薄膜材料介電常數測量儀本測試裝置是由二只測微電容器組成，平板電容器一般用來夾持被測樣品，園筒電容器是一只分辨率高達0.0033pF的線性可變電容器，配用儀器作為指示儀器，絕緣材料的損耗角正切值是通過被測樣品放進平板電容器和不放進樣品的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，由平板電容器的刻度讀值變化而換算得到介電常數。

薄膜材料介電常數測量儀

1．Q值測量范圍：2～1023

2．Q值量程分檔：30、100、300、1000、自動換檔或手動換檔；

3．電感測量范圍：自身殘余電感和測試引線電感的自動扣除功能4.5nH-100mH 分別有0.1μH、0.5μH、2.5μH、10μH、50μH、100μH、1mH、5mH、10mH九個電感組成。

4．電容直接測量范圍：1～460pF                                                

5．主電容調節范圍： 30～500pF                                            

6．電容準確度 150pF以下±1.5pF；150pF以上±1%                                                                   7．信號源頻率覆蓋范圍10KHz-70MHz （雙頻對向搜索  確保頻率不被外界干擾）另有GDAT-C 頻率范圍10KHz-70MHz及200KHZ-160M

8、型號頻率指示誤差：1*10-6 ±1                                      

Q值合格指示預置功能范圍：5～1000

Q值自動鎖定，無需人工搜索

9．Q表正常工作條件

a. 環境溫度：0℃～+40℃

b．相對濕度：<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．產品配置：

a.測試主機一臺；

b.電感一套；

c.夾具一 套 

基于上述理由，為了正確地測量元件的Q值，還需要考慮到測試回路中殘余參數的影響。

本機測試回路中殘余成分是很小的，對一般的測量可予忽略，即Q表指示

讀得值等于被測元件的有效Q值。對測試頻率高于10MHz，又要較高精確度時，需按均值進行修正。均值的高低能直接表征Q表自身回路的品質優劣。不能提供均值的Q表，其測得Q值的有效性不能得到確認。Q表修正值見第13頁的表格。(1) Q量程鍵：開機默認狀態為Q值手動量程(Manual)的MQ檔。按Q量程鍵即為Q值自動量程（Auto），再按該鍵，又為手動量程。

(2) Q記憶鍵：按該鍵即能實現Q值自動記憶功能，此時顯示屏上以較小字體 顯示的Q值為調諧過程中的變化值，而Q值框內為諧振峰值，即Q值。

(3) Σ測量鍵:這是對絕緣材料進行介電常數（ε）和損耗角正切值（tanδ）測量的功能鍵。要完成該功能測量還需相應的測試夾具和調諧電感器的配合。

(4) Q預置鍵，當按鍵后，即能把當時顯示的Q值作為預置值，以后當測試超過該值時，會顯示“GO”并蜂鳴，表示超過原預置值。適宜于批量元件測試。

(5) 彩屏顯示區，（見4.3顯示屏示意圖五）。

(6) 頻率設置數字和小數點鍵共11個。。

(7) “SET”鍵，快速按一次該鍵，就進入頻率值數字設置狀態，通過11個數字和小數點鍵設置具體頻率值，顯示屏左上方顯示設置的頻率值，再按一次“SET”鍵，即完成頻率數字設置。

(8) 信號輸出端口：能輸出測試信號，頻率從1kHz至70MHz，幅值約50mV(1kΩ)。

(9) 當長按“SET”鍵后，頻率顯示會從四位數顯改變為八位數顯，其中一位數在閃變，這時調此頻率調節旋鈕，順時針轉動頻率，反之，降低頻率值。

(10) 頻率調節粗細選擇鍵，通過該二鍵選擇，使頻率調節旋鈕的調節細度在合適的位置上。當功能鍵“Σ測量”啟動時，其中“?”鍵又復用為“NET”鍵。

(11) “MHz/kHz”頻率單位選擇鍵。

(12) USB通訊口座。

(13)  同軸慢轉調諧旋鈕，通過該旋鈕仔細調諧達到諧振（即大Q值）。

(14) 測試回路接線柱：左邊是電感器接線柱，右邊是接電容器接線柱。

1 測試工作頻率。

2 有效Q值顯示，當Q記憶時為調諧過程中Q大值顯示，即Q測得值。

3 調諧過程中Q變化值，顯示調諧過程幫助操作者調諧用。

4 調諧電容值。

5 軟件自動計算的有效L值。

6 Q預置值。

7 超過預置值的顯示符號，同時發聲。

8 Q量程顯示。

9 Q量程手動或自動顯示。

10 調諧中Q變化的百分比。

11 Q調諧指針。變壓器介質損耗測試儀流體排出法

在電容率近似等于試樣的電容率，而介質損耗因數可以忽略的一種液體內進行測量，這種測量與試 樣厚度測量的精度關系不大。當相繼采用兩種流體時，試樣厚度和電極系統的尺寸可以從計算公式中 消去.

 試樣為與試驗池電極直徑相同的圓片，或對測微計電極來說，試樣可以比電極小到足以使邊緣效應 忽略不計。在測微計電極中，為了忽略邊緣效應，試樣直徑約比測微計電極直徑小兩倍的試樣厚度’

5. 1.2.3 邊緣效應

為了避免邊緣效應引起電容率的測量誤差，電極系統可加上保護電極。保護電極的寬度應至少為 兩倍的試樣厚度，保護電極和主電極之間的間隙應比試樣厚度小。假如不能用保護環，通常需對邊緣電 容進行修正，表1給出了近似計算公式。這些公式是經驗公式，只適用于規定的幾種特定的試樣形狀。

此外，在一個合適的頻率和

1— —溫度計插孔s

2— —絕緣子s

3— —過剩液體溢流的兩個出口 0

圖3測■液體的兩電極試驗池示例1——溫度計插孔《

2 1 mm厚的金屬板彳

3——石英玻璃&

4 1 mm或2 mm的間隙；

5——溫度計插孔。

圖4液體測量的平板兩電極試驗池

附錄A

（資料性附錄）
儀 器

A. 1西林電橋

A. 1. 1概述

西林電橋是測量電容率和介質損耗因數的經典的裝置.它可使用從低于工頻（50 Hz?60 Hz） 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.l）o其中兩個臂主要是電容（未知電容役和一個無損耗電容另外 兩臂（通常稱之為測量臂）由無感電阻R和R組成，電阻死 在未知電容Cx的對邊上，測量臂至少被 一個電容G分流。一般地說，電容G和兩個電阻R和死 中的一個是可調的，

如果采用電阻艮和（純）電容Cs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：

Cs = Cn ?  （ A* 1 ）

和 tan（5x =（V Cs^s — } R  （ A. 2 ）

如果電阻R被一個電容G分流，則姑渺的公式變為：

tan^x = Ci-Ri —— （ A. 3 ）

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50 pF?1 000 pF的電容在 50 Hz時的阻抗為60 MC?3 MQ,在100 kHz時的阻抗為3 000 Q?1 500

頻率為100 kHz時，橋的四個臂容易有相同數量級的阻抗，而在50 Hz?60 Hz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Cn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G和*是一 致的，這個保護對于CN來說是必不可少的。

由于選擇不同的接地方法，實際上形成了兩類電橋。

A. L2. 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，這樣會引入一個通常使姑溫的測量精度限于 0.1%數量級的誤差，當電容公和言不平衡時尤為顯著。

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 Za、ZN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 ZQ以使在ZA和Ze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。

14

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）.

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路。

A. 1.4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入（這在電子設備中是常有的）。

然而這樣的檢測器只要接地輸入端總是連接于P點，就能與裝有瓦格納接地線路的電橋一起 使用。

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單。其結構原理見圖A. 3O

當電橋平衡時，復電抗厶和Zm之間的比值等于電壓矢量LA和耳 間的比值。如果電壓矢量的比 值是已知的，便可從已知的Zm推導出Z"在理想電橋中比例UJU2是一個系數K,這樣Zk = KZm, 實際上Zm的幅角直接給出汲，

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.

A.2.2低頻電橋

通常是一個高壓電橋（更精密，電壓頃 是高壓，以是中壓），這種電橋的技術與變壓器的技術有關。 可采用兩類電源：

1） 電源電壓直接加到一個繞組上，另一個繞組則起變壓器次級繞組的作用。

2） 將電源加到初級繞組上（見圖A.3）,而電橋的兩個繞組是由兩個分開的次級線路組成或是由 一個帶有中間抽頭能使獲得電壓，和以 的次級繞組組成.

與所有的測量變壓器一樣，電橋存在誤差（矢量比U} /U2與其理論值之間的差兒 這種誤差隨負載 而變化，尤其是Ui和以之間的相位差，它會直接影響ta海的測量值。

因此，必須對電橋進行校正，這可以用一個無損耗電容Cn（與在西林電橋中使用的相似）代替Zx進 行.如果d與a的值相同，這實際上是替代法，測試前應校正。但由于&很少是可調的，因此負載 的變化對公不再有效。電橋在恒定負載下工作是可能的，如圖A. 4所示：當測量嵐時，用一個轉換開 關把6接地，反之亦然。這時對于高壓繞組來說兩個負載的總和是恒定的。（嚴格地說，低壓邊也應 該用一個相似的裝置，但由于連在低壓邊的負載很小，盡管采用這樣處理很容易，但意義小。）

另外，若用并聯在電壓上的一個純電容*校正時，承受電壓以 的測量阻抗Zm組成如下：

1） 如果以 和，是同相的（理想情況），則用一個純電容Cm組成。

2） 如果U2超前Un則用一個電容Cm和一個電阻Rm組成。

3） 如果以滯后于Un則電阻Rm應變成負的。這就是說，為了重新建立平衡必須在U] 一邊并 人一個電阻形成電流分量，其實并不存在適用于高壓的可調高電阻，因此通常阻性電流分量 是用一個輔助繞組來獲得的，這個輔助繞組提供一個與U]同相的低電壓圖A. 5）。

注：不可在d上串接一個電阻。因為如果將電阻接在電容器后面會破壞Cn測量極和保護極間的等電位；如果將 電阻接到前面的高壓導線上，則電阻（內）電流也將包括保護電路的電流，這就可能無法校正。

這些論述同樣適用于上述第二種情況的電阻Rm。但在低壓邊容易將三個電阻R、足 和F以星形聯接來

變壓器介質損耗測試儀式中：

AChCh的增量。

在50 kHz到50 MHz的頻率范圍內能方便地設計這種網絡，這種網絡也容易有效地屏蔽。但其缺 點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，在較高頻率下接線和開關阻抗（若使用開關時）會引入很大的誤差。

A* 4諧振法（Q表法）

諧振法或Q表法是在10 kHz到260 MHz的頻率范圍內使用。它的原理是基于在一個諧振電路 中感應一個已知的弱小電壓時，測量在該電路出現的電壓。圖A. 8表示這種電路的常用形式，在線路 中通過一個共用電阻R將諧振電路耦合到振蕩器上，也可用其他的耦合方法。

操作程序是在規定的頻率下將輸入電壓或電流調節到一個已知值，然后調節諧振電路達到大諧 振，觀察此時的電壓U八 然后將試樣接到相應的接線端上，再調節可變電容器使電路重新諧振，觀察新 的電壓S的值。

在接入試樣并重新調節線路時，只要見圖A. 8）其總電容幾乎保持不變。試樣電容近似于 △G即是可變電容器電容的變化量。

試樣的損耗因數近似為：

"泌& 余（*一￡）  A.9）

式中：

G——電路中的總電容，包括電壓表以及電感線圈本身的電容；

Q】、Q°——分別為有無試樣聯接時的Q值。

特點：優化的測試電路設計使殘值更小◆ 高頻信號采用數碼調諧器和頻率鎖定技術◆ LED 數字讀出品質因數，手動/自動量程切換◆ 自動掃描被測件諧振點，標頻單鍵設置和鎖定，大大提高測試速度

作為新一代的通用、多用途、多量程的阻抗測試儀器，測試頻率上限達到目前國內高的160MHz。1 雙掃描技術 - 測試頻率和調諧電容的雙掃描、自動調諧搜索功能。2 雙測試要素輸入 - 測試頻率及調諧電容值皆可通過數字按鍵輸入。3 雙數碼化調諧 - 數碼化頻率調諧，數碼化電容調諧。4 自動化測量技術 -對測試件實施 Q 值、諧振點頻率和電容的自動測量。5 全參數液晶顯示 – 數字顯示主調電容、電感、 Q 值、信號源頻率、諧振指針。6 DDS 數字直接合成的信號源 -確保信源的高葆真，頻率的高精確、幅度的高穩定。7 計算機自動修正技術和測試回路優化 —使測試回路 殘余電感減至低，徹底 Q 讀數值在不同頻率時要加以修正的困惑。

標準配置：高配Q表 一只  試驗電極  一只 （c類）電感      一套（9只）電源線    一條說明書    一份合格證    一份保修卡    一份

為什么介電常數越大，絕緣能力越強？因為物質的介電常數和頻率相關，通常稱為介電系數。

介電常數又叫介質常數，介電系數或電容率，它是表示絕緣能力特性的一個系數。所以理論上來說，介電常數越大，絕緣性能就越好。

注：這個性質不是成立的。

對于絕緣性不太好的材料(就是說不擊穿的情況下,也可以有一定的導電性)和絕緣性很好的材料比較,這個結論是成立的。

但對于兩個絕緣體就不一定了。

介電常數反映的是材料中電子的局域(local)特性,導電性是電子的全局(global)特征.不是一回事情的。

補充：電介質經常是絕緣體。其例子包括瓷器(陶器)，云母，玻璃，塑料，和各種金屬氧化物。有些液體和氣體可以作為好的電介質材料。干空氣是良好的電介質，并被用在可變電容器以及某些類型的傳輸線。蒸餾水如果保持沒有雜質的話是好的電介質，其相對介電常數約為80。

對于時變電磁場，物質的介電常數和頻率相關，通常稱為介電系數。介電常數又叫介質常數，介電系數或電容率，它是表示絕緣能力特性的一個系數介電常數,用于衡量絕緣體儲存電能的性能.它是兩塊金屬板之間以絕緣材料為介質時的電容量與同樣的兩塊板之間以空氣為介質或真空時的電容量之比。介電常數代表了電介質的極化程度，也就是對電荷的束縛能力，介電常數越大，對電荷的束縛能力越強。電容器兩極板之間填充的介質對電容的容量有影響，而同一種介質的影響是相同的，介質不同，介電常數不同

介質損耗：絕緣材料在電場作用下，由于介質電導和介質極化的滯后效應，在其內部引起的能量損耗。也叫介質損失，簡稱介損。在交變電場作用下，電介質內流過的電流相量和電壓相量之間的夾角（功率因數角Φ）的余角δ稱為介質損耗角。

損耗因子也指耗損正切，是交流電被轉化為熱能的介電損耗（耗散的能量）的量度，一般情況下都期望耗損因子低些好。

概念：

電介質在外電場作用下，其內部會有發熱現象，這說明有部分電能已轉化為熱能耗散掉，電介質在電場作用下，在單位時間內因發熱而消耗的能量稱為電介質的損耗功率，或簡稱介質損耗（diclectric loss）。介質損耗是應用于交流電場中電介質的重要品質指標之一。介質損耗不但消耗了電能，而且使元件發熱影響其正常工作。如果介電損耗較大，甚至會引起介質的過熱而絕緣破壞，所以從這種意義上講，介質損耗越小越好。

形式

各種不同形式的損耗是綜合起作用的。由于介質損耗的原因是多方面的，所以介質損耗的形式也是多種多樣的。介電損耗主要有以下形式：

1）漏導損耗

實際使用中的絕緣材料都不是完善的理想的電介質，在外電場的作用下，總有一些帶電粒子會發生移動而引起微弱的電流，這種微小電流稱為漏導電流，漏導電流流經介質時使介質發熱而損耗了電能。這種因電導而引起的介質損耗稱為“漏導損耗”。由于實阿的電介質總存在一些缺陷，或多或少存在一些帶電粒子或空位，因此介質不論在直流電場或交變電場作用下都會發生漏導損耗。

2）極化損耗

在介質發生緩慢極化時（松弛極化、空間電荷極化等），帶電粒子在電場力的影響下因克服熱運動而引起的能量損耗。

　　一些介質在電場極化時也會產生損耗，這種損耗一般稱極化損耗。位移極化從建立極化到其穩定所需時間很短（約為10-16～10-12s），這在無線電頻率（5×1012Hz 以下）范圍均可認為是極短的，因此基本上不消耗能量。其他緩慢極化（例如松弛極化、空間電荷極化等）在外電場作用下，需經過較長時間（10-10s或更長）才達到穩定狀態，因此會引起能量的損耗。

若外加頻率較低，介質中所有的極化都能完全跟上外電場變化，則不產生極化損耗。若外加頻率較高時，介質中的極化跟不上外電場變化，于是產生極化損耗。

電離損耗

電離損耗（又稱游離損耗）是由氣體引起的，含有氣孔的固體介質在外加電場強度超過氣孔氣體電離所需要的電場強度時，由于氣體的電離吸收能量而造成指耗，這種損耗稱為電離損耗。

結構損耗

在高頻電場和低溫下，有一類與介質內鄰結構的緊密度密切相關的介質損耗稱為結構損耗。這類損耗與溫度關系不大，耗功隨頻率升高而增大。