薄膜材料介電常數(shù)測(cè)試儀

一、概述

1-1電橋的特點(diǎn)；

l橋體內(nèi)附電位跟蹤器及指零儀，外圍接線及少。

l電橋采用接觸電阻小，機(jī)械壽命長(zhǎng)的十進(jìn)開(kāi)關(guān)，保證測(cè)量的穩(wěn)定性

l儀器具有雙屏蔽，能有效防止外部電磁場(chǎng)的干擾。

l儀器內(nèi)部電阻及電容元件經(jīng)特殊老化處理，使儀器技術(shù)性能穩(wěn)定可靠。

l內(nèi)附高壓電源精度3%

l內(nèi)附標(biāo)準(zhǔn)電容損耗﹤0.00005，名義值100pF

1-2電橋簡(jiǎn)介:

符合GB1409、GB5654及GB/T1693, ASTM D150-1998(2004) 固體電絕緣材料的交流損耗特性及介電常數(shù)的試驗(yàn)方法其采用了西林電橋的經(jīng)典線路，內(nèi)附0-2500的數(shù)顯高壓電源及100PF標(biāo)準(zhǔn)電容器，并可按用戶要求擴(kuò)裝外接標(biāo)準(zhǔn)電容線路。

在每個(gè)高壓實(shí)驗(yàn)室和試驗(yàn)中，壓縮氣體標(biāo)準(zhǔn)電容器是一種必要的儀器。在這些場(chǎng)合中，它有許多重要的作用。在電橋電路中壓縮氣體電容器被用來(lái)測(cè)量電容器、電纜、套管、絕緣子、變壓器繞組及絕緣材料的電容和介質(zhì)損耗角正切值（tgδ）。而且，還可以用作高壓測(cè)量電容分壓裝置的高壓電容。在某些條件下，還可以在局部放電測(cè)量中作高壓耦合電容器。

電容極穩(wěn)定。

氣壓和溫度的變化對(duì)電容的影響可以忽略。

介質(zhì)損耗極小。

薄膜材料介電常數(shù)測(cè)試儀

二、技術(shù)指標(biāo)

◆測(cè)量范圍及誤差

本電橋的環(huán)境溫度為20±5℃，相對(duì)濕度為30%-80%條件下，應(yīng)滿足下列表中的技術(shù)指示要求。

在Cn=100 pF      R4=3183.2（Ω）時(shí)

在Cn=100 pF    R4=318.3（Ω）時(shí)

◆技術(shù)參數(shù)
電容器安裝運(yùn)行海拔不超過(guò)1000米 使用周圍空氣溫度-10℃~40℃相對(duì)濕度不超過(guò)70%。
電容器的工作頻率 50Hz。
電容器實(shí)測(cè)值誤差不大于±0.05% 與標(biāo)稱值誤差不大于±3%
電容器溫度系數(shù) ≤ 3×10-5 /℃
電容器壓力系數(shù) ≤ 3×10-3Mpa
電容器的損耗角正切值不大于 1×10-5 、2×10-5 、5×10-5 三檔。
電容器內(nèi)充SF6氣體。在20℃時(shí) 壓力為0.4±0.1Mpa
RY2電極

◆工作電壓說(shuō)明

在使用中，本電橋頂A，B對(duì)V點(diǎn)的電壓高不超過(guò)11V，R3橋臂各盤的電流不超過(guò)下列規(guī)定：

10×1kΩ                             1max≤15mA

10×100Ω                            1max≤120mA

10×10Ω                             l max≤150mA

用戶在使用前應(yīng)注意以上的問(wèn)題。如不清楚，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)電壓及標(biāo)準(zhǔn)電容量，按以下公式來(lái)計(jì)算出大概的工作電流。

                    I=ω V C 

◆輔橋的技術(shù)特性：

不失真跟蹤電壓0～11V（有效值）

◆指零裝置的技術(shù)特性：

在50Hz時(shí)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

◆電橋測(cè)量靈敏度

    電橋在使用過(guò)程中，靈敏度直接影響電橋平穩(wěn)衡的分辨程度，為保證測(cè)量準(zhǔn)確度，希望電橋靈敏度達(dá)到一定的水平。通常情況下電橋靈敏度與測(cè)量電壓，標(biāo)準(zhǔn)電容量成正比。

    在下面的計(jì)算公式中，用戶可根據(jù)實(shí)際情況估算出電橋靈敏度水平，在這個(gè)水平上的電容與介質(zhì)損耗因數(shù)的微小變化都能夠反應(yīng)出來(lái)。

     ΔC/C或Δtgδ=Ig/UωCn(1+Rg/R4+Cn/Cx)

式中: U 為測(cè)量電壓                              伏特  (V)

      ω為角頻率2πf=314(50Hz)                              

     Cn標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)阻約1500                    歐姆(Ω)

     R4橋臂R4阻值3183                         歐姆(Ω)

     Cx被測(cè)試品電容值                           法拉(pF)

• 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(shí)，與R4橋臂并聯(lián)，測(cè)量數(shù)值為正損耗因數(shù)。結(jié)構(gòu)采用了雙層屏蔽。并通過(guò)輔橋的輔助平衡，消除寄生參數(shù)對(duì)電橋平衡的影響。輔橋由電位自動(dòng)電位跟蹤器與內(nèi)層屏蔽（S）組成。自動(dòng)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(guò)放大后，在內(nèi)屏蔽（S）產(chǎn)生一個(gè)與B電位相等的電壓。當(dāng)電橋在平衡時(shí)，A,B,S三點(diǎn)電位必然相等，從而達(dá)到自動(dòng)跟蹤的目的。本電橋在平衡過(guò)程中，輔橋采用自動(dòng)電位跟蹤，在主橋平衡過(guò)程的同時(shí)，輔橋也自動(dòng)跟蹤始終處于平衡的狀態(tài)，用戶只要對(duì)主橋平衡進(jìn)行操作就能得到可靠的所需數(shù)據(jù)。同時(shí)也有效的抑制了電壓波動(dòng)對(duì)平衡所帶來(lái)的影響。在指零部分，采用了指針式電表指示，視覺(jué)直觀，分辨清楚，克服了以往振動(dòng)式檢流計(jì)的缺點(diǎn)。

3-1 橋體的組成

電橋各臂的組成

第1臂：由被測(cè)對(duì)象Cx組成Z₁。

第2臂：由高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器Cn組成Z₂。

第3臂：由十進(jìn)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4臂：由十進(jìn)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(lián)組成Z4。

3-2計(jì)算公式

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

tgδ=ω·R4·C4     R4[Ω]  C4[F]

當(dāng)R4=10K/π

tgδ=C4     

當(dāng)R4=1K/π

tgδ=0.1C4  

我們采取相對(duì)固定R4電阻，分別調(diào)節(jié)R3和C4使橋跟平衡，從而測(cè)得試品的電容值Cx和介質(zhì)損耗tg。本電橋?yàn)榱酥弊x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(shuō)明

.頻率對(duì)介質(zhì)損耗正公式：

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

tg=f^’·tgδ / f

式中：f    為額定工作頻率（f=50Hz）

f’   為實(shí)際工作頻率

tgδ  電橋測(cè)得損耗值

tgδ  為被測(cè)試品介質(zhì)損耗角正切的實(shí)際值

四．操作方法

4.1 測(cè)試前的準(zhǔn)備工作

①按圖（3）所示，連接標(biāo)準(zhǔn)電容Ｃｎ（選用外接標(biāo)準(zhǔn)電容時(shí)），與被測(cè)電容Ｃｘ，并且將標(biāo)準(zhǔn)電容與被測(cè)電容盡可能遠(yuǎn)離，以防止互相之間干擾。如選用內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)電容器，只需連接被測(cè)試品即可。

②檢查周圍是否有強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾，應(yīng)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(yīng)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(kāi)關(guān)是否已回另位。

⑤檢查試品的絕緣強(qiáng)度，應(yīng)符合大于2U+1的標(biāo)準(zhǔn)。

⑥對(duì)試品施加試驗(yàn)電壓（按部標(biāo)或所規(guī)定的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行）。

4.2 試品的測(cè)試

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

②在測(cè)量時(shí)，靈敏度開(kāi)關(guān)是按從小到大的規(guī)律來(lái)調(diào)節(jié)的。

③在測(cè)量時(shí)，R3開(kāi)關(guān)時(shí)按從左至右的規(guī)律來(lái)調(diào)節(jié)的。

④在測(cè)量時(shí)，C4開(kāi)關(guān)時(shí)按從右至左的規(guī)律來(lái)調(diào)節(jié)的。

⑤整個(gè)測(cè)量步絮：首先檢查接線無(wú)誤后，方可通電試驗(yàn)。第二升起試驗(yàn)電壓，并調(diào)節(jié)靈敏度開(kāi)關(guān)，使UA表頭有明顯的指示。此時(shí)表明電橋沒(méi)有平衡。第三調(diào)節(jié)R3開(kāi)關(guān)，順序從左至右。這時(shí)通過(guò)觀察表頭來(lái)觀察電橋的平衡狀況。如表頭已回另，可再加大靈敏度。應(yīng)總保持能明顯地觀察到調(diào)節(jié)R3時(shí)，電橋的平衡狀況。第四在某一點(diǎn)上用戶會(huì)發(fā)現(xiàn)，調(diào)節(jié)R3已無(wú)法使表頭再回到另位。這時(shí)可調(diào)節(jié)C4開(kāi)關(guān)，順序時(shí)從右至左，把表頭指針調(diào)節(jié)到小位。第五用戶在調(diào)節(jié)C4到某一點(diǎn)時(shí)又會(huì)發(fā)現(xiàn)無(wú)法將指針調(diào)回另位。這時(shí)又要去調(diào)節(jié)R3開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)的位數(shù)是上一次調(diào)節(jié)R3的后位，然后又會(huì)出現(xiàn)第四點(diǎn)時(shí)的問(wèn)題，又必須要調(diào)節(jié)C4開(kāi)關(guān)．．．就這樣來(lái)回往復(fù)地調(diào)節(jié)R3和C4兩組開(kāi)關(guān)，直至靈敏度開(kāi)關(guān)大時(shí)，并指針回另（或指另儀指示到?。?。表明電橋已達(dá)到平衡。

 ⑥測(cè)量完畢后或在暫停測(cè)量時(shí)，應(yīng)將另儀的靈敏度開(kāi)關(guān)降至“0”，再將測(cè)量電壓降至另并切斷電源開(kāi)關(guān)，根據(jù)計(jì)算公式，算出被測(cè)試品的容量及介損值。

五、安全操作規(guī)程

1. 本儀器必須有專人負(fù)責(zé)保管，使用，非專職操作者應(yīng)在使用前了解和熟悉本說(shuō)明書，以免造成不必要的損失和事故。
2. 每次使用前應(yīng)仔細(xì)檢查接地線是否完好，確保以后方可通電使用。
3. 接通電源前應(yīng)將靈敏度開(kāi)關(guān)調(diào)到低位置。
4. 測(cè)量試品前應(yīng)先對(duì)試品進(jìn)行高壓試驗(yàn)，證明在電橋工作電壓下無(wú)噪聲，電離等現(xiàn)象出現(xiàn)，然后才能進(jìn)行測(cè)試（若試品己做過(guò)高壓試驗(yàn)，該項(xiàng)可不必每次測(cè)量都做）。
5. 對(duì)試品施加高壓時(shí)緩慢升高，不可以加突變電壓。
6. 測(cè)試時(shí)操作人員必須集中思想，工作前做好一切準(zhǔn)備工作，測(cè)試地點(diǎn)周圍應(yīng)有明顯的標(biāo)記或金屬屏蔽圍成高壓危險(xiǎn)區(qū)，以防止非操作人員闖入。
7. 在測(cè)量過(guò)程中，如有放電管發(fā)光時(shí)，則必須及時(shí)切斷電源，仔細(xì)檢查接線及試品都無(wú)擊穿，待檢查排除故障后，再進(jìn)行高壓測(cè)量工作。

六、裝置成套性

1．BQS-37a型高壓電橋                            一臺(tái) 

2.  試驗(yàn)電極                                    一臺(tái)

3．使用說(shuō)明書                                   一份

4．電源線                                       二根

5．測(cè)試線                                       三根

八、工頻介電常數(shù)測(cè)試儀簡(jiǎn)介
在每個(gè)高壓實(shí)驗(yàn)室和試驗(yàn)中，壓縮氣體標(biāo)準(zhǔn)電容器是一種必要的儀器。在這些場(chǎng)合中，它有許多重要的作用。在電橋電路中壓縮氣體電容器被用來(lái)測(cè)量電容器、電纜、套管、絕緣子、變壓器繞組及絕緣材料的電容和介質(zhì)損耗角正切值（tgδ）。而且，還可以用作高壓測(cè)量電容分壓裝置的高壓電容。在某些條件下，還可以在局部放電測(cè)量中作高壓耦合電容器。
電容極穩(wěn)定。
氣壓和溫度的變化對(duì)電容的影響可以忽略。
介質(zhì)損耗極小。

七、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介
外殼由絕緣套筒及鋼板制成的底和蓋組成，底和蓋用螺栓及環(huán)緊固在絕緣套筒的兩端。在電容器的上下兩端有防暈罩。
電容器外殼內(nèi)裝有同軸高度拋光的圓柱形高低壓電極。
電容器設(shè)有壓力表及氣閥，供觀察內(nèi)部壓力及充放氣使用。
電容器內(nèi)充有SF6氣體