引言

在電工絕緣、電子元器件、新能源電容、電力裝備行業(yè)，各類塑料薄膜是十分關(guān)鍵的絕緣介質(zhì)材料。聚丙烯薄膜、聚酯薄膜、聚酰亞胺薄膜、聚四氟乙烯薄膜、PVC絕緣薄膜、改性復(fù)合高分子薄膜，大量應(yīng)用于電力電容器、電子絕緣隔離層、電機(jī)絕緣、柔性電路板基材等產(chǎn)品當(dāng)中。塑料薄膜的相對介電常數(shù)、介質(zhì)損耗因數(shù)（tanδ），是衡量薄膜極化儲能特性與電能熱損耗水平的兩項核心指標(biāo)，直接關(guān)系下游產(chǎn)品運(yùn)行穩(wěn)定性、能量損耗水平以及長期老化服役表現(xiàn)。

塑料薄膜大多屬于薄型試樣，厚度普遍處在微米到毫米區(qū)間，試樣容易受到環(huán)境溫濕度、表面雜質(zhì)、厚度不均勻、邊緣效應(yīng)等多重因素干擾，對檢測儀器的抗干擾能力、電壓輸出穩(wěn)定性、微弱信號采集水平都提出較高要求。如果測試過程外界工頻電磁干擾大，容易造成電容、介損讀數(shù)漂移，會直接降低試驗(yàn)數(shù)據(jù)的重復(fù)性，給材料配方比對、工藝優(yōu)化、來料檢驗(yàn)帶來困擾。

薄膜塑料介電常數(shù)檢測儀BQS?13，屬于實(shí)驗(yàn)室專用自動抗干擾精密介損電橋，采用變頻電源技術(shù)，依托單片機(jī)數(shù)字化處理架構(gòu)，完成薄膜塑料以及各類固體絕緣材料、部分液體絕緣介質(zhì)的電容量Cx、介質(zhì)損耗因數(shù)tgδ、相對介電常數(shù)εr的測量工作。設(shè)備可以在工頻交變高壓條件下開展測試，模擬薄膜材料實(shí)際工況電場環(huán)境，區(qū)別于普通小信號阻抗分析儀，高壓條件更貼近電工薄膜實(shí)際服役電場水平，獲取的試驗(yàn)數(shù)據(jù)更能夠反映材料真實(shí)使用狀態(tài)下的介電表現(xiàn)。該檢測設(shè)備可以適配新材料研發(fā)配方篩選、生產(chǎn)制程質(zhì)量管控、入廠來料檢驗(yàn)、成品型式試驗(yàn)、第三方委托檢測、高?？蒲姓n題測試等多元化應(yīng)用場景，為高分子薄膜材料介電性能評價提供硬件支撐。

一、設(shè)備對應(yīng)執(zhí)行檢測標(biāo)準(zhǔn)

薄膜塑料介電常數(shù)檢測儀BQS?13設(shè)備整體設(shè)計開發(fā)參考國內(nèi)多項絕緣材料介電性能測試標(biāo)準(zhǔn)，適配塑料薄膜類試樣的檢測規(guī)范，為檢測工作提供標(biāo)準(zhǔn)層面的依據(jù)支撐。 GB/T 1409?2006《測量電氣絕緣材料在工頻、音頻、高頻（包括米波波長在內(nèi)）下電容率和介質(zhì)損耗因數(shù)的推薦方法》，是固體絕緣塑料薄膜開展相對介電常數(shù)、介質(zhì)損耗因數(shù)測試的基礎(chǔ)通用國標(biāo)，對試樣預(yù)處理、電極選型、三電極系統(tǒng)使用、測試環(huán)境條件、試驗(yàn)電壓選擇、數(shù)據(jù)計算處理、邊緣效應(yīng)修正都給出完整的流程指引，絕大多數(shù)電工塑料薄膜工頻介電性能檢測均以此標(biāo)準(zhǔn)作為主要執(zhí)行依據(jù)。 GB 5654標(biāo)準(zhǔn)，針對液體絕緣材料相對電容率、介質(zhì)損耗因數(shù)測量做出規(guī)范，當(dāng)需要測試浸漬薄膜使用的絕緣浸漬液體介質(zhì)時，可以采用該標(biāo)準(zhǔn)開展配套檢測工作。 GB/T 1693標(biāo)準(zhǔn)，適用于硫化橡膠類絕緣介質(zhì)的介電性能測試，部分橡膠改性塑料薄膜可以參照該標(biāo)準(zhǔn)完成對比測試。 除國內(nèi)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)之外，設(shè)備的測試邏輯也可對標(biāo)部分國際測試規(guī)范，方便面向出口類薄膜產(chǎn)品開展檢測工作，滿足多維度標(biāo)準(zhǔn)化檢測需求。

二、測試基礎(chǔ)原理簡述

相對介電常數(shù)表征電介質(zhì)在交變電場之下儲存電荷的能力，介質(zhì)損耗因數(shù)表征電介質(zhì)在交變電場作用下，電能轉(zhuǎn)化成為熱能產(chǎn)生損耗的程度，兩項參數(shù)共同評價塑料薄膜介電性能表現(xiàn)。

平板電極測試模式下，將平整的塑料薄膜試樣放置在測試三電極中間，構(gòu)成平板電容器結(jié)構(gòu)。在交變高壓電場作用之下，薄膜介質(zhì)內(nèi)部會發(fā)生電子極化、原子極化、偶極取向極化等多種極化行為。儀器采集回路當(dāng)中的電容信號與損耗信號，得到試樣等效電容量Cx以及介質(zhì)損耗因數(shù)tgδ。結(jié)合已經(jīng)精確測量的薄膜試樣厚度、電極有效面積，通過公式換算計算得到試樣相對介電常數(shù)εr。

在工頻高壓測試環(huán)境，除材料本身固有介電響應(yīng)之外，外界環(huán)境會引入電磁干擾信號。普通電橋測量模式下，現(xiàn)場的工頻諧波干擾會疊加進(jìn)被測微弱信號，造成讀數(shù)漂移。該設(shè)備搭載變頻抗干擾架構(gòu)，可在40?70Hz區(qū)間自動完成頻率變換，避開現(xiàn)場固定頻率的電磁干擾，過濾外界耦合進(jìn)來的干擾分量，提升復(fù)雜電磁環(huán)境下測試結(jié)果的穩(wěn)定程度。

針對薄型塑料薄膜試樣，測試時一般選用三電極測試夾具，三電極包含高壓電極、測量電極、保護(hù)電極，保護(hù)電極可以抑制試樣邊緣的邊緣效應(yīng)，消除邊緣雜散電容帶來的測量誤差，提升薄薄膜試樣電容測量準(zhǔn)確度。對于不同厚度、不同材質(zhì)塑料薄膜，需要匹配合理的試驗(yàn)電壓，電壓選擇既要模擬實(shí)際工況電場強(qiáng)度，同時又不能超過薄膜擊穿場強(qiáng)，避免測試過程試樣發(fā)生擊穿損壞。

環(huán)境條件對于塑料薄膜介電參數(shù)會產(chǎn)生明顯影響，濕度升高，部分極性高分子薄膜會吸附空氣中水分，水的介電數(shù)值遠(yuǎn)高于普通高分子材料，會直接抬升測得的介電常數(shù)與介質(zhì)損耗；溫度變化會改變高分子鏈段運(yùn)動能力，進(jìn)而改變偶極子極化響應(yīng)程度，最終影響測試結(jié)果，所以正式試驗(yàn)之前，薄膜試樣需要按照標(biāo)準(zhǔn)完成恒溫恒濕預(yù)處理，保障不同批次試樣測試條件統(tǒng)一。

三、BQS?13性能參數(shù)

準(zhǔn)確度: Cx: ±( 讀數(shù) × 0.5 %+0.5 pF ) tgδ: ±(讀數(shù)×0.5%+0.00005) 分辨率0.000001 ε: ±0.5% 抗干擾指標(biāo): 變頻抗干擾(40?70Hz),輸入電流5A 內(nèi)置10KV 測試電壓輸出,可調(diào)分辨率1V 電容量范圍: 內(nèi)施高壓:3pF60000pF/10kV 60pF1μF/0.5kV 外施高壓:3pF1.5μF/10kV 60pF30μF/0.5kV 外接量程擴(kuò)展器時可以測試幾千安培下高壓電器的介損值 分辨率: 0.001pF,4 位有效數(shù)字 計算機(jī)接口: 標(biāo)準(zhǔn)RS232 接口 外形尺寸:8U標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱 儀器重量:25kg

四、整機(jī)硬件系統(tǒng)組成與硬件功能說明

BQS?13介電常數(shù)檢測儀整機(jī)由多個功能單元協(xié)同組成，包含變頻電源單元、高壓輸出模塊、單片機(jī)運(yùn)算處理單元、信號采集模塊、人機(jī)交互彩屏顯示單元、高壓保護(hù)回路、三電極測試夾具接口、RS232數(shù)據(jù)通訊接口、機(jī)箱主體結(jié)構(gòu)，整套硬件模塊協(xié)同完成電壓輸出、微弱電容與損耗信號采集、數(shù)據(jù)運(yùn)算、結(jié)果顯示、數(shù)據(jù)輸出等一系列工作。

變頻電源單元是設(shè)備抗干擾能力的核心組成部分，可在40?70Hz區(qū)間實(shí)現(xiàn)頻率自動變換。實(shí)驗(yàn)室、生產(chǎn)車間環(huán)境當(dāng)中，大量電氣設(shè)備運(yùn)行會帶來工頻諧波干擾，干擾信號容易耦合進(jìn)入微弱測量回路，造成數(shù)據(jù)跳動。變頻架構(gòu)可以規(guī)避固定頻率的干擾分量，在存在一定電磁噪聲的現(xiàn)場，依然可以獲得相對穩(wěn)定的測量讀數(shù)，拓展設(shè)備的使用場景，局限于屏蔽實(shí)驗(yàn)室內(nèi)開展試驗(yàn)。

高壓輸出模塊可以實(shí)現(xiàn)10kV的測試電壓輸出，電壓調(diào)節(jié)分辨率可達(dá)1V，電壓檔位可以根據(jù)薄膜試樣厚度、材料耐受電場水平靈活設(shè)定。設(shè)備分為內(nèi)施高壓、外施高壓兩種工作模式，內(nèi)施高壓模式高壓源集成在機(jī)箱內(nèi)部，操作便捷；外施高壓模式可以外接外部高壓源，適配部分特殊試樣、特殊夾具的拓展測試需求。不同模式對應(yīng)不同的電容量測量區(qū)間，覆蓋從小電容薄型薄膜到大電容介質(zhì)試樣的測量范圍，外接量程擴(kuò)展器之后，還可以拓展用于高壓電器設(shè)備介損相關(guān)測試。

單片機(jī)運(yùn)算處理單元承擔(dān)整機(jī)邏輯調(diào)度工作，接收采集模塊傳輸過來的微弱模擬信號，完成模/數(shù)轉(zhuǎn)換，按照內(nèi)置算法完成電容量Cx、介質(zhì)損耗tgδ、相對介電常數(shù)εr的實(shí)時運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果直接輸出至彩屏人機(jī)界面。設(shè)備無需人工開展電橋平衡調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)全自動數(shù)字化測量，降低操作人員手動調(diào)節(jié)帶來的人為誤差，縮短單次試樣的測試耗時。

信號采集模塊具備較高的分辨能力，電容量分辨率可以達(dá)到0.001pF，保留四位有效數(shù)字。塑料薄膜試樣很多情況下對應(yīng)小電容數(shù)值，高分辨采集單元可以捕捉薄膜試樣微小電容變化，適配薄型高分子薄膜的微弱信號采集需求。

人機(jī)交互采用彩色液晶顯示屏，屏幕界面可以同步展示設(shè)置頻率、設(shè)置模式、設(shè)置電壓、高壓選擇、標(biāo)準(zhǔn)選擇，同時實(shí)時顯示Cx電容數(shù)值、tgδ介質(zhì)損耗因數(shù)、εr相對介電常數(shù)，同時展示S、Q、VA、cosφ、P等輔助參數(shù)；界面配置數(shù)據(jù)上傳、存儲、打印、退出等功能按鍵，試驗(yàn)人員可以直接在屏幕完成參數(shù)設(shè)置、查看實(shí)時試驗(yàn)數(shù)據(jù)，操作流程直觀易懂。

高壓保護(hù)回路集成多重防護(hù)機(jī)制，在出現(xiàn)試樣擊穿、回路過流、異常放電等工況時，可以及時完成保護(hù)動作，降低故障狀態(tài)對于儀器硬件的損傷，同時規(guī)避高壓帶來的安全風(fēng)險。設(shè)備支持標(biāo)準(zhǔn)三電極測試夾具接入，三電極系統(tǒng)配套高壓電極、測量電極、保護(hù)電極，抑制薄膜試樣邊緣效應(yīng)，是塑料薄膜試樣測試十分關(guān)鍵的硬件配套。

設(shè)備配置標(biāo)準(zhǔn)RS232計算機(jī)接口，可以實(shí)現(xiàn)儀器與外部計算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸，試驗(yàn)采集到的電容、介損、介電常數(shù)、試驗(yàn)條件等數(shù)據(jù)可以上傳至外部計算機(jī)，便于數(shù)據(jù)歸檔、二次統(tǒng)計處理。整機(jī)采用8U標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱結(jié)構(gòu)，機(jī)箱結(jié)構(gòu)規(guī)整，適合標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜安放，儀器整機(jī)重量25kg，方便實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部搬運(yùn)擺放。

五、設(shè)備配套軟件與人機(jī)界面功能詳解

BQS?1介電常數(shù)檢測儀，人機(jī)交互全部依托本機(jī)彩色觸控顯示界面完成，同時借助RS232接口可對接外部計算機(jī)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳、存儲、打印歸檔等操作，適配塑料薄膜批量檢測、科研測試的工作需求。

參數(shù)設(shè)置相關(guān)功能，操作人員可以在屏幕界面完成多項試驗(yàn)條件配置，包含設(shè)置測試頻率，常用選擇50.0±0.5Hz工頻檔位，模擬電工薄膜實(shí)際工頻工況；選擇接線模式為正接法；選擇高壓模式為內(nèi)高壓或者外高壓；選擇標(biāo)準(zhǔn)源模式為內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合待測塑料薄膜試樣，設(shè)置對應(yīng)的試驗(yàn)電壓，電壓設(shè)置需要結(jié)合薄膜厚度，換算電場強(qiáng)度，不能超過薄膜的擊穿耐受水平，防止測試過程試樣被高壓擊穿損壞。

試驗(yàn)運(yùn)行顯示界面，設(shè)備啟動測量之后，屏幕實(shí)時刷新Cx電容量、tgδ介質(zhì)損耗因數(shù)、εr相對介電常數(shù)，同時同步展示S、Q、VA、cosφ、P等輔助電學(xué)參數(shù)，同時顯示環(huán)境溫度信息，便于完整記錄薄膜試樣測試時的環(huán)境條件。整套測量過程自動完成，不需要人工手動調(diào)節(jié)電橋平衡，測量完成之后數(shù)值鎖定，操作人員可以直接讀取本組試樣全部測試結(jié)果。

數(shù)據(jù)管理功能，本機(jī)支持試驗(yàn)數(shù)據(jù)本地存儲，單組薄膜試樣完成測試之后，可以點(diǎn)擊存儲功能，把本次全部試驗(yàn)條件與測量結(jié)果保存于本機(jī)；借助數(shù)據(jù)上傳功能，通過RS232接口，把試驗(yàn)記錄傳輸?shù)酵饨佑嬎銠C(jī)端，完成數(shù)據(jù)備份。設(shè)備支持打印輸出，可外接打印設(shè)備輸出薄膜試樣檢測記錄，形成紙質(zhì)檢測記錄用于實(shí)驗(yàn)室歸檔。

在進(jìn)行多組塑料薄膜平行試樣測試的時候，完成一組試樣測試，更換新的薄膜試樣，確認(rèn)參數(shù)無需改動的情況下，直接啟動新一輪測量即可，不需要重復(fù)完成復(fù)雜的電橋調(diào)節(jié)，提升薄膜試樣批量質(zhì)檢的工作效率。

外接計算機(jī)端可以對上傳得到的薄膜測試原始數(shù)據(jù)做進(jìn)一步處理，對多組平行試樣做統(tǒng)計計算，求取平均值，分析同批次薄膜數(shù)據(jù)離散情況；對比不同配方、不同工藝制備薄膜的介電常數(shù)與介質(zhì)損耗變化情況，支撐材料研發(fā)分析工作。

設(shè)備的變頻抗干擾功能屬于底層自動運(yùn)行機(jī)制，操作人員選定測試模式之后，儀器自動完成40?70Hz變頻處理，抑制現(xiàn)場工頻干擾，不需要操作人員手動干預(yù)變頻流程，降低使用門檻。

六、塑料薄膜試樣檢測完整實(shí)操流程

塑料薄膜相對介電常數(shù)與介質(zhì)損耗因數(shù)測試，儀器硬件性能之外，試樣制備、試樣恒溫恒濕預(yù)處理、厚度測量、電極裝夾、環(huán)境控制，都會對最終測試數(shù)據(jù)帶來顯著影響，嚴(yán)格遵循完整操作流程，才可以獲得重復(fù)性較好的試驗(yàn)結(jié)果，下面介紹塑料薄膜試樣常規(guī)完整檢測流程。

試樣制備與恒溫恒濕預(yù)處理。按照GB/T1409?2006標(biāo)準(zhǔn)完成塑料薄膜試樣裁切，試樣尺寸需要適配三電極夾具的電極尺寸，試樣表面應(yīng)當(dāng)平整光滑，無劃痕、無針孔、無褶皺、無灰塵油污；薄膜試樣不能存在明顯孔洞、破損缺陷。裁切完成的薄膜試樣，放入恒溫恒濕試驗(yàn)箱，按照材料對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)條件完成足夠時長溫濕度平衡處理，消除試樣內(nèi)部應(yīng)力，平衡試樣內(nèi)部水分含量。對于極性高分子薄膜，吸潮會明顯改變介電參數(shù)，預(yù)處理步驟不可省略。

第二步，試樣厚度多點(diǎn)測量。薄膜厚度計算誤差是介電常數(shù)計算誤差重要來源，選用高精度測厚儀器，在薄膜試樣將要被電極覆蓋的測試區(qū)域之內(nèi)，選取不少于5個點(diǎn)位測量厚度，記錄每一個點(diǎn)位厚度，求取算術(shù)平均值，作為本次試樣的計算厚度；厚度測量避開試樣表面褶皺、劃痕、雜質(zhì)點(diǎn)位，不能直接采用薄膜標(biāo)稱厚度代入計算，減少厚度帶來的計算偏差。

第三步，儀器開機(jī)前期檢查。確認(rèn)儀器可靠接地，接地線路連接牢固；檢查三電極夾具各個電極表面，保證電極表面清潔平整，沒有氧化、劃痕、薄膜碎屑；檢查測試屏蔽連接線外皮完好，插頭無氧化發(fā)黑；確認(rèn)RS232通訊線路連接無誤。完成檢查之后開啟儀器電源，儀器開機(jī)之后充分預(yù)熱，讓內(nèi)部電子器件達(dá)到穩(wěn)定工作狀態(tài)。

第四步，空載本底校驗(yàn)。在夾具當(dāng)中不放薄膜試樣，完成空載測量，記錄空載狀態(tài)下的電容與介損本底讀數(shù)。如果本底讀數(shù)偏大，需要檢查電極是否潔凈、電極對中情況、屏蔽線纜連接狀態(tài)，排除本底異常，本底校驗(yàn)合格之后，再放入薄膜試樣開展正式測試，降低雜散電容對薄薄膜小電容測試的干擾。

第五步，裝夾薄膜試樣。打開三電極夾具，將經(jīng)過預(yù)處理的塑料薄膜試樣平整鋪放在下電極表面，保證薄膜試樣平整無褶皺，試樣測試區(qū)域處于高壓電極與測量電極之間，保護(hù)電極和試樣邊緣位置匹配到位，裝好上部電極，控制電極壓力，壓力適中，既要保證電極和薄膜試樣充分接觸，同時又不能壓力過大造成薄型薄膜發(fā)生擠壓形變。裝夾完成確認(rèn)夾具無異物，電極之間不會發(fā)生短路。

第六步，試驗(yàn)參數(shù)界面配置。在儀器彩屏界面設(shè)置試驗(yàn)頻率，電工類塑料薄膜常規(guī)選用50Hz工頻；接線模式選擇正接法；高壓模式根據(jù)測試方案選擇內(nèi)高壓；設(shè)置本次試驗(yàn)電壓，根據(jù)薄膜厚度換算電場，電壓不可超過薄膜擊穿電壓；核對前期測得的薄膜試樣平均厚度，記錄好本次試樣編號、薄膜材質(zhì)、批次編號、環(huán)境溫濕度信息。全部參數(shù)核對無誤。

第七步，啟動測量，讀取試驗(yàn)數(shù)據(jù)。確認(rèn)全部準(zhǔn)備工作完成，啟動儀器測量流程，儀器自動執(zhí)行變頻抗干擾測量流程，屏幕實(shí)時刷新各項參數(shù)，測量完成之后數(shù)值自動鎖定，記錄Cx、tgδ、εr全部讀數(shù)。測試過程當(dāng)中如果觀察到異常放電、跳變、試樣擊穿現(xiàn)象，需要立刻結(jié)束測試，排查試樣與夾具情況。

第八步，多組平行試樣重復(fù)測試。同一批次塑料薄膜，需要制備多塊平行試樣，單塊試樣測試結(jié)束之后，打開夾具，取出已經(jīng)完成測試的薄膜試樣，更換新的同批次試樣，重復(fù)裝夾、測量流程，采集多組平行試驗(yàn)數(shù)據(jù)。多組平行測試可以降低薄膜局部微小缺陷帶來的數(shù)據(jù)偶然性，得到該批次薄膜的統(tǒng)計結(jié)果。

第九步，數(shù)據(jù)存儲、上傳、出具檢測記錄。全部平行試樣測試完成，對多組數(shù)據(jù)進(jìn)行甄別，剔除明顯異常數(shù)據(jù)。把有效試驗(yàn)數(shù)據(jù)在本機(jī)執(zhí)行存儲操作；需要?dú)w檔的情況下，通過RS232接口將數(shù)據(jù)上傳至外接計算機(jī)，也可以外接打印設(shè)備輸出紙質(zhì)記錄。檢測記錄當(dāng)中需要完整標(biāo)注測試標(biāo)準(zhǔn)、測試頻率、試驗(yàn)電壓、環(huán)境溫濕度、薄膜試樣厚度、每一組試樣的電容、介質(zhì)損耗因數(shù)、相對介電常數(shù)，完整記錄全部試驗(yàn)條件，只給出介電常數(shù)數(shù)值而不標(biāo)注測試條件，該組數(shù)據(jù)不具備比對參考價值。

第十步，試驗(yàn)結(jié)束收尾工作。全部測試完成之后，先關(guān)閉高壓輸出，再關(guān)閉儀器整機(jī)電源；把三電極夾具拆開，清理電極表面殘留的薄膜碎屑、灰塵；整理屏蔽測試線纜，做好儀器與夾具的養(yǎng)護(hù)工作。

七、塑料薄膜測試過程當(dāng)中常見影響測試結(jié)果的因素解析

即便是同一批次的塑料薄膜試樣，測試條件發(fā)生細(xì)微改變，測得的相對介電常數(shù)與介質(zhì)損耗因數(shù)也會出現(xiàn)波動，充分理解各類影響因素，能夠幫助操作人員減少測試誤差，提升不同試驗(yàn)室、不同批次之間數(shù)據(jù)的可對比性。

1.薄膜試樣本身狀態(tài)：薄膜表面褶皺、劃痕、針孔、內(nèi)部微小氣泡、雜質(zhì)顆粒，會造成局部電場畸變，帶來測試數(shù)據(jù)波動；極性高分子薄膜吸潮之后，水分會改變材料介電響應(yīng)，濕度越高，介電常數(shù)和介質(zhì)損耗往往會出現(xiàn)上升，試樣預(yù)處理是否到位，對于極性薄膜影響尤為明顯。薄膜成型工藝帶來的內(nèi)部殘余內(nèi)應(yīng)力，也會輕微改變高分子鏈段極化行為，所以試樣溫濕度靜置平衡流程十分關(guān)鍵。

2.薄膜厚度測量精度：相對介電常數(shù)計算過程直接帶入試樣厚度數(shù)值，薄型塑料薄膜厚度本身數(shù)值很小，厚度測量出現(xiàn)微小偏差，就會放大成為介電常數(shù)計算誤差。不可以直接使用產(chǎn)品標(biāo)稱厚度，需要多點(diǎn)實(shí)測取平均值作為計算輸入條件。

3.三電極夾具狀態(tài)：電極表面出現(xiàn)氧化、劃痕、沾有灰塵薄膜碎屑，會造成接觸狀態(tài)不良；電極沒有同軸對中，保護(hù)電極裝配不到位，邊緣效應(yīng)抑制效果下降，會引入額外雜散電容，直接干擾電容讀數(shù)。電極夾持壓力不合適，壓力過小接觸不充分，壓力過大擠壓薄膜產(chǎn)生形變，同樣會帶來測量偏差，所以電極需要定期清潔維護(hù)。

4.試驗(yàn)電壓選擇：測試電壓改變，對應(yīng)的電場強(qiáng)度發(fā)生變化，部分高分子薄膜會表現(xiàn)出介電參數(shù)隨電場變化的特性。做不同配方薄膜對比測試，必須保持試驗(yàn)電壓一致；電壓設(shè)置不能過高，避免測試過程薄膜發(fā)生擊穿。

5.測試頻率條件：高分子材料存在極化頻率色散現(xiàn)象，偶極極化響應(yīng)速度有限，頻率升高，部分極化機(jī)制來不及跟隨交變電場變化，測得介電常數(shù)會發(fā)生變化。報告當(dāng)中必須寫明測試頻率，工頻工況使用的電工薄膜，優(yōu)先采用50Hz工頻測試，不能直接用其他頻率下的測試數(shù)據(jù)做工況性能評判。

6.外界電磁環(huán)境干擾：車間環(huán)境大量電機(jī)、變頻器、大功率電氣設(shè)備運(yùn)行，會產(chǎn)生電磁干擾耦合進(jìn)測量回路，造成讀數(shù)漂移跳動。該設(shè)備具備變頻抗干擾能力，可以改善這類問題，但條件允許情況下，依然盡量選擇電磁環(huán)境相對平穩(wěn)的區(qū)域開展精密測試。

7.環(huán)境溫濕度：測試環(huán)境溫度改變，高分子鏈段運(yùn)動能力發(fā)生變化，偶極子極化程度隨之改變；環(huán)境濕度影響薄膜吸水程度，對于尼龍、聚酰亞胺這類易吸水的極性薄膜，濕度帶來的數(shù)據(jù)波動會十分突出，對比試驗(yàn)必須控制環(huán)境溫濕度保持統(tǒng)一。

8.空載本底影響：薄塑料薄膜對應(yīng)的試樣電容數(shù)值本身偏小，夾具、線纜帶來的雜散本底電容占比會被放大，如果不做空載本底校驗(yàn)，本底數(shù)值會疊加進(jìn)試樣測量結(jié)果，帶來系統(tǒng)誤差，薄型薄膜測試，空載本底校驗(yàn)是不可省略的操作步驟。

八、主要應(yīng)用行業(yè)與檢測場景

（1）電工電容薄膜、絕緣薄膜生產(chǎn)企業(yè)

聚丙烯電容薄膜、聚酯絕緣薄膜、聚酰亞胺薄膜生產(chǎn)制造企業(yè)，新品配方研發(fā)階段，對比不同改性配方薄膜的介電常數(shù)、介質(zhì)損耗，篩選材料配方方案；生產(chǎn)制程當(dāng)中，監(jiān)控成膜工藝、熱處理工藝改變帶來薄膜介電性能波動；成品批次出廠開展抽檢，驗(yàn)證薄膜介電參數(shù)是否滿足產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)，支撐出廠檢驗(yàn)記錄輸出。設(shè)備采用工頻高壓測試條件，更加貼近電容薄膜實(shí)際工頻服役工況，得到的檢測數(shù)據(jù)可以為產(chǎn)品質(zhì)量判定提供支撐。

（2）電子元器件、柔性基材制造行業(yè)

柔性電路板基材、電子絕緣隔離薄膜、各類電子封裝用高分子薄膜，企業(yè)可以使用該設(shè)備開展來料入廠檢驗(yàn)，評估外購薄膜材料介電性能指標(biāo)；開展產(chǎn)品型式試驗(yàn)，驗(yàn)證薄膜在工頻高壓條件之下的介電損耗水平，為電子絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計提供實(shí)測試驗(yàn)數(shù)據(jù)，降低電子整機(jī)后期運(yùn)行絕緣失效風(fēng)險。

（3）電力裝備、高壓電氣配套行業(yè)

電力電容器、互感器、變壓器配套絕緣塑料薄膜，作為電氣設(shè)備內(nèi)部絕緣介質(zhì)，需要評價工頻交變電場下的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗。企業(yè)可用于原材料檢驗(yàn)、型式試驗(yàn)，對比不同批次薄膜的介電損耗水平，介質(zhì)損耗數(shù)值偏高的薄膜，運(yùn)行過程發(fā)熱更大，會加速材料老化，通過檢測篩選性能適配的薄膜原材料，保障電力裝備長期運(yùn)行可靠性。

（4）高分子新材料研發(fā)企業(yè)

除各類塑料薄膜之外，設(shè)備也可以適配部分片狀固體絕緣材料、絕緣液體介質(zhì)開展介電性能測試。研發(fā)部門用于新材料性能評價，對比改性前后高分子材料介電性能差異，支撐新材料迭代開發(fā)；一臺儀器兼顧固體薄膜與配套絕緣液體介質(zhì)測試，豐富實(shí)驗(yàn)室檢測覆蓋范圍。

（5）高校、科研院所實(shí)驗(yàn)室

材料學(xué)院、電氣相關(guān)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，用于教學(xué)實(shí)驗(yàn)、課題科研項目，開展高分子電介質(zhì)介電機(jī)理相關(guān)研究，研究溫度、濕度、老化處理、電壓水平對于塑料薄膜介電常數(shù)、介質(zhì)損耗因數(shù)的影響；設(shè)備可以直接輸出電容、介損、介電常數(shù)完整數(shù)據(jù)，支持RS232對外傳輸，方便科研人員做大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

（6）第三方檢驗(yàn)檢測機(jī)構(gòu)

第三方檢測平臺承接外部企業(yè)塑料薄膜、絕緣高分子材料委托檢測業(yè)務(wù)，設(shè)備符合現(xiàn)行國內(nèi)絕緣材料測試標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)具備可溯源性，支持?jǐn)?shù)據(jù)存儲打印輸出，滿足對外委托檢測業(yè)務(wù)的使用需求；儀器具備變頻抗干擾能力，可以適應(yīng)檢測機(jī)構(gòu)復(fù)雜的多設(shè)備共存的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境。

（7）新能源行業(yè)

新能源儲能電容、新能源電控系統(tǒng)內(nèi)部絕緣薄膜材料，需要評估工頻高壓條件下介電表現(xiàn)?？梢越柚撛O(shè)備完成薄膜介電性能檢測，篩選低損耗絕緣薄膜材料，助力新能源元器件絕緣可靠性評價工作。

九、設(shè)備安全操作要點(diǎn)與日常維護(hù)保養(yǎng)說明

BQS?13介電常數(shù)檢測儀屬于帶高壓輸出的檢測儀器，開展測試工作時安全操作需要重點(diǎn)關(guān)注；規(guī)范的日常維護(hù)保養(yǎng)，能夠維持儀器測量精度，延長部件使用壽命，保障長期測試數(shù)據(jù)一致性。

安全操作相關(guān)要點(diǎn)： 1.儀器必須配置獨(dú)立可靠接地回路，接地連接牢固可靠，接地線路不可和其他大功率設(shè)備共用接地，保障高壓相關(guān)保護(hù)機(jī)制有效發(fā)揮，儀器運(yùn)行期間，不可拆除接地連接線。 2.操作人員上機(jī)操作前，熟悉整套儀器操作流程，讀懂操作說明，理解高壓模式相關(guān)風(fēng)險；儀器輸出電壓可達(dá)10kV，升壓測試過程中，禁止打開夾具，禁止觸碰高壓電極、高壓連接線等高壓部位。 3.裝取塑料薄膜試樣，必須確認(rèn)高壓已經(jīng)關(guān)閉，電壓回零之后，才可以打開夾具進(jìn)行試樣更換，嚴(yán)禁在高壓輸出狀態(tài)下接觸測試夾具。 4.測試過程如果出現(xiàn)試樣擊穿、異響、放電打火等異?，F(xiàn)象，立刻停止測量，關(guān)閉高壓輸出，排查夾具、試樣情況，故障沒有排除前不允許繼續(xù)開展測試。 5.儀器擺放位置周邊預(yù)留足夠操作空間，周邊不要堆放雜物；放置在干燥通風(fēng)的室內(nèi)，避開腐蝕性氣體、大量導(dǎo)電粉塵；盡量遠(yuǎn)離大功率變頻設(shè)備，減少外界電磁源頭的直接干擾。 6.設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)異常報警，立刻切斷整機(jī)電源，停止試驗(yàn)，排查故障，故障處理完成之后，方可重新開機(jī)使用。

日常維護(hù)保養(yǎng)建議： 1.三電極夾具維護(hù)：每次薄膜試樣測試結(jié)束，清理電極表面薄膜碎屑、灰塵雜質(zhì)；電極出現(xiàn)氧化，按照規(guī)范方式做清潔處理，保證電極表面平整光潔；定期檢查電極同軸調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，保證夾具動作順暢，電極對中良好。 2.屏蔽測試線纜維護(hù)，檢查屏蔽線纜外皮是否存在破損，插頭部位是否氧化發(fā)黑；線纜不要過度彎折、踩踏，收納的時候理順存放，避免屏蔽層受損影響抗干擾與測量效果。 3.儀器顯示屏幕維護(hù)，使用干燥柔軟棉布清潔彩屏，不可以使用濕布、腐蝕性溶劑直接擦拭屏幕表面，避免屏幕損壞。 4.儀器存放，長期不使用的條件下，存放于干燥通風(fēng)環(huán)境，每隔一到兩個月通電開機(jī)半小時，維持內(nèi)部電子元器件活性。 5.試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理，借助RS232接口及時做好試驗(yàn)數(shù)據(jù)備份，避免本機(jī)存儲記錄丟失，不要隨意修改儀器內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)設(shè)置。 6.定期計量校準(zhǔn)，按照計量周期，送至具備計量資質(zhì)的機(jī)構(gòu)完成整機(jī)校準(zhǔn)，對Cx電容、tgδ介質(zhì)損耗、高壓輸出、介電常數(shù)換算功能開展校驗(yàn)，保障儀器各項指標(biāo)處在允許誤差區(qū)間，保證薄膜試樣檢測結(jié)果可信度。儀器維修更換關(guān)鍵硬件部件之后，需要重新完成校準(zhǔn)，再開展正式檢測工作。

十、設(shè)備的數(shù)據(jù)價值與實(shí)驗(yàn)室數(shù)字化應(yīng)用

材料檢測領(lǐng)域當(dāng)中，可溯源、完整記錄試驗(yàn)條件的檢測數(shù)據(jù)越來越受到研發(fā)與質(zhì)檢崗位的重視。傳統(tǒng)部分介電檢測設(shè)備只能夠現(xiàn)場讀取屏幕讀數(shù)，數(shù)據(jù)依靠人工抄寫記錄，抄寫過程容易產(chǎn)生人為錯誤，歷史試驗(yàn)記錄查找調(diào)取較為繁瑣。

BQS?13介電常數(shù)檢測儀，本機(jī)可以存儲每組薄膜試樣完整的整套試驗(yàn)信息，包含測試頻率、試驗(yàn)電壓、環(huán)境溫度、電容Cx、介質(zhì)損耗tgδ、相對介電常數(shù)εr，試驗(yàn)條件和測量結(jié)果綁定保存，不會出現(xiàn)參數(shù)與測試結(jié)果相互分離的情況。大量薄膜研發(fā)測試、批次質(zhì)檢工作會產(chǎn)生數(shù)量龐大試驗(yàn)記錄，本機(jī)存儲配合外接計算機(jī)備份，可以長期留存全部測試記錄。操作人員可以調(diào)取歷史測試數(shù)據(jù)，做不同批次薄膜之間性能對比，回溯薄膜配方調(diào)整、成膜工藝改動前后介電性能變化情況。

儀器配置標(biāo)準(zhǔn)RS232接口，試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以傳輸至外部計算機(jī)，在計算機(jī)端做二次統(tǒng)計處理，計算多組平行試樣平均值、離散情況，分析薄膜批次穩(wěn)定性。該接口也可以對接實(shí)驗(yàn)室相關(guān)信息化系統(tǒng)，把薄膜介電檢測數(shù)據(jù)接入實(shí)驗(yàn)室數(shù)字化管理體系，減少人工錄入工作量，降低人工記錄帶來的失誤，適合規(guī)模型薄膜材料企業(yè)、規(guī)范化第三方檢測機(jī)構(gòu)的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室建設(shè)需求。

儀器自帶打印輸出功能，需要紙質(zhì)歸檔記錄時，可直接輸出檢測記錄，記錄包含全部關(guān)鍵試驗(yàn)條件與結(jié)果，滿足實(shí)驗(yàn)室紙質(zhì)檔案留存的工作需要。

十一、內(nèi)施高壓模式與外施高壓模式拓展能力說明

設(shè)備區(qū)分內(nèi)施高壓與外施高壓兩種工作模式，兩種模式對應(yīng)不同的電容量測量區(qū)間，可以適配不同的測試場景，拓展儀器使用范圍。

內(nèi)施高壓模式，高壓發(fā)生單元集成在儀器機(jī)箱內(nèi)部，接線操作簡單便捷，絕大多數(shù)塑料薄膜試樣常規(guī)檢測，優(yōu)先選用內(nèi)施高壓模式。內(nèi)施高壓模式下，10kV量程對應(yīng)電容量測量區(qū)間3pF60000pF；0.5kV量程對應(yīng)60pF1μF，大部分薄型塑料薄膜試樣的電容數(shù)值落在該量程覆蓋范圍之內(nèi)，滿足日常研發(fā)與質(zhì)檢需求。

外施高壓模式，儀器本體不輸出高壓，外接外部高壓源來提供試驗(yàn)電壓。外施高壓模式下，10kV量程對應(yīng)電容量測量區(qū)間3pF1.5μF；0.5kV量程對應(yīng)60pF30μF。當(dāng)有特殊夾具、特殊試樣，需要使用外部高壓源的工況，可以選用外施高壓模式開展測試。同時設(shè)備支持外接量程擴(kuò)展器，外接擴(kuò)展器之后還可以拓展用于幾千安培條件下高壓電器相關(guān)介損測試，突破薄膜試樣的測試邊界。

操作人員需要根據(jù)待測試樣預(yù)估電容大小，結(jié)合選用高壓電壓檔位，確認(rèn)處在儀器對應(yīng)模式的量程范圍之內(nèi)，量程選擇不合適，會影響測量結(jié)果準(zhǔn)確度。

十二、設(shè)備選型時塑料薄膜介電測試重點(diǎn)考量維度

企業(yè)、實(shí)驗(yàn)室選擇薄膜塑料介電常數(shù)檢測設(shè)備，不能只關(guān)注介電常數(shù)顯示這一項功能，結(jié)合薄塑料薄膜試樣的測試難點(diǎn)，有多個維度需要綜合評估。

微弱小信號采集能力。塑料薄膜厚度薄，試樣對應(yīng)的電容數(shù)值往往很小，儀器電容分辨率指標(biāo)十分關(guān)鍵，較高的分辨率，才可以捕捉薄膜試樣微小電容變化，降低薄試樣的測量誤差。

第二，抗干擾能力。實(shí)驗(yàn)室、生產(chǎn)質(zhì)檢車間環(huán)境存在工頻電磁干擾，變頻抗干擾架構(gòu)，可以改善外界干擾帶來的數(shù)據(jù)漂移問題，提升非屏蔽環(huán)境下測試穩(wěn)定性。

第三，適配三電極測試夾具。薄膜試樣測試需要依靠三電極系統(tǒng)抑制邊緣效應(yīng)，選型需要確認(rèn)設(shè)備支持標(biāo)準(zhǔn)三電極夾具接入，三電極是薄型薄膜獲取準(zhǔn)確數(shù)據(jù)的重要硬件條件。

第四，高壓輸出能力。電工用途塑料薄膜需要在工頻高壓條件下開展測試，模擬實(shí)際工況，儀器需要具備可調(diào)工頻高壓輸出，電壓具備細(xì)密調(diào)節(jié)分辨率，可以根據(jù)薄膜厚度靈活設(shè)定電場條件。

第五，量程覆蓋范圍。確認(rèn)儀器內(nèi)高壓、外高壓模式下電容測量量程，可以覆蓋本單位常見薄膜試樣預(yù)估電容區(qū)間，避免試樣電容超出量程造成測量異常。

第六，數(shù)據(jù)記錄輸出能力。本機(jī)存儲、打印、對外通訊接口，方便薄膜檢測數(shù)據(jù)歸檔、備份，減少人工抄寫，適配研發(fā)、批量質(zhì)檢的數(shù)據(jù)管理需求。

第七，操作自動化水平。全自動數(shù)字化測量，無需人工手動調(diào)節(jié)電橋平衡，可以降低操作人員學(xué)習(xí)門檻，減少人為操作引入的誤差，提升批量試樣測試效率。

第八，計量溯源能力。儀器各項指標(biāo)可以送計量機(jī)構(gòu)完成校準(zhǔn)，測量結(jié)果具備計量溯源性，滿足型式檢驗(yàn)、第三方檢測、出廠檢驗(yàn)對于儀器設(shè)備的要求。

結(jié)語

各類塑料絕緣薄膜在電容、電子、電力、新能源領(lǐng)域發(fā)揮重要絕緣隔離作用，相對介電常數(shù)、介質(zhì)損耗因數(shù)是評價薄膜介電性能的兩項關(guān)鍵指標(biāo)，檢測儀器硬件能力、試驗(yàn)操作流程，共同決定檢測數(shù)據(jù)的可靠性。BQS?13，針對薄膜薄試樣小電容測試場景做適配設(shè)計，采用變頻抗干擾技術(shù)，單片機(jī)全自動數(shù)字化測量，支持內(nèi)施高壓、外施高壓兩種工作模式，參考國內(nèi)多項絕緣材料測試標(biāo)準(zhǔn)開展測量，可直接輸出Cx電容量、tgδ介質(zhì)損耗因數(shù)、εr相對介電常數(shù)。

設(shè)備硬件包含變頻電源、可調(diào)高壓輸出、高分辨信號采集單元、彩屏人機(jī)交互界面、RS232數(shù)據(jù)通訊接口，可搭配三電極測試夾具抑制薄膜試樣邊緣效應(yīng)。儀器可以應(yīng)用于電工薄膜生產(chǎn)企業(yè)、電子元器件制造工廠、電力裝備配套企業(yè)、高分子新材料研發(fā)機(jī)構(gòu)、高?？蒲袑?shí)驗(yàn)室、第三方檢驗(yàn)檢測機(jī)構(gòu)、新能源相關(guān)行業(yè)，服務(wù)于塑料薄膜配方研發(fā)、成膜工藝監(jiān)控、來料入廠檢驗(yàn)、成品出廠抽檢、型式試驗(yàn)、課題科研等檢測工作。

在做好試樣預(yù)處理、厚度精準(zhǔn)測量、夾具維護(hù)、規(guī)范操作、定期計量校準(zhǔn)的前提下，儀器能夠?yàn)樗芰媳∧ひ约捌渌腆w絕緣介質(zhì)、部分液體絕緣介質(zhì)，提供重復(fù)性較好的工頻介電性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)，為高分子絕緣材料研發(fā)迭代、產(chǎn)品質(zhì)量管控提供可靠的檢測裝備支撐。