材料介損更為方便。
▲橋體內附電位跟蹤器及指另儀，外圍接線及少。
▲橋體采用了多樣化的介損測量線路。

三、   技術指標

2-1測量范圍及誤差。

本電橋的環境溫度為20±5℃，相對濕度為30%-80%條件下，應滿足下列表中的技術指示要求。

在Cn=100 pF R4=3183.2（Ω）時。

測量項目    測量范圍    測量誤差。

電容量Cx    40pF—20000pF   ±0.5% Cx±2pF。

介損損耗tgδ    0-1 ±1.5% tgδx±0.0001。

在Cn=100 pF R4=318.3（Ω）時。

測量項目    測量范圍    測量誤差。

電容量Cx    4pF—2000pF ±0.5% Cx±3pF。

介損損耗tgδ    0-0.1   ±1.5% tgδx±0.0001。

2-2電橋測量靈敏度

電橋在使用過程中，靈敏度直接影響電橋平穩衡的分辨程度，為保證測量準確度，希望電橋靈敏度達到一定的水平。通常情況下電橋靈敏度與測量電壓，標準電容量成正比。

在下面的計算公式中，用戶可根據實際情況估算出電橋靈敏度水平，在這個水平上的電容與介質損耗因數的微小變化都能夠反應出來。

ΔC/C或Δtgδ=Ig/UωCn(1+Rg/R4+Cn/Cx);

式中: U 為測量電壓 伏特 (V);

ω為角頻率2πf=314(50Hz);

Cn標準電容器容量 法拉(F);

Ig通用指零儀的電流5×10-10 安培(A);

Rg平衡指零儀內阻約1500 歐姆(Ω);

R4橋臂R4阻值3183 歐姆(Ω);

Cx被測試品電容值 法拉(pF);

2-3工作電壓說明

在使用中，本電橋頂A，B對V點的電壓zui 高不超過11V，R3橋臂各盤的電流不超過下列規定：

10×1kΩ 1max≤15mA;

10×100Ω 1max≤120mA;

10×10Ω l max≤150mA;

用戶在使用前應注意以上的問題。如不清楚，可根據實驗電壓及標準電容量，按以下公式來計算出大概的工作電流。

I=ω V C

2-4輔橋的技術特性：

不失真跟蹤電壓0～11V（有效值）

2-5指零裝置的技術特性：

在50Hz時電壓靈敏度不低于1×10-6V/格

電流靈敏度不低于2×10-9 A/格

二次諧波 減不小于25dB

三次諧波 減不小于50dB

四、   電橋工作原理

BQS-37a型高壓電橋采用典型的西林電橋線路。C4橋臂在基本量程時，與R4橋臂并聯，測量數值為正損耗因數。結構采用了雙層屏蔽。并通過輔橋的輔助平衡，消除寄生參數對電橋平衡的影響。輔橋由電位自動電位跟蹤器與內層屏蔽（S）組成。自動跟蹤器由電子元器件組成。它在橋頂B處取一輸入電壓，通過放大后，在內屏蔽（S）產生一個與B電位相等的電壓。

當電橋在平衡時，A,B,S三點電位必然相等，從而達到自動跟蹤的目的。本電橋在平衡過程中，輔橋采用自動電位跟蹤，在主橋平衡過程的同時，輔橋也自動跟蹤始終處于平衡的狀態，用戶只要對主橋平衡進行操作就能得到可靠的所需數據。同時也有效的抑制了電壓波動對平衡所帶來的影響。在指零部分，采用了指針式電表指示，視覺直觀，分辨清楚，克服了以往振動式檢流計的缺點。

3-1 橋體的組成

電橋各臂的組成

*臂：由被測對象Cx組成Z1。

第二臂：由高壓標準電容器Cn組成Z2。

第三臂：由十進電阻器10×（1000＋100＋10＋1＋0.1）歐姆和滑線電阻（0-0.13）歐姆組成Z3。

第四臂：由十進電容臂10×（0.1＋0.01＋0.001＋0.0001）uf和可變電容器100pF組成C4再與電組R4并聯組成Z4。

3-2計算公式

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

tgδ=ω•R4•C4 R4[Ω] C4[F]

當R4=10K/π

tgδ=C4

當R4=1K/π

tgδ=0.1C4

我們采取相對固定R4電阻，分別調節R3和C4使橋跟平衡，從而測得試品的電容值Cx和介質損耗tg。本電橋為了直讀出損耗值，取電阻R4的阻值為角頻率（f=50Hz）若干倍。

3-3 公式說明

.頻率對介質損耗正公式：

本電橋額定的工作頻率f=50Hz，在實際工作頻率偏離額定頻率時可用修正式進行修正：

tg=f’•tgδ / f

式中：f 為額定工作頻率（f=50Hz）

f’ 為實際工作頻率

tgδ 電橋測得損耗值

tgδ 為被測試品介質損耗角正切的實際值

五、安裝使用要求：

絕緣材料介損試驗安裝圖，要求試片直徑大于100mm

成品試驗前必須先做耐壓試驗，然后才能做介損試驗。

六、安全操作規程

◆  本儀器必須有專人負責保管，使用，非專職操作者應在使用前了解和熟悉本說明書，以免造成不必要的損失和事故。

◆  每次使用前應仔細檢查接地線是否完好，確保以后方可通電使用。

◆  接通電源前應將靈敏度開關調到低位置。

◆  測量試品前應先對試品進行高壓試驗，證明在電橋工作電壓下無噪聲，電離等現象出現，然后才能進行測試（若試品己做過高壓試驗，該項可不必每次測量都做）。

◆  對試品施加高壓時緩慢升高，不可以加突變電壓。

◆  測試時操作人員必須集中思想，工作前做好一切準備工作，測試地點周圍應有明顯的標記或金屬屏蔽圍成高壓危險區，以防止非操作人員闖入。

◆  在測量過程中，如有放電管發光時，則必須及時切斷電源，仔細檢查接線及試品都無擊穿，待檢查排除故障后，再進行高壓測量工作。自動跟蹤器由電子元器件組成。它在橋頂B處取一輸入電壓，通過放大后，在內屏蔽（S）產生一個與B電位相等的電壓。當電橋在平衡時，A,B,S三點電位必然相等，從而達到自動跟蹤的目的。本電橋在平衡過程中，輔橋采用自動電位跟蹤，在主橋平衡過程的同時，輔橋也自動跟蹤始終處于平衡的狀態，用戶只要對主橋平衡進行操作就能得到可靠的所需數據。同時也有效的抑制了電壓波動對平衡所帶來的影響。在指零部分，采用了指針式電表指示，視覺直觀，分辨清楚，克服了以往振動式檢流計的缺點。

2-1 橋體的組成

電橋各臂的組成

◆*臂：由被測對象Cx組成Z₁。

◆第二臂：由高壓標準電容器Cn組成Z₂。

◆第三臂：由十進電阻器10×（1000＋100＋10＋1＋0.1）歐姆和滑線電阻（0-0.13）歐姆組成Z₃。

◆第四臂：由十進電容臂10×（0.1＋0.01＋0.001＋0.0001）uf和可變電容器100pF組成C4再與電組R4并聯組成Z4。

2-2計算公式

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

tgδ=ω·R4·C4 R4[Ω] C4[F]

當R4=10K/π

tgδ=C4

當R4=1K/π

tgδ=0.1C4

我們采取相對固定R4電阻，分別調節R3和C4使橋跟平衡，從而測得試品的電容值Cx和介質損耗tg。本電橋為了直讀出損耗值，取電阻R4的阻值為角頻率（f=50Hz）若干倍。

2-3 公式說明

.頻率對介質損耗正公式：

本電橋額定的工作頻率f=50Hz，在實際工作頻率偏離額定頻率時可用修正式進行修正：

tg=f^’·tgδ / f

式中：f 為額定工作頻率（f=50Hz）

f’ 為實際工作頻率

tgδ 電橋測得損耗值

tgδ 為被測試品介質損耗角正切的實際值

七、相關介紹

介電常數又稱電容率或相對電容率，是表征電介質或絕緣材料電性能的一個重要數據，常用ε表示。 介質在外加電場時會產生感應電荷而削弱電場，原外加電場與終介質中電場比值即為介電常數。其表示電介質在電場中貯存靜電能的相對能力，例如一個電容板中充入介電常數為ε的物質后可使其電容變大ε倍。介電常數愈小絕緣性愈好。如果有高介電常數的材料放在電場中，場的強度會在電介質內有可觀的下降。介電常數還用來表示介質的極化程度，宏觀的介電常數的大小，反應了微觀的極化現象的強弱。氣體電介質的極化現象比較弱，各種氣體的相對介電常數都接近1，液體、固體的介電常數則各不相同，而且介電常數還與溫度、電源頻率有關。一些物質介電常數具有復數形式，其實部即為介電常數，虛數部分常稱為耗散因數。通常將耗散因數與介電常數之比稱作耗散角正切，其可表示材料與微波的耦合能力，耗散角正切值越大，材料與微波的耦合能力就越強。

八、安全操作規程

●本儀器必須有專人負責保管，使用，非專職操作者應在使用前了解和熟悉本說明書，以免造成不必要的損失和事故。

●每次使用前應仔細檢查接地線是否完好，確保以后方可通電使用。

●接通電源前應將靈敏度開關調到低位置。

●測量試品前應先對試品進行高壓試驗，證明在電橋工作電壓下無噪聲，電離等現象出現，然后才能進行測試。

●對試品施加高壓時緩慢升高，不可以加突變電壓。

●測試時操作人員必須集中思想，工作前做好一切準備工作，測試地點周圍應有明顯的標記或金屬屏蔽圍成高壓危險區，以防止非操作人員闖入。

●在測量過程中，如有放電管發光時，則必須及時切斷電源，仔細檢查接線及試品都無擊穿，待檢查排除故障后，再進行高壓測量工作。

九、操作方法

9.1 測試前的準備工作

①按圖（3）所示，連接標準電容Ｃｎ，與被測電容Ｃｘ，并且將標準電容與被測電容盡可能遠離，以防止互相之間干擾。如選用內部標準電容器，只需連接被測試品即可。②檢查周圍是否有強電磁場干擾，應盡量避免。③檢查大地線是否牢靠，以保證操作人員的安全，應檢查電橋上的（⊥）與大地是否接觸良好。④檢查電橋的靈敏度開關是否已回另位。⑤檢查試品的絕緣強度，應符合大于2U+1的標準。

⑥對試品施加試驗電壓。

9.2 試品的測試

①在不知道被測試品的大概容量及損耗時，可先施加少許的電壓，找到粗平衡點后，再把工作電壓升到所需的值，然后再尋找細平衡點。

②在測量時，靈敏度開關是按從小到大的規律來調節的。

③在測量時，R3開關時按從左至右的規律來調節的。

④在測量時，C4開關時按從右至左的規律來調節的。

⑤整個測量步絮：首先檢查接線無誤后，方可通電試驗。第二升起試驗電壓，并調節靈敏度開關，使UA表頭有明顯的指示。此時表明電橋沒有平衡。第三調節R3開關，順序從左至右。這時通過觀察表頭來觀察電橋的平衡狀況。如表頭已回另，可再加大靈敏度。應總保持能明顯地觀察到調節R3時，電橋的平衡狀況。第四在某一點上用戶會發現，調節R3已無法使表頭再回到另位。這時可調節C4開關，順序時從右至左，把表頭指針調節到小位。第五用戶在調節C4到某一點時又會發現無法將指針調回另位。這時又要去調節R3開關，調節的位數是上一次調節R3的后位，然后又會出現第四點時的問題，又必須要調節C4開關．．．就這樣來回往復地調節R3和C4兩組開關，直至靈敏度開關大時，并指針回另。表明電橋已達到平衡。

⑥測量完畢后或在暫停測量時，應將另儀的靈敏度開關降至“0”，再將測量電壓降至另并切斷電源開關，根據計算公式，算出被測試品的容量及介損值。

十、裝置成套性

十一、液體介質損耗測試附件

1）液體電極控溫儀

液體電極控溫儀是新一代的絕緣油測量電極的控溫智能化裝置，可與通用的圓柱型絕緣油電極配套使用。保證絕緣油在規定時間內到達所需溫度，并能恒定較長時間，以便通過高壓電橋對絕緣油進行介質損耗因素（tgδ）、相對介電常數（er）進行精密測量。本產品溫度顯示采用內外溫同時顯示，加熱控制采用兩片單片機分別對內、外加熱器進行加熱控制?？刂七^程采用PID模糊邏輯控制，能*消除電網電壓、環境溫度變化等的影響，具有控溫超調量小、控溫速度快的優點。溫度設置采用數字鍵盤輸入方式，使設定誤差真正達到零。輸入輸出都有光藕隔離。本產品還具有內部硬件線路自我診斷功能，保證工作的安全、可靠。

2）主要技術指標

測溫范圍：0～199。9℃

測溫精度：±1+0。1℃

控溫范圍：室溫～199。9℃

控溫穩定度：±（1+0。1）℃

由室溫加熱至控溫值：≤60min

在控制溫度恒定時間：≤15min

加熱功率：<1000W（包括內、外加熱器）

絕緣油介損測量電極（油杯）

1）概述

絕緣油介損測量電極（俗稱：油杯）是用于對各種電纜油，變壓器油，電容器油等液體絕緣材料的介質損耗因數（tgδ），相對介電常數（εr）和直流電阻率（ρ）的精密測量。RY1型絕緣油介損測量電極在原理和結構上參考了IEC標準，與在我國廣泛應用的瑞士Tettex2930性能指標一樣。

本產品是一種帶有屏蔽保護極，極間距離為2mm圓柱形空氣電容器。它能有效地壓抑和消除雜散電容影響，提高測量精度。與我公司生產的YG122液體電極控溫儀配合使用時還能十分方便地沒量在規定溫度（室溫～180℃范圍內）的介質損耗因數和介電常數。

2）主要技術指標

（1）兩極空間距離2mm；

（2）空杯電容量60±5p；

（3）測量電壓 工頻2000V；

（4）空杯tgδ ≤5*10-5；

（5）液體容量 約40cm3；

（6）電極材料 不銹鋼；

（7）體積240mm（直徑）*220mm（高）；

（8）重量 約10kg；

固體絕緣材料測試電極

1）概述

固體絕緣材料測試電極制造成平板型帶保護電極的三端式電容器，可以在加壓、加溫及抽真空條件下，配以高壓電容電橋在工頻電壓下對各類固體絕緣材料（如聚苯乙烯，聚丙烯，電容紙、云母片等）的試品做介質損耗因數及相對介電常數測量。

電極設計為平板型帶保護電極的三端式電容器，絕緣材料的介質損耗角δ是由該絕緣材料作為介質的電容器上所施加的電壓與流過該電容器的電流之間的相位差的余角。絕緣材料的介質損耗因數是介質損耗角δ的正切值tgδ當絕緣材料制成片狀試樣置于電極中間施加一定的壓力后，可視作由該絕緣材料作為介質的電容器，電容量和介質損耗因數的測量可在高壓電容電橋上進行。絕緣材料的相對介電常數εr是電極間及其周圍的空間全部充以絕緣材料時，電容器Cx與同樣構型的真空電容器Co之比:εr=Cx/Co

本電極配以RY2-2測溫控溫儀和真空泵可在加溫和充惰性氣體下測量。

2）主要性能參數

高壓電極直徑與表面積￠98mm（75.43cm2）

測量電極直徑與表面積￠70 mm（38.5 cm2）或￠50 mm（19.6 cm2）

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*500瓦

電極溫度180℃

加熱時間30分鐘

電極壓力0～1。0Mpa連續可調

測量電壓2000V，50Hz

真空度電極可抽真空至3*10-2 Mpa

尺寸重量長×寬×高（mm）：400×300×400 重量15kg

固體絕緣材料測試電極

1）概述

本電極適用于固體電工絕緣材料如絕緣漆、樹脂和膠、浸漬纖制品、層壓制品、云母及其制品、塑料、電纜料、薄膜復合制品、陶瓷和玻璃等的相對介電常數（ε）與介質損耗角正切值（tgδ）的測試。本電極主要用于頻率在工頻50Hz下測量試品的相對介電常數（ε）和介質損耗角正切值（tgδ）。本電極的設計主要是參照國標GB1409-78。

本電極采用的是三電極式結構，能有效的消除表面漏電流的影響，使測量電極下的電場趨于均勻電場