QS-37介電常數介質損耗測試儀

1. 技術指標測量范圍及誤差

2. 本電橋的(de)環境溫(wen)度為20±5℃，相對濕度為30%-80%條件下，應(ying)滿(man)足(zu)下列表中的(de)技(ji)術指示要(yao)求。

   在Cn=100 pF      R4=3183.2（Ω）時(shi)

   測(ce)量項(xiang)目	測量范(fan)圍	測量誤差
   電(dian)容量Cx	40pF—20000pF	±0.5%  Cx±2pF
   介損(sun)損(sun)耗tgδ	0-1	±1.5%  tgδx±0.0001

   在(zai)Cn=100 pF    R4=318.3（Ω）時

   測量(liang)項目(mu)	測(ce)量范圍(wei)	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

3. 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(xiang)對固定R4電阻，分(fen)別調節R3和(he)(he)C4使橋跟(gen)平衡，從而測得試(shi)品(pin)的電容值Cx和(he)(he)介質(zhi)損(sun)耗tg。本電橋為了直讀出損(sun)耗值，取電阻R4的阻值為角頻率（f=50Hz）若(ruo)干(gan)倍。

公式說明

.頻率對介質損耗正公(gong)式：

本電橋額定的工作頻率f=50Hz，在實際(ji)工作頻率偏離額定頻率時(shi)可用(yong)修(xiu)正式進行修(xiu)正：

tg=f^’·tgδ / f

式中：f    為額(e)定工作頻率（f=50Hz）

f’   為實際工(gong)作頻率

tgδ  電橋測得損耗值(zhi)

tgδ  為被測(ce)試(shi)品介質(zhi)損(sun)耗角正切的(de)實際值

QS-37介電常數介質損耗測試儀橋在使用過程中，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(zhong)，用戶可根據實際情況(kuang)估算出電橋(qiao)靈敏度水平，在這個水平上的電容與介質損耗(hao)因數的微小變(bian)化都能夠反(fan)應出來。

     ΔC/C或Δtgδ=Ig/UωCn(1+Rg/R4+Cn/Cx)

式中: U 為測量電壓                              伏特(te)  ;(V)

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

     Cn標準電(dian)容器容量                          法(fa)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)

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(xie)波 減不(bu)小于50dB

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

一臂：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(rong)臂10×（0.1＋0.01＋0.001＋0.0001）uf和可變電容(rong)器100pF組(zu)成C4再(zai)與(yu)電組(zu)R4并(bing)聯組(zu)成Z4。

關于檢測器的說明
當西 林 電橋的 B點接地時，必須避免檢測器的不對稱輸人(這在電子設備中是常有的)。
然 而這 樣 的檢測器只要接地輸人端總是連接于P點，就能與裝有瓦格納接地線路的電橋一起
使用

低頻電橋概述
這 種 電 橋的原理比西林電橋簡單。其結構原理見圖A.3 .
當 電橋 平 衡時，復電抗Z、和ZM之間的比值等于電壓矢量U 和U:間的比值。如果電壓矢量的比
值是已知的，便可從已知的Zx,推導出Zx。在理想電橋中比例U,/U :是一個系數 K，這樣 ZK- K ZH
實際上ZM的幅角直接給出ax
變壓 器 電 橋比西林電橋有很大的優點，它允許將屏蔽和保護電極直接接地且不需要附加的輔助
橋臂。
這 種 電橋 可在從工頻到數十MHz的頻率范圍內使用。比西林電橋使用的頻率范圍寬。由于頻率
范圍的不同，橋的具體結構也不相同

概述
西林 電橋 是測量電容率和介質損耗因數的裝置。它可使用從低于工頻(50H z-60H z)直至100 kHz的頻率范圍，通常測定50 pF-1 000 pF的電容(試樣或被試設備通常所具有的電容)這是 一 個 四臂回路(圖A.1) 。其中兩個臂主要是電容(未知電容Cx和一個無損耗電容C,)。另外兩臂(通常稱之為測臂)由無感電阻R，和R:組成，電阻R,在未知電容Cx的對邊上，測量臂至少被一個電容C,分流一般地說電容C:和兩個電阻R,和R:中的一個是可調的

如果 采 用 電阻R、和(純)電容 C 的串聯等值回路來表示電容 Cx，則圖A.1 所示的電橋平衡時
導出

由于 頻 率 范圍的不同，實際上電橋構造會有明顯的不同。例如一個50p F-10 00p F的電容在
50 Hz時的阻抗為60 Md2-3 Md2，在100 kHz時的阻抗為3 000 Q-1 500 S1
頻率 為 100k Hz時，橋的四個臂容易有相同數量級的阻抗，而在50H z-60H z的頻率范圍內則是
不可能的。因此，出現了低頻和(相對)高頻兩種不同形式的電橋。
A. 1. 2 低頻電橋
一般 為 高 壓電橋，這不僅是由于靈敏度的緣故，也因為在低頻下正是高電壓技術特別對電介質損耗
關注的問題。電容臂和測量臂兩者的阻抗大小在數量級上相差很多，結果，絕大部分電壓都施加在電容
Cx和C}上，使電壓分配不平衡上面給出的電橋平衡條件只是當低壓元件對高壓元件屏蔽時才成
立。同時，屏蔽必須接地，以保證平衡穩定。如圖A. 2所示。屏蔽與使用被保護的電容C、和C、是一
致的，這個保護對于Ch來說是*的。
由于 選 擇 不同的接地方法，實際上形成了兩類電橋。
A.1.2.1 帶屏蔽的簡單西林電橋
橋 的 B 點(在測量臂邊的電源接線端子)與屏蔽相連并接地。
屏 蔽 能很 好地起到防護高壓邊影響的作用，但是增加了屏蔽與接到測量臂接線端 M和N的各根
導線之間電容.此電容承受跨接測量臂兩端的電壓這樣會引人一個通常使tans的測量精度限于
0.1%數量級的誤差，當電容cx和Cw不平衡時尤為顯著。
A.1. 2. 2 帶瓦格納(Wagner)接地電路的西林電橋圖 A. 2 示出了使電橋測量臂接線端與屏蔽電位相等的方法。這種方法是通過使用外接輔助橋臂Z, .Z.(瓦格納接地電路)，并使這兩個輔助橋臂的中間點P接到屏蔽并接地。調節輔助橋臂(實際為Zu)以使在Z,和Z上的電壓分別與電橋的電容臂和測量臂兩端的電壓相等顯然，這個解決方法包括兩個橋即主橋AMNB和輔橋AMPB(或ANPB)同時平衡。通過檢測器從一個橋轉換到另一個橋逐次地逼近平衡而終達到二者平衡用這種方法精度可以提高一個數量級，這時，實際上該精度只決定于電橋元件的精密度。必 須 指 出，只有當電源的兩端可以對地絕緣時才使用上述特殊的解決方法。如果不可能對地絕緣，則必須使用更復雜的裝置(雙屏蔽電橋) 

我們采取(qu)相對固定(ding)R4電阻，分別調節R3和(he)C4使橋跟(gen)平衡，從(cong)而測得試品的電容值Cx和(he)介質損(sun)耗(hao)tg。本電橋為了直讀出(chu)損(sun)耗(hao)值，取(qu)電阻R4的阻值為角頻率（f=60Hz）若干倍(bei)。

公(gong)式說(shuo)明

.頻(pin)率(lv)對介質損耗正公式：

本(ben)電(dian)橋額定的工(gong)作頻率f=50Hz，在實際(ji)工(gong)作頻率偏(pian)離額定頻率時可用修(xiu)(xiu)正(zheng)式進(jin)行修(xiu)(xiu)正(zheng)：

tg=f’·tgδ / f

式中：f    為(wei)額(e)定(ding)工(gong)作頻率（f=50Hz）

f’   為實際工作(zuo)頻率

tgδ  電橋測得損(sun)耗(hao)值

tgδ  為被測(ce)試(shi)品(pin)介質損耗角正切的實際值

電(dian)(dian)橋(qiao)在使用過程(cheng)中，靈(ling)敏(min)度直接影(ying)響電(dian)(dian)橋(qiao)平穩衡(heng)的(de)分辨程(cheng)度，為(wei)保證(zheng)測(ce)量準(zhun)確度，希望電(dian)(dian)橋(qiao)靈(ling)敏(min)度達到一定的(de)水平。通常情況(kuang)下電(dian)(dian)橋(qiao)靈(ling)敏(min)度與測(ce)量電(dian)(dian)壓(ya)，標準(zhun)電(dian)(dian)容量成正(zheng)比。

    在下面的(de)計算公式中，用戶可根據實際情況估算出電(dian)橋(qiao)靈敏度(du)水(shui)平，在這個(ge)水(shui)平上的(de)電(dian)容與介質(zhi)損耗(hao)因數的(de)微小變化(hua)都能夠反(fan)應(ying)出來。

     ΔC/C或Δtgδ=Ig/UωCn(1+Rg/R4+Cn/Cx)

式中(zhong): U 為測量電(dian)壓                              伏(fu)特(te)  (V)

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

     Cn標(biao)準電容器容量                          法拉(F) 

     Ig通用指零儀的電流(liu)5×10-10                  安培(A)  

     Rg平衡指零(ling)儀內阻約1500                    歐姆(mu)(Ω)

     R4橋(qiao)臂R4阻值3183                         歐姆(Ω)

     Cx被測(ce)試品電容值                           法拉(la)(pF)

指零裝置的技術特(te)性：

在50Hz時(shi)電壓(ya)靈敏(min)度不低(di)于1×10-6V/格

                電流靈(ling)敏(min)度不(bu)低于2×10-9 A/格(ge)

二次(ci)諧波 減不小(xiao)于25dB