一、概述

  介質(zhì)損耗和介電常數(shù)是各種電瓷、裝置瓷、電容器等陶瓷，還有復(fù)合材料等的一項(xiàng)重要的物理性質(zhì)，通過(guò)測(cè)定介質(zhì)損耗角正切tanδ及介電常數(shù)（ε），可進(jìn)一步了解影響介質(zhì)損耗和介電常數(shù)的各種因素，為提高材料的性能提供依據(jù)；GB/T1409陶瓷片介電常數(shù)介損測(cè)試儀GDAT-A用于科研機(jī)關(guān)、學(xué)校、工廠(chǎng)等單位對(duì)無(wú)機(jī)非金屬新材料性能的應(yīng)用研究。 

二、測(cè)試原理

   GB/T1409陶瓷片介電常數(shù)介損測(cè)試儀GDAT-A采用高頻諧振法，并提供了，通用、多用途、多量程的阻抗測(cè)試。它以單片計(jì)算機(jī)作為儀器的控制，測(cè)量核心采用了頻率數(shù)字鎖定，標(biāo)準(zhǔn)頻率測(cè)試點(diǎn)自動(dòng)設(shè)定，諧振點(diǎn)自動(dòng)搜索，Q值量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換，數(shù)值顯示等新技術(shù)，改進(jìn)了調(diào)諧回路，使得調(diào)諧測(cè)試回路的殘余電感減至低，并保留了原Q表中自動(dòng)穩(wěn)幅等技術(shù)，使得新儀器在使用時(shí)更為方便，測(cè)量值更為精確。儀器能在較高的測(cè)試頻率條件下，測(cè)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(zhì)損耗，高頻回路有效并聯(lián)及串聯(lián)電阻，傳輸線(xiàn)的特性阻抗等。 

本測(cè)試裝置是由二只測(cè)微電容器組成，平板電容器一般用來(lái)夾持被測(cè)樣品，園筒電容器是一只分辨率高達(dá)0.0033pF的線(xiàn)性可變電容器，配用儀器作為指示儀器，絕緣材料的損耗角正切值是通過(guò)被測(cè)樣品放進(jìn)平板電容器和不放進(jìn)樣品的Q值變化，由園筒電容器的刻度讀值變化值而換算得到的。同時(shí)，由平板電容器的刻度讀值變化而換算得到介電常數(shù)。

三、儀器的技術(shù)指標(biāo)

Q值自動(dòng)鎖定，無(wú)需人工搜索

Q表正常工作條件

a. 環(huán)境溫度：0℃～+40℃

b．相對(duì)濕度：<80％；

c．電源：220V±22V，50Hz±2.5Hz。

10．其他

a．消耗功率：約25W；   

b．凈重：約7kg；   

c. 外型尺寸：（l×b×h）mm：380×132×280。

11．產(chǎn)品配置：

a.測(cè)試主機(jī)一臺(tái)；

b.電感一套；

c.夾具一 套

四、性能特點(diǎn)：

1. 平板電容器     極片尺寸：φ25.4mm\φ50mm  極片間距可調(diào)范圍和分辨率：≥10mm，±0.01mm

2. 園筒電容器     電容量線(xiàn)性：0.33pF / mm±0.05 pF長(zhǎng)度可調(diào)范圍和分辨率：≥0～20mm，±0.01mm

3. 夾具插頭間距：25mm±1mm

4. 夾角損耗角正切值：≤4×10－4（1MHz時(shí)）

5、數(shù)顯電極

五. 維修保養(yǎng)

本測(cè)試裝置是由精密機(jī)械構(gòu)件組成的測(cè)微設(shè)備，所以在使用和保存時(shí)要避免振動(dòng)和碰撞，要求在不含腐蝕氣體和干燥的環(huán)境中使用和保存，不能自行拆裝，否則其工作性能就不能保證，如測(cè)試夾具受到碰撞，或者作為定期檢查，要檢測(cè)以下幾個(gè)指標(biāo)：

1. 平板電容器二極片平行度不超過(guò)0.02mm。

2. 園筒電容器的軸和軸同心度誤差不超過(guò)0.1mm。

3. 保證二個(gè)測(cè)微桿0.01mm分辨率。

4. 用精密電容測(cè)量?jī)x（±0.01pF分辨率）測(cè)量園筒電容器，電容呈線(xiàn)性率，從0~20mm，每隔1mm測(cè)試一點(diǎn)，要求符合工作特性要求。

測(cè)量電氣絕緣材料在工頻、音頻、高頻(包括米波波長(zhǎng)在內(nèi))下電容率和介質(zhì)損耗因數(shù)的推薦方法

前言

本標(biāo)準(zhǔn)修改采用IEC60250:1969《測(cè)量電氣絕緣材料在工頻、音頻、高頻(包括米波波長(zhǎng)在內(nèi))下電容率和介質(zhì)損耗因數(shù)的推薦方法》(英文版)。

本標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)IEC 60250;1969重新起草，在附錄B中列出了本標(biāo)準(zhǔn)章條編號(hào)與IEC 60250:1969章條編號(hào)的對(duì)照一覽表。

考慮到我國(guó)國(guó)情,在采用IEC 60250:1969時(shí),本標(biāo)準(zhǔn)做了一些修改，有關(guān)技術(shù)性差異已編人正文中并在它們所涉及的條款的頁(yè)邊空白處用垂直單線(xiàn)標(biāo)識(shí),

為便于使用,本標(biāo)準(zhǔn)做了下列編輯性修改:

a)刪除國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的日次和前言;

b)用小數(shù)點(diǎn)“.”代替作為小數(shù)點(diǎn)的逗號(hào)*，”;

c)引用的IEC 60247,由“Measurement of relative permittivity, dielectric dissipation factor andd. c.  resistivity of insulating liquids”即"液體絕緣材料相對(duì)電容率、介質(zhì)損耗因數(shù)和直流電阻率的測(cè)量"代替“Recommended Test cells for Measuring the Resistivity of Insulating Liquidsand Methods of cleaning the cells"即"測(cè)量絕緣液體電阻率的試驗(yàn)池及清洗試驗(yàn)池的推薦方法”;

d)用“e,”代替"ε.'”;

e)增加了“術(shù)語(yǔ)”;

f)增加公式中符號(hào)說(shuō)明

g)圖按GB/T1.1-2000標(biāo)注。

本標(biāo)準(zhǔn)與GB/T 1409-1988的相比,主要變化如下:

1)增加"規(guī)范性引用文件"(本標(biāo)準(zhǔn)第2章);

2)增加“電介質(zhì)用途”(本標(biāo)準(zhǔn)4.1);

3)刪去導(dǎo)電橡皮;

4)增加“石墨”(本標(biāo)準(zhǔn)5.1.3);

5)增加“液體絕緣材料”(本標(biāo)準(zhǔn)5.2)。

本標(biāo)準(zhǔn)代替GB/T 1409-1988(固體絕緣材料在工頻、音頻、高頻(包括米波長(zhǎng)在內(nèi))下相對(duì)介電常數(shù)和介質(zhì)損耗因數(shù)的試驗(yàn)方法》。

測(cè)量電氣絕緣材料在工頻、音頻、高頻(包括米波波長(zhǎng)在內(nèi))下電容率和介質(zhì)損耗因數(shù)的推薦方法

范圍

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了在15 Hz~300 MHz的頻率范圍內(nèi)測(cè)量電容率,介質(zhì)損耗因數(shù)的方法,并由此計(jì)算某些數(shù)值，如損耗指數(shù)。本標(biāo)準(zhǔn)中所敘述的某些方法,也能用于其他頻率下測(cè)量。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于測(cè)量液體、易熔材料以及固體材料。測(cè)試結(jié)果與某些物理?xiàng)l件有關(guān),例如頻率、溫度、濕度,在特殊情況下也與電場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)。

有時(shí)在超過(guò)1000V的電壓下試驗(yàn),則會(huì)引起一些與電容率和介質(zhì)損耗因數(shù)無(wú)關(guān)的效應(yīng),對(duì)此不予論述。

2 規(guī)范性引用文件

下列文件中的條款通過(guò)本標(biāo)準(zhǔn)的引用而成為本標(biāo)準(zhǔn)的條款。

IEC 60247:1978液體絕緣材料相對(duì)電容率、介質(zhì)損耗因數(shù)和直流電阻率的測(cè)量

3術(shù)語(yǔ)和定義

3.1

下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本標(biāo)準(zhǔn)。

相對(duì)電容率relative permittivity

e.

電容器的電極之間及電極周?chē)目臻g全部充以絕緣材料時(shí),其電容Cx與同樣電極構(gòu)形的真空電容C之比

-**(1)

式中:

,一-相對(duì)電容率;

C一充有絕緣材料時(shí)電容器的電極電容:

C.真空中電容器的電極電容。

在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,不含二氧化碳的干燥空氣的相對(duì)電容率e,等于1.000 53。因此,用這種電極構(gòu)形在空氣中的電容C.來(lái)代替C。測(cè)量相對(duì)電容率ε,時(shí),也有足夠的精確度。

在一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)中,絕緣材料的電容率是在該系統(tǒng)中絕緣材料的相對(duì)電容率e,與真空電氣常數(shù)。的乘積。

在SI制中,電容率用法/米(F/m)表示。而且,在SI單位中,電氣常數(shù)e為;

￡。 8.854 x10'F/m;36*x10F/m在本標(biāo)準(zhǔn)中,用皮法和厘米來(lái)計(jì)算電容,真空電氣常數(shù)為:

3.2

介質(zhì)損耗角dielectric loss angle

由絕緣材料作為介質(zhì)的電容器上所施加的電壓與由此而產(chǎn)生的電流之間的相位差的余角。

3.3

介質(zhì)損耗因數(shù)”dielectric dissipation factor

tand

損耗角e的正切。

3.4

[介質(zhì)]損耗指數(shù)[dielectric]loss index

3.5

該材料的損耗因數(shù)tan8與相對(duì)電容率e，的乘積，

復(fù)相對(duì)電容率complex relative permittivity

5

由相對(duì)電容率和損耗指數(shù)結(jié)合而得到的:

4電氣絕緣材料的性能和用途

4.1電介質(zhì)的用途

電介質(zhì)一般被用在兩個(gè)不同的方面:

用作電氣回路元件的支撐,并且使元件對(duì)地絕緣及元件之間相互絕緣:

用作電容器介質(zhì),

4.2影響介電性能的因素

下面分別討論頻豐、溫度、濕度和電氣強(qiáng)度對(duì)介電性能的影響。

4.2.1頻率

因?yàn)橹挥猩贁?shù)材料如石英玻璃、聚苯乙烯或聚乙烯在很寬的頻率范圍內(nèi)它們的e,和tane幾乎是恒定的,且被用作工程電介質(zhì)材料,然而一般的電介質(zhì)材料必須在所使用的頻率下測(cè)量其介質(zhì)損耗因數(shù)和電容率。

電容率和介質(zhì)損耗因數(shù)的變化是由于介質(zhì)極化和電導(dǎo)而產(chǎn)生,最重要的變化是極性分子引起的偶極子極化和材料的不均勻性導(dǎo)致的界面極化所引起的。

4.2.2溫度

損耗指數(shù)在一個(gè)頻率下可以出現(xiàn)一個(gè)大值，這個(gè)頻率值與電介質(zhì)材料的溫度有關(guān)。介質(zhì)攢耗因數(shù)和電容率的溫度系數(shù)可以是正的或負(fù)的,這取決于在測(cè)量溫度下的介質(zhì)損耗指數(shù)大值位置。

4.2.3濕度

極化的程度隨水分的吸收量或電介質(zhì)材料表面水膜的形成而增加,其結(jié)果使電容率、介質(zhì)損耗因數(shù)和直流電導(dǎo)率增大。因此試驗(yàn)前和試驗(yàn)時(shí)對(duì)環(huán)境濕度進(jìn)行控制是。

注:濕度的顯著影響常言發(fā)生在1MHz以下及微波棚率范圍內(nèi)。

4.2.4電場(chǎng)強(qiáng)度

存在界面極化時(shí),自由離子的數(shù)目隨電場(chǎng)強(qiáng)度增大面增加,其損耗指數(shù)大值的大小和位置也隨此而變。

在較高的頻率下,只要電介質(zhì)中不出現(xiàn)局部放電，電容率和介質(zhì)損耗因數(shù)與電場(chǎng)強(qiáng)度無(wú)關(guān)，

5試樣和電極

5.1固體絕緣材料

5.1.1試樣的幾何形狀

測(cè)定材料的電容率和介質(zhì)損耗因數(shù),好采用板狀試樣,也可采用管狀試樣。

在測(cè)定電容率需要較高精度時(shí)，大的誤差來(lái)自試樣尺寸的誤差，尤其是試樣厚度的誤差，因此厚

度應(yīng)足夠大，以滿(mǎn)足測(cè)量所需要的精確度。厚度的選取決定于試樣的制備方法和各點(diǎn)間厚度的變化。

對(duì) 1%的精確度來(lái)講，1.5 mm的厚度就足夠了，但是對(duì)于更高精確度，采用較厚的試樣，例如

6 mm-12 mm 測(cè)量厚度必須使測(cè)量點(diǎn)有規(guī)則地分布在整個(gè)試樣表面上，且厚度均勻度在士1%內(nèi)。

如果材料的密度是已知的，則可用稱(chēng)量法測(cè)定厚度 選取試樣的面積時(shí)應(yīng)能提供滿(mǎn)足精度要求的試樣

電容。測(cè)量 10 pF的電容時(shí)，使用有良好屏蔽保護(hù)的儀器。由于現(xiàn)有儀器的極限分辨能力約 1 pF,因此

試樣應(yīng)薄些，直徑為 10 cm或更大些

需要測(cè)低損耗因數(shù)值時(shí)，很重要的一點(diǎn)是導(dǎo)線(xiàn)串聯(lián)電阻引人的損耗要盡可能地小，即被測(cè)電容和該

電阻的乘積要盡可能小 同樣，被測(cè)電容對(duì)總電容的比值要盡可能地大 表示導(dǎo)線(xiàn)電阻要盡可

能低及試樣電容要小。第二點(diǎn)表示接有試樣橋臂的總電容要盡可能小，且試樣電容要大。因此試樣電

容取值為20 pF，在測(cè)量回路中，與試樣并聯(lián)的電容不應(yīng)大于約5 pF,

5. 1.2 電極系統(tǒng)

5. 1.2. 1 加到試樣上的電極

電極可選用 5.1.3中任意一種。如果不用保護(hù)環(huán)。而且試樣上下的兩個(gè)電極難以對(duì)齊時(shí)，其中一個(gè)

電極應(yīng)比另一個(gè)電極大些。已經(jīng)加有電極的試樣應(yīng)放置在兩個(gè)金屬電極之間，這兩個(gè)金屬電極要比試

樣上的電極稍小些。對(duì)于平板形和圓柱形這兩種不同電極結(jié)構(gòu)的電容計(jì)算公式以及邊緣電容近似計(jì)算

的經(jīng)驗(yàn)公式由表 飛給出。

對(duì)于介質(zhì)損耗因數(shù)的測(cè)量，這種類(lèi)型的電極在高頻下不能滿(mǎn)足要求，除非試樣的表面和金屬板都非

常平整。圖 〕所示的電極系統(tǒng)也要求試樣厚度均勻

5.1.2.2 試樣上不加電極

表面電導(dǎo)率很低的試樣可以不加電極而將試樣插人電極系統(tǒng)中測(cè)量，在這個(gè)電極系統(tǒng)中，試樣的一

側(cè)或兩側(cè)有一個(gè)充滿(mǎn)空氣或液體的間隙。

平板電極或圓柱形電極結(jié)構(gòu)的電容計(jì)算公式由表 3給出。

下面兩種型式的電極裝置特別合適

5. 1.2.2. 1 空氣填充測(cè)微計(jì)電極

當(dāng)試樣插人和不插人時(shí)，電容都能調(diào)節(jié)到同一個(gè)值 ，不需進(jìn)行測(cè)量系統(tǒng)的電氣校正就能測(cè)定電容

率。電極系統(tǒng)中可包括保護(hù)電極

5. 1.2.2.2 流體排出法

在電容率近似等于試樣的電容率，而介質(zhì)損耗因數(shù)可以忽略的一種液體內(nèi)進(jìn)行測(cè)量，這種測(cè)量與試

樣厚度測(cè)量的精度關(guān)系不大。當(dāng)相繼采用兩種流體時(shí)，試樣厚度和電極系統(tǒng)的尺寸可以從計(jì)算公式中

消去

試樣為與試驗(yàn)池電極直徑相同的圓片，或?qū)y(cè)微計(jì)電極來(lái)說(shuō)，試樣可以比電極小到足以使邊緣效應(yīng)

忽略不計(jì) 在測(cè)微計(jì)電極中，為了忽略邊緣效應(yīng)，試樣直徑約比測(cè)微計(jì)電極直徑小兩倍的試樣厚度。

5. 1.2.3 邊緣效應(yīng)

為了避免邊緣效應(yīng)引起電容率的測(cè)量誤差，電極系統(tǒng)可加上保護(hù)電極。保護(hù)電極的寬度應(yīng)至少為

兩倍的試樣厚度，保護(hù)電極和主電極之間的間隙應(yīng)比試樣厚度小。假如不能用保護(hù)環(huán)，通常需對(duì)邊緣電

容進(jìn)行修正，表 工給出了近似計(jì)算公式 這些公式是經(jīng)驗(yàn)公式，只適用于規(guī)定的幾種特定的試樣形狀

此外，在一個(gè)合適的頻率和溫度下，邊緣電容可采用有保護(hù)環(huán)和無(wú)保護(hù)環(huán)的(比較)測(cè)量來(lái)獲得，用

所得到的邊緣電容修正其他頻率和溫度下的電容也可滿(mǎn)足精度要求

5. 1.3 構(gòu)成電極的材料

5. 1.3. 1 金屬箔電極

用極少量的硅脂或其他合適的低損耗粘合劑將金屬箔貼在試樣上。金屬箔可以是純錫或鉛，也可

以是這些金屬的合金，其厚度為100 pm，也可使用厚度小于10 I' m的鋁箔。但是，鋁箔在較高溫度

下易形成一層電絕緣的氧化膜，這層氧化膜會(huì)影響測(cè)量結(jié)果，此時(shí)可使用金箔。

5. 1.3.2 燒熔金屬電極

燒熔金屬電極適用于玻璃、云母和陶瓷等材料，銀是普遍使用的，但是在高溫或高濕下，采

5f. }1k.

3.3 噴鍍金屬電極

鋅或銅電極可以噴鍍?cè)谠嚇由希鼈兡苤苯釉诖植诘谋砻嫔铣赡?。這種電極還能?chē)娫诓忌?，因?yàn)樗?/span>

們不穿透非常小的孔眼。

5. 1.3.4 陰極蒸發(fā)或高真空蒸發(fā)金屬電極

假如處理結(jié)果既不改變也不破壞絕緣材料的性能，而且材料承受高真空時(shí)也不過(guò)度逸出氣體，則本

方法是可以采用的。這一類(lèi)電極的邊緣應(yīng)界限分明。

5.1.3.5 汞電極和其他液體金屬電極

把試樣夾在兩塊互相配合好的凹模之間，凹模中充有液體金屬，該液體金屬必須是純凈的。汞電極

不能用于高溫，即使在室溫下用時(shí)，也應(yīng)采取措施，這是因?yàn)樗恼魵馐怯卸镜?/span>

伍德合金和其他低熔點(diǎn)合金能代替汞。但是這些合金通常含有錫,錫象汞一樣，也是毒性元素。這些

合金只有在良好抽風(fēng)的房間或在抽風(fēng)柜中才能用于 100℃以上，且操作人員應(yīng)知道可能產(chǎn)生的健康危害

5.1.3.6 導(dǎo)電漆

無(wú)論是氣干或低溫烘干的高電導(dǎo)率的銀漆都可用作電極材料。因?yàn)榇朔N電極是多孔的，可透過(guò)濕

氣，能使試樣的條件處理在涂上電極后進(jìn)行，對(duì)研究濕度的影響時(shí)特別有用。此種電極的缺點(diǎn)是試樣涂

上銀漆后不能馬上進(jìn)行試驗(yàn)，通常要求 12 h以上的氣干或低溫烘干時(shí)間，以便去除所有的微量溶劑，否

則，溶劑可使電容率和介質(zhì)損耗因數(shù)增加。同時(shí)應(yīng)注意漆中的溶劑對(duì)試樣應(yīng)沒(méi)有持久的影響。

要使用刷漆法做到邊緣界限分明的電極較困難，但使用壓板或壓敏材料遮框噴漆可克服此局限。

但在的頻率下，因銀漆電極的電導(dǎo)率會(huì)非常低，此時(shí)則不能使用。

5.1.3.7 石墨

一般不推薦使用石墨，但是有時(shí)候也可采用，特別是在較低的頻率下。石墨的電阻會(huì)引起損耗的顯

著增大，若采用石墨懸浮液制成電極，則石墨還會(huì)穿透試樣。

5.1.4 電極的選擇

5.1.4.1 板狀試樣

考慮下面兩點(diǎn)很重要:

a) 不加電極，測(cè)量時(shí)快而方便，并可避免由于試樣和電極間的不良接觸而引起的誤差。

b) 若試樣上是加電極的，由測(cè)量試樣厚度 h時(shí)的相對(duì)誤差 △h1h所引起的相對(duì)電容率的相對(duì)誤

差 △。r/:r可由下式得到:

Ef— 試樣浸人所用流體的相對(duì)電容率，對(duì)于在空氣中的測(cè)量則。r等于 to

對(duì)于相對(duì)電容率為 10以上的無(wú)孔材料，可采用沉積金屬電極。對(duì)于這些材料，電極應(yīng)覆蓋在試樣

的整個(gè)表面上，并且不用保護(hù)電極。對(duì)于相對(duì)電容率在 3-10之間的材料，能給出精度的電極是金

屬箔、汞或沉積金屬，選擇這些電極時(shí)要注意適合材料的性能。若厚度的測(cè)量能達(dá)到足夠精度時(shí)，試樣

上不加電極的方法方便而更可取。假如有一種合適的流體，它的相對(duì)電容率已知或者能很準(zhǔn)確地測(cè)出，

則采用流體排出法是。

5. 1.4.2 管狀試樣

對(duì)管狀試樣而言，最合適的電極系統(tǒng)將取決于它的電容率、管壁厚度、直徑和所要求的測(cè)量精度。

一般情況下，電極系統(tǒng)應(yīng)為一個(gè)內(nèi)電極和一個(gè)稍為窄一些的外電極和外電極兩端的保護(hù)電極組成，外電

極和保護(hù)電極之間的間隙應(yīng)比管壁厚度小 對(duì)小直徑和中等直徑的管狀試樣，外表面可加三條箔帶或

沉積金屬帶，中間一條用作為外電極(測(cè)量電極)，兩端各有一條用作保護(hù)電極。內(nèi)電極可用汞，沉積金

屬膜或配合較好的金屬芯軸。

高電容率的管狀試樣，其內(nèi)電極和外電極可以伸展到管狀試樣的全部長(zhǎng)度上，可以不用保護(hù)電極

大直徑的管狀或圓筒形試樣，其電極系統(tǒng)可以是圓形或矩形的搭接，并且只對(duì)管的部分圓周進(jìn)行試

驗(yàn)。這種試樣可按板狀試樣對(duì)待，金屬箔、沉積金屬膜或配合較好的金屬芯軸內(nèi)電極與金屬箔或沉積金

屬膜的外電極和保護(hù)電極一起使用。如采用金屬箔做內(nèi)電極，為 了保證電極和試樣之間的良好接觸，需

在管內(nèi)采用一個(gè)彈性的可膨脹的夾具。

對(duì)于非常準(zhǔn)確的測(cè)量，在厚度的測(cè)量能達(dá)到足夠的精度時(shí)，可采用試樣上不加電極的系統(tǒng)。對(duì)于相

對(duì)電容率 。r不超過(guò) 10的管狀試樣，的電極是用金屬箔、汞或沉積金屬膜。相對(duì)電容率在 10以

上的管狀試樣，應(yīng)采用沉積金屬膜電極;瓷管上可采用燒熔金屬電極。電極可像帶材一樣包覆在管狀試

樣的全部圓周或部分圓周上。

5.2 液體絕緣材料

5.2. 1 試驗(yàn)池的設(shè)計(jì)

對(duì)于低介質(zhì)損耗因數(shù)的待測(cè)液體，電極系統(tǒng)最重要的特點(diǎn)是:容易清洗、再裝配(必要時(shí))和灌注液

體時(shí)不移動(dòng)電極的相對(duì)位置。此外還應(yīng)注意:液體需要量少，電極材料不影響液體，液體也不影響電極

材料，溫度易于控制 ，端點(diǎn)和接線(xiàn)能適當(dāng)?shù)仄帘?支撐電極的絕緣支架應(yīng)不浸沉在液體中，還有，試驗(yàn)池

不應(yīng)含有太短的爬電距離和尖銳的邊緣 ，否則能影響測(cè)量精度

滿(mǎn)足上述要求的試驗(yàn)池見(jiàn)圖2一圖4 電極是不銹鋼的，用硼硅酸鹽玻璃或石英玻璃作絕緣。圖 2

和圖 3所示的試驗(yàn)池也可用作電阻率的測(cè)定，IEC 60247;1978對(duì)此已詳細(xì)敘述

由于有些液體如氯化物，其介質(zhì)損耗因數(shù)與電極材料有明顯的關(guān)系，不銹鋼電極不總是最合適的

有時(shí)，用鋁和杜拉鋁制成的電極能得到比較穩(wěn)定的結(jié)果。

5.2.2 試驗(yàn)池的準(zhǔn)備

應(yīng)用一種或幾種合適的溶劑來(lái)清洗試驗(yàn)池，或用不含有不穩(wěn)定化合物的溶劑多次清洗。可以通過(guò)

化學(xué)試驗(yàn)方法檢查其純度，或通過(guò)一個(gè)已知的低電容率和介質(zhì)損耗因數(shù)的液體試樣測(cè)量的結(jié)果來(lái)確定

當(dāng)試驗(yàn)池試驗(yàn)幾種類(lèi)型的絕緣液體時(shí)，若單獨(dú)使用溶劑不能去除污物，可用一種柔和的擦凈劑和水來(lái)清

潔試驗(yàn)池的表面 若使用一系列溶劑清洗時(shí)則最后要用沸點(diǎn)低于 100℃的分析級(jí)的石油醚來(lái)再次

清洗，或者用任一種對(duì)一個(gè)已知低電容率和介質(zhì)損耗因數(shù)的液體測(cè)量能給出正確值的溶劑來(lái)清洗，并且

這種溶劑在化學(xué)性質(zhì)上與被試液體應(yīng)是相似的。推薦使用下述方法進(jìn)行清洗。

試驗(yàn)池應(yīng)全部拆開(kāi)，地清洗各部件，用溶劑回流的方法或放在未使用溶劑中攪動(dòng)反復(fù)洗滌方法

均可去除各部件上的溶劑并放在清潔的烘箱中，在 110℃左右的溫度下烘十 30 min

待試驗(yàn)池的各部件冷卻到室溫，再重新裝配起來(lái)。池內(nèi)應(yīng)注人一些待試的液體，停幾分鐘后，倒出

此液體再重新倒人待試液體，此時(shí)絕緣支架不應(yīng)被液體弄濕。

在 上述各步驟中，各部件可用干凈的鉤針或鉗子巧妙地處理，以使試驗(yàn)池有效的內(nèi)表面不與手接觸

注 1:在同種質(zhì)量油的常規(guī)試驗(yàn)中，上面所說(shuō)的清洗步驟可以代之為在每一次試驗(yàn)后用沒(méi)有殘留紙屑的千紙簡(jiǎn)單地

擦擦試驗(yàn)池。

注2:采用溶劑時(shí)，有些溶劑特別是苯、四抓化碳、甲苯、二甲苯是有毒的，所以要注意防火及毒性對(duì)人體的影響，此

外，抓化物溶劑受光作用會(huì)分解。

5.2.3 試驗(yàn)池的校正

當(dāng)需要高精度測(cè)定液體電介質(zhì)的相對(duì)電容率時(shí)，應(yīng)首先用一種已知相對(duì)電容率的校正液體(如苯)

來(lái)測(cè)定“電極常數(shù)” 。

“電極常數(shù)”C。的確定按式(14):

來(lái)計(jì)算液體未知相對(duì)電容率EX o

式中:

= Co一 C

_CX一Cg

C

··.··.··.····················。··。。。(16)

Cg— 校正電容;

Co— 空氣中電極裝置的電容;

C— 電極常數(shù);

CX— 電極裝置充有被試液體時(shí)的電容;

Ex— 液體的相對(duì)電容率。

假如 Co I C。和 Cx值是在:。是已知的某一相同溫度下測(cè)定的，則可求得精度的。x值。

采用上述方法測(cè)定液體電介質(zhì)的相對(duì)電容率時(shí)，可保證其測(cè)得結(jié)果有足夠的精度，因?yàn)樗擞?/span>

于寄生電容或電極間隙數(shù)值的不準(zhǔn)確測(cè)量所引起的誤差。

6 測(cè)f方法的選擇

測(cè)量電容率和介質(zhì)損耗因數(shù)的方法可分成兩種:零點(diǎn)指示法和諧振法。

6.1 零點(diǎn)指示法適用于頻率不超過(guò)50 MHz時(shí)的測(cè)量。測(cè)量電容率和介質(zhì)損耗因數(shù)可用替代法;也就

是在接人試樣和不接試樣兩種狀態(tài)下，調(diào)節(jié)回路的一個(gè)臂使電橋平衡。通?；芈凡捎梦髁蛛姌?、變壓器

電橋(也就是互感藕合比例臂電橋)和并聯(lián) T型網(wǎng)絡(luò)。變壓器電橋的優(yōu)點(diǎn):采用保護(hù)電極不需任何外加

附件或過(guò)多操作，就可采用保護(hù)電極;它沒(méi)有其他網(wǎng)絡(luò)的缺點(diǎn)。

6.2 諧振法適用于10 kHz一幾百M(fèi)Hz的頻率范圍內(nèi)的測(cè)量。該方法為替代法測(cè)量，常用的是變電抗

法。但該方法不適合采用保護(hù)電極。

注:典型的電橋和電路示例見(jiàn)附錄。附錄中所舉的例子自然是不全面的，敘述電橋和側(cè)量方法報(bào)導(dǎo)見(jiàn)有關(guān)文獻(xiàn)和

該種儀器的原理說(shuō)明書(shū)

7 試驗(yàn)步驟

7. 1 試樣的制備

試樣應(yīng)從固體材料上截取，為了滿(mǎn)足要求，應(yīng)按相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)方法的要求來(lái)制備。

應(yīng)精確地測(cè)量厚度，使偏差在士(0. 2%士。.005 mm)以?xún)?nèi)，測(cè)量點(diǎn)應(yīng)均勻地分布在試樣表面。必要

時(shí)，應(yīng)測(cè)其有效面積。

7.2 條件處理

條件處理應(yīng)按相關(guān)規(guī)范規(guī)定進(jìn)行。

7.3 測(cè)f

電氣測(cè)量按本標(biāo)準(zhǔn)或所使用的儀器(電橋)制造商推薦的標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)的方法進(jìn)行。

在 1 MHz或更高頻率下，必須減小接線(xiàn)的電感對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。此時(shí)，可采用同軸接線(xiàn)系統(tǒng)(見(jiàn)

圖 1所示)，當(dāng)用變電抗法測(cè)量時(shí)，應(yīng)提供一個(gè)固定微調(diào)電容器。

8 結(jié)果

8.1 相對(duì)電容率 E,

試樣加有保護(hù)電極時(shí)其相對(duì)電容率。r可按公式(1)計(jì)算，沒(méi)有保護(hù)電極時(shí)試樣的被測(cè)電容Cl, 包括

了一個(gè)微小的邊緣電容 Ce，其相對(duì)電容率為:

公 式 中:

E,— 相對(duì)電容率;

Cl,— 沒(méi)有保護(hù)電極時(shí)試樣的電容;

C,— 邊緣電容;

Co—

法向極間電容;

Co和 C。能從表 1計(jì)算得來(lái)。

必要時(shí)應(yīng)對(duì)試樣的對(duì)地電容、開(kāi)關(guān)觸頭之間的電容及等值串聯(lián)和并聯(lián)電容之間的差值進(jìn)行校正。

測(cè)微計(jì)電極間或不接觸電極間被測(cè)試樣的相對(duì)電容率可按表 2、表 3中相應(yīng)的公式計(jì)算得來(lái)。

8.2 介質(zhì)損耗因數(shù) tan8

介質(zhì)損耗因數(shù) tans按照所用的測(cè)量裝置給定的公式，根據(jù)測(cè)出的數(shù)值來(lái)計(jì)算。

8.3 精度要求

在第5章和附錄 A中所規(guī)定的精度是:電容率精度為士1%，介質(zhì)損耗因數(shù)的精度為士(5%士

0.000 5)。這些精度至少取決于三個(gè)因素:即電容和介質(zhì)損耗因數(shù)的實(shí)測(cè)精度;所用電極裝置引起的這

些量的校正精度;極間法向真空電容的計(jì)算精度(見(jiàn)表 1).

在較低頻率下，電容的測(cè)量精度能達(dá)士(0. 1%士。02 pF)，介質(zhì)損耗因數(shù)的測(cè)量精度能達(dá)士(2%士

0.000 05)。在較高頻率下，其誤差增大，電容的測(cè)量精度為士(0. 5%士0. 1 pF)，介質(zhì)損耗因數(shù)的測(cè)量

精度為士(2%土。.000 2).

對(duì)于帶有保護(hù)電極的試樣，其測(cè)量精度只考慮極間法向真空電容時(shí)有計(jì)算誤差。但由被保護(hù)電極

和保護(hù)電極之間的間隙太寬而引起的誤差通常大到百分之零點(diǎn)幾，而校正只能計(jì)算到其本身值的百分

之幾。如果試樣厚度的測(cè)量能精確到士。.005 mm，則對(duì)平均厚度為 1. 6 mm的試樣，其厚度測(cè)量誤差

能達(dá)到百分之零點(diǎn)幾。圓形試樣的直徑能測(cè)定到士0. 1%的精度，但它是以平方的形式引人誤差的，綜

合這些因素，極間法向真空電容的測(cè)量誤差為10.5%e

對(duì)表面加有電極的試樣的電容，若采用測(cè)微計(jì)電極測(cè)量時(shí)，只要試樣直徑比測(cè)微計(jì)電極足夠小，則

只需要進(jìn)行極間法向電容的修正。采用其他的一些方法來(lái)測(cè)量?jī)呻姌O試樣時(shí)，邊緣電容和對(duì)地電容的

計(jì)算將帶來(lái)一些誤差，因?yàn)樗鼈兊恼`差都可達(dá)到試樣電容的2%-40%。根據(jù)目前有關(guān)這些電容資料，

計(jì)算邊緣電容的誤差為 10%，計(jì)算對(duì)地電容的誤差為25 。因此帶來(lái)總的誤差是百分之幾十到百分之

幾。當(dāng)電極不接地時(shí)，對(duì)地電容誤差可大大減小。

采用測(cè)微計(jì)電極時(shí)，數(shù)量級(jí)是。.03的介質(zhì)損耗因數(shù)可測(cè)到真值的士0.000 3，數(shù)量級(jí)0.000 2的介質(zhì)損耗因數(shù)可測(cè)到真值的士。.000 05。介質(zhì)損耗因數(shù)的范圍通常是。.000 1-0. 1，但也可擴(kuò)展到。.1

以上。頻率在10 MH:和20 MHz之間時(shí)，有可能檢測(cè)出。.00002的介質(zhì)損耗因數(shù)。1-5的相對(duì)電容

率可測(cè)到其真值的士20o，該精度不僅受到計(jì)算極間法向真空電容測(cè)量精度的限制，也受到測(cè)微計(jì)電極

系統(tǒng)誤差的限制。

9 試驗(yàn)報(bào)告

試驗(yàn)報(bào)告中應(yīng)給出下列相關(guān)內(nèi)容:

絕緣材料的型號(hào)名稱(chēng)及種類(lèi)、供貨形式、取樣方法、試樣的形狀及尺寸和取樣 日期(并注明試樣厚度

和試樣在與電極接觸的表面進(jìn)行處理的情況);

試樣條件處理的方法和處理時(shí)間;

電極裝置類(lèi)型，若有加在試樣上的電極應(yīng)注明其類(lèi)型;

測(cè)量?jī)x器;

試驗(yàn)時(shí)的溫度和相對(duì)濕度以及試樣的溫度;

施加的電壓;

施加的頻率;

相對(duì)電容率。r(平均值);

介質(zhì)損耗因數(shù) tans(平均值);

試驗(yàn) 日期 ;

相對(duì)電容率和介質(zhì)損耗因數(shù)值以及由它們計(jì)算得到的值如損耗指數(shù)和損耗角，必要時(shí)，應(yīng)給出與溫

度和頻率的關(guān)系。

試樣的相對(duì)電容率:

其 中 

C,— 電極之間被測(cè)的電容;

In一一 自然對(duì)數(shù);

Ig一一常用對(duì)數(shù)

附錄A

(資料性附錄)

儀器

A.1西林電橋

A.1.1概述

西林電橋是測(cè)量電容率和介質(zhì)擔(dān)耗因數(shù)的的裝置。它可使用從低于工頻(50 Hz-60 Hz)直至100kHz的頻率范圍,通常測(cè)定50 pF~1 000 pF的電容(試樣或被試設(shè)備通常所具有的電容)。

這是一個(gè)四臂回路(圖A.1)。其中兩個(gè)臂主要是電容(未知電容Cx和一個(gè)無(wú)損耗電容Cx)。另外兩臂(通常稱(chēng)之為測(cè)量臂)由無(wú)感電阻R:和R:組成,電阻R:在未知電容Cx的對(duì)邊上,測(cè)量臂至少被一個(gè)電容C分流，一般地說(shuō)，電容C和兩個(gè)電阻R;和R:中的一個(gè)是可調(diào)的。

如果采用電阻R9和(純)電容Cs的申聯(lián)等值回路來(lái)表示電容Cx,則圖A.1所示的電橋平衡時(shí)導(dǎo)出

9=c.

.-..…. ... .…. ..- -…-…--------------(A.1)

和tan?g - =C,R。- wC,R:如果電阻R:被一個(gè)電容C分流,則tanò的公式變?yōu)?

--- --- ... ...-...== ...… …**(A, 2 )

tandy= wC;R:-≈C,R:--------. --- .…+…--…-(A. 3 )

50Ha時(shí)的阻抗為60MΩ~3 Mn,在100kHz時(shí)的阻抗為3000 0~1500.頻率為100kHz時(shí),橋的四個(gè)臂容易有相同數(shù)量級(jí)的阻抗,而在50Hz-60Hz的頻率范圍內(nèi)則是

由于頻豐范圍的不同,實(shí)際上電橋構(gòu)造會(huì)有明量的不同。例如一個(gè)50 pF~1000 pF的電容在

不可能的。因此,出現(xiàn)了低頻和(相對(duì))高頻兩種不同形式的電橋。

一般為高壓電橋,這不僅是由于靈敏度的緣故,也因?yàn)樵诘皖l下正是高電壓技術(shù)特別對(duì)電介質(zhì)損耗關(guān)注的問(wèn)題，電容臂和測(cè)量臂兩者的阻抗大小在數(shù)量級(jí)上相差很多,結(jié)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(dāng)?shù)蛪涸?duì)高壓元件屏蔽時(shí)才成立。同時(shí),屏蔽必須接地,以保證平衡穩(wěn)定。如圖A.2所示。阱蔽與使用被保護(hù)的電容C.和C、是一

A.1.2低頻電橋

致的,這個(gè)保護(hù)對(duì)于C來(lái)說(shuō)是的，

由于選擇不同的接地方法,實(shí)際上形成了兩類(lèi)電橋,

A.1.2.1 帶屏蔽的簡(jiǎn)單酉林電橋

橋的B點(diǎn)(在測(cè)量臂邊的電源接線(xiàn)端子)與屏蔽相連并接地，

屏蔽能很好地起到防護(hù)高壓邊影響的作用,但是增加了屏蔽與樓到測(cè)量臂接線(xiàn)端M和N的各根導(dǎo)線(xiàn)之間電容,此電容承受跨接測(cè)量臂兩酶的電壓，這樣會(huì)引人一個(gè)通意使tand的側(cè)量精皮限于9.1%數(shù)量級(jí)的誤差,當(dāng)電容C、和Cx不平衡時(shí)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(cè)量臂接線(xiàn)端與屏蔽電位相等的方法。這種方法是通過(guò)使用外接輔助橋臂Za.Ze(瓦格納接地電路),并使這兩個(gè)輔助橋臂的中間點(diǎn)P接到屏蔽并接地，調(diào)節(jié)輔助橋臂(實(shí)際為Za)以使在 Z。和Z。上的電壓分別與電橋的電容臂和測(cè)量臂兩端的電壓相等。顯然,這個(gè)解決方法包括兩個(gè)橋即主橋AMNB和輔橋AMPB(或ANPB)同時(shí)平衡。通過(guò)檢測(cè)器從一個(gè)橋轉(zhuǎn)換到另一個(gè)橋逐次地道近平衡面最終達(dá)到二者平衡。用這種方法精度可以提高一個(gè)數(shù)量級(jí),這時(shí),實(shí)際上該精度只決定于電橋元件的精密度。

必須指出，只有當(dāng)電源的兩端可以對(duì)地絕緣時(shí)才使用上述特殊的解決方法。如果不可能對(duì)地絕緣，

則必須使用更復(fù)雜的裝置(雙屏蔽電橋)

A.1.3 高頻西林電橋

這種電橋通常在中等的電壓下工作，是比較靈活方便的一種電橋;通常電容 CN是可變的(在高壓

電橋中電容 C、通常是固定的)，比較容易采用替代法。

由于不期望電容的影響隨頻率的增加而增加，因此仍可有效使用屏蔽和瓦格納接地線(xiàn)路

A. 1. 4 關(guān)于檢測(cè)器的說(shuō)明

當(dāng)西林電橋的 B點(diǎn)接地時(shí)，必須避免檢測(cè)器的不對(duì)稱(chēng)輸人(這在電子設(shè)備中是常有的)。

然而這樣的檢測(cè)器只要接地輸人端總是連接于 P點(diǎn)，就能與裝有瓦格納接地線(xiàn)路的電橋一起

使用

A.2 變壓器電橋(電感比例臂電橋)

A. 2. 1 概述

這種電橋的原理比西林電橋簡(jiǎn)單。其結(jié)構(gòu)原理見(jiàn)圖 A. 3.

當(dāng)電橋平衡時(shí)，復(fù)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(dǎo)出 Zx。在理想電橋中比例 U, /U:是一個(gè)系數(shù) K，這樣 ZK - KZH

實(shí)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(yōu)點(diǎn)，它允許將屏蔽和保護(hù)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(shù)十 MHz的頻率范圍內(nèi)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(jié)構(gòu)也不相同

A.2.2 低頻電橋

通常是一個(gè)高壓電橋(更精密，電壓 U，是高壓，U:是中壓)，這種電橋的技術(shù)與變壓器的技術(shù)有關(guān)。

可采用兩類(lèi)電源:

l 電源電壓直接加到一個(gè)繞組上，另一個(gè)繞組則起變壓器次級(jí)繞組的作用。

2) 將電源加到初級(jí)繞組上(見(jiàn)圖 A. 3 )，而電橋的兩個(gè)繞組是由兩個(gè)分開(kāi)的次級(jí)線(xiàn)路組成或是由

一個(gè)帶有中間抽頭能使獲得電壓U,和U 的次級(jí)繞組組成

與所有的測(cè)量變壓器一樣，電橋存在誤差(矢量比U, /U:與其理論值之間的差) 這種誤差隨負(fù)載

而變化

尤其是 U 和 U2之間的相位差，它會(huì)直接影響 tans的測(cè)量值。

因此，必須對(duì)電橋進(jìn)行校正，這可以用一個(gè)無(wú)損耗電容 CN(與在西林電橋中使用的相似)代替 Z、進(jìn)

行。如果 C、與 Cx的值相同.這實(shí)際上是替代法，測(cè)試前應(yīng)校正。但由于 C、很少是可調(diào)的，因此負(fù)載

的變化對(duì) Cx不再有效。電橋在恒定負(fù)載下工作是可能的，如圖A.4所示:當(dāng)測(cè)量 CN時(shí)，用一個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)

關(guān)把 CX接地，反之亦然。這時(shí)對(duì)于高壓繞組來(lái)說(shuō)兩個(gè)負(fù)載的總和是恒定的。(嚴(yán)格地說(shuō)，低壓邊也應(yīng)

該用一個(gè)相似的裝置，但由于連在低壓邊的負(fù)載很小，盡管采用這樣處理很容易，但意義小。)

另外，若用并聯(lián)在電壓 IJ上的一個(gè)純電容 C、校正時(shí)，承受電壓U2的測(cè)量阻抗 ZM組成如下:

) 如果 U:和U,是同相的(理想情況)，則用一個(gè)純電容 CM組成。

2) 如果 U:超前 U,，則用一個(gè)電容 C 和一個(gè)電阻 R 組成

3) 如果Ue滯后于U,，則電阻Rte,應(yīng)變成負(fù)的 這就是說(shuō)，為了重新建立平衡必須在 U,一邊并

人一個(gè)電阻形成電流分量。其實(shí)并不存在適用于高壓的可調(diào)高電阻，因此通常阻性電流分量

是用一個(gè)輔助繞組來(lái)獲得的，這個(gè)輔助繞組提供一個(gè)與U,同相的低電壓 U3(圖A. 5 )

注:不可在蛛 匕串接 一個(gè)電阻 因?yàn)槿绻麑㈦娮杞釉陔娙萜骱竺鏁?huì)破壞 C,,測(cè)量極和保護(hù)極間的等電位;如果將

電阻接到 C、前面的高壓導(dǎo)線(xiàn)上，則電阻(內(nèi))電流也將包括保護(hù)電路的電流，這就可能無(wú)法校正

這些論述同樣適用于上述第二種情況的電阻R} 但在低壓邊容易將三個(gè)電阻R R:和側(cè)以星形聯(lián)接來(lái)

得到一個(gè)與電容并聯(lián)的可調(diào)高值電阻。如圖 八.5下面的虛線(xiàn)所示。這時(shí)有

RM一R, +R,+贊

但是，可調(diào)側(cè)量電容 C}必須是純電容性的或已知其損耗低(在西林電橋中的測(cè)量電容C:不需滿(mǎn)足這些苛刻要

求)。

A.2.3 高頻電橋

上面的一些敘述也同樣適用于高頻電橋。但由于它不再是一個(gè)高壓電橋，因此承受電壓 U，的臂

能容易地引人可調(diào)元件;替代法在此適用

還應(yīng)指出，帶有分開(kāi)的初級(jí)繞組的電橋允許電源和檢測(cè)器互換位置。其平衡與在次級(jí)繞組中對(duì)應(yīng)

的安匝數(shù)的補(bǔ)償相符

A.2.4 關(guān)于檢測(cè)器的說(shuō)明

由于測(cè)量臂的一端接地的，因此不必要使用對(duì)稱(chēng)輸人的檢測(cè)器

A.3 并聯(lián) T型網(wǎng)絡(luò)

在并聯(lián) T型網(wǎng)絡(luò)橋路中，從振蕩器經(jīng)過(guò)兩個(gè) T形網(wǎng)絡(luò)流向檢測(cè)器的兩股電流在檢測(cè)器輸人處是大

小相等而方向相反的。在這個(gè)電路中，振蕩器和檢測(cè)器都能有一端接地;且在有些可能電路中試樣和用

于平衡的每一個(gè)可變?cè)灿幸欢私拥亍?/span>

理如圖 A.7所示。這種電路的平衡條件如下(在開(kāi)路的 X,X端子之間)。

實(shí)際上是將一個(gè)可變電容器接到 X,X端，且其電容 Cv和它的電導(dǎo)改變了L和RF的表觀值，使電

路達(dá)到平衡;然后再將試樣接到 X,X端，通過(guò)調(diào)節(jié)電容 Cv和C*恢復(fù)電橋平衡。

此時(shí) :

試樣電容等于 Cv的減少量 Acv;

試樣的電導(dǎo) G:

3) 試樣的損耗因數(shù) tans;

在 50 kHz到50 MHz的頻率范圍內(nèi)能方便地設(shè)計(jì)這種網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)也容易有效地屏蔽。但其缺

點(diǎn)是平衡隨頻率的變化太靈敏，以致于電源頻率的諧波很不平衡。為了能拓寬頻率范圍，必須改變或換

接電橋元件，在較高頻率下接線(xiàn)和開(kāi)關(guān)阻抗(若使用開(kāi)關(guān)時(shí))會(huì)引人很大的誤差。

A. 4 諧振法(Q表法)

諧振法或 Q表法是在 10 kHz到 260 MHz的頻率范圍內(nèi)使用。它的原理是基于在一個(gè)諧振電路

中感應(yīng)一個(gè)已知的弱小電壓時(shí)，測(cè)量在該電路出現(xiàn)的電壓。圖 A. 8表示這種電路的常用形式，在線(xiàn)路

中通過(guò)一個(gè)共用電阻 R將諧振電路藕合到振蕩器上，也可用其他的禍合方法。

操作程序是在規(guī)定的頻率下將輸人電壓或電流調(diào)節(jié)到一個(gè)已知值，然后調(diào)節(jié)諧振電路達(dá)到大諧

振，觀察此時(shí)的電壓Uo 然后將試樣接到相應(yīng)的接線(xiàn)端上，再調(diào)節(jié)可變電容器使電路重新諧振，觀察新

的電壓 U 的值。

在接人試樣并重新調(diào)節(jié)線(xiàn)路時(shí)，只要R, G<Q 見(jiàn)圖A. 8 )其總電容幾乎保持不變。試樣電容近似于

AC，即是可變電容器電容的變化量

試樣的損耗因數(shù)近似為:

電路中的總電容，包括電壓表以及電感線(xiàn)圈本身的電容;

分別為有無(wú)試樣聯(lián)接時(shí)的 Q值 。

測(cè)量誤差主要來(lái)自?xún)膳_(tái)指示器的標(biāo)定刻度以及在連線(xiàn)中尤其是在可變電容器和試樣的連線(xiàn)中所引

人的阻抗。對(duì)于高的損耗因數(shù)值，R, G<< 1的條件可能不成立，此時(shí)上面引出的近似公式不成立。

A.5 變電納法(變電抗法)

圖 1所示的測(cè)微計(jì)電極系統(tǒng)是哈特遜(Haztsh。二)改進(jìn)的，被用于消除在高頻下因接線(xiàn)和測(cè)量電容

器的串聯(lián)電感和串聯(lián)電阻對(duì)測(cè)量值產(chǎn)生的誤差。在這樣的系統(tǒng)中，是由于在測(cè)微電極中使用了一個(gè)與

試樣連接的同軸回路，不管試樣在不在電路中，電路中的電感和電阻總是相對(duì)地保持恒定。夾在兩電極

之間的試樣，其尺寸與電極尺寸相同或小于電極尺寸。除非試樣表面和電極表面磨得很平整，否則在試

樣放到電極系統(tǒng)里之前，必須在試樣上貼一片金屬箔或類(lèi)似的電極材料。在試樣抽出后，調(diào)節(jié)測(cè)微計(jì)電

極，使電極系統(tǒng)得到同樣的電容。

按電容變化仔細(xì)校正測(cè)微計(jì)電極系統(tǒng)后，使用時(shí)則不需要校正邊緣電容、對(duì)地電容和接線(xiàn)電容。其

缺點(diǎn)是電容校正沒(méi)有常規(guī)的可變多層平板電容器那么精密且同樣不能直接讀數(shù)。

在低于 1MHz的頻率下，可忽略接線(xiàn)的串聯(lián)電感和電阻的影響，測(cè)微計(jì)電極的電容校正可用與測(cè)

微計(jì)電極系統(tǒng)并聯(lián)的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電容器的電容來(lái)校正

在接和未接試樣時(shí)電容的變化量是通過(guò)這個(gè)電容器來(lái)測(cè)得。

在測(cè)微計(jì)電極中，次要的誤差來(lái)源于電容校正時(shí)所包含的電極的邊緣電容，此邊緣電容是由于插人

一個(gè)與電極直徑相同的試樣而稍微有所變化。實(shí)際上只要試樣直徑比電極直徑小 2倍試樣厚度，就可

消除這種誤差

首先將試樣放在測(cè)微計(jì)電極間并調(diào)節(jié)測(cè)量電路參數(shù)。然后取出試樣，調(diào)節(jié)測(cè)微計(jì)電極間距或重新

調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)電容器來(lái)使電路的總電容回到初始值。

按表 2計(jì)算試樣電容 CP。

損耗因數(shù)為: 式中:

AC— 接人試樣后，在諧振的兩側(cè)當(dāng)檢測(cè)器輸人電壓等于諧振電壓的抓習(xí)2時(shí)可變電容器M,

(圖 ”的兩個(gè)電容讀數(shù)之差

AC— 在除去試樣后與上述相同情況下的兩電容讀數(shù)差。

值得注意的是在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中試驗(yàn)頻率應(yīng)保持不變。

注:貼在試樣上的電極的電阻在高頻下會(huì)變得相當(dāng)大，如果試樣不平整或厚度不均勻，將會(huì)引起試樣損耗因數(shù)的明

顯增加。這種變得明顯起來(lái)的頻率效應(yīng)，取決于試樣表面的平整度，該頻率也可低到 10 MHz,因此，必須在

10 MHz及更高的頻率下，且沒(méi)有貼電極的試樣上做電容的損耗因數(shù)的附加側(cè)量。假設(shè) Cw和 tan丙 為不貼電

極的試樣的電容和損耗因數(shù)，則計(jì)算公式為:

A.6 屏蔽

在一個(gè)線(xiàn)路兩點(diǎn)之間的接地屏蔽，可消除這兩點(diǎn)之間的所有的電容，而被這兩個(gè)點(diǎn)的對(duì)地電容所代

替。因此，導(dǎo)線(xiàn)屏蔽和元件屏蔽可任意運(yùn)用在那些各點(diǎn)對(duì)地的電容并不重要的線(xiàn)路中;變壓器電橋和帶

有瓦格納接地裝置的西林電橋都是這種類(lèi)型的電路

從另一方面來(lái)說(shuō)，在采用替代法電橋里，在不管有沒(méi)有試樣均保持不變的線(xiàn)路部分是不需要屏

蔽的。

實(shí)際上，在電路中將試樣、檢測(cè)器和振蕩器的連線(xiàn)屏蔽起來(lái)。并盡可能將儀器封裝在金屬屏蔽里，

可以防止觀察者的身體(可能不是地電位或不固定)與電路元件之間的電容變化。

對(duì)于 100 kHz數(shù)量級(jí)或更高的頻率，連線(xiàn)應(yīng)可能短而粗，以減小自感和互感;通常在這樣的頻率下

即使一個(gè)很短的導(dǎo)線(xiàn)其阻抗也是相當(dāng)大的，因此若有幾根導(dǎo)線(xiàn)需要連接在一起，則這些導(dǎo)線(xiàn)應(yīng)盡可能的

連接于一點(diǎn)。

如果使用一個(gè)開(kāi)關(guān)將試樣從電路上脫開(kāi)，開(kāi)關(guān)在打開(kāi)時(shí)它的兩個(gè)觸點(diǎn)之間的電容必須不引人測(cè)量

誤差。在三電極測(cè)量系統(tǒng)中，要做到這點(diǎn)，可以在兩個(gè)觸點(diǎn)間接人一個(gè)接地屏蔽，或是用兩個(gè)開(kāi)關(guān)串聯(lián)，

當(dāng)這兩個(gè)開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，將它們之間的連線(xiàn)接地，或?qū)⒉唤拥厍姨幱跀嚅_(kāi)狀態(tài)的電極接地。

A. 7 電橋的振蕩器和檢測(cè)器

A. 7. 1 交流電壓源

滿(mǎn)足總諧波分量小于 1%的電壓和電流的任一電壓源。

A. 7. 2 檢測(cè)器

下列各類(lèi)檢測(cè)器均可使用，并可以帶一個(gè)放大器以增加靈敏度:

1) 電話(huà)(如需要可帶變頻器);

2) 電子電壓表或波分析器;

3) 陰極射線(xiàn)示波器;

4) “電眼”調(diào)節(jié)指示器;

5) 振動(dòng)檢流計(jì)(僅用于低頻)。

在電橋和檢測(cè)器中間需加一個(gè)變壓器，用它來(lái)匹配阻抗或者因?yàn)殡姌虻囊惠敵龆诵杞拥?/span>

諧波可能會(huì)掩蓋或改變平衡點(diǎn)，調(diào)節(jié)放大器或引人一個(gè)低通濾波器可防止該現(xiàn)象 對(duì)測(cè)量頻率的

二次諧波有 40 dB的分辨率是合適的