QS-37介電常數(shù)介質(zhì)損耗測(cè)試儀

1. 技術(shù)指標(biāo)測(cè)量范圍及誤差

2. 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)

   測(cè)量項(xiàng)目	測(cè)量范圍	測(cè)量誤差
   電容量Cx	40pF—20000pF	±0.5%  Cx±2pF
   介損損耗tgδ	0-1	±1.5%  tgδx±0.0001

   在Cn=100 pF    R4=318.3（Ω）時(shí)

   測(cè)量項(xiàng)目	測(cè)量范圍	測(cè)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(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。

公式說明

.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

QS-37介電常數(shù)介質(zhì)損耗測(cè)試儀橋在使用過程中，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。

     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)

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

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。本電橋在平衡過程中，輔橋采用自動(dòng)電位跟蹤，在主橋平衡過程的同時(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(dòng)式檢流計(jì)的缺點(diǎn)。 

3-1 橋體的組成

電橋各臂的組成

一臂：由被測(cè)對(duì)象Cx組成Z₁。

第二臂：由高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器Cn組成Z₂。

第三臂：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。

第四臂：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。

關(guān)于檢測(cè)器的說明
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(jiǎn)單。其結(jié)構(gòu)原理見圖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- K ZH
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

概述
西林 電橋 是測(cè)量電容率和介質(zhì)損耗因數(shù)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(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)無損耗電容C,)。另外兩臂(通常稱之為測(cè)臂)由無感電阻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R、和(純)電容 C 的串聯(lián)等值回路來表示電容 Cx，則圖A.1 所示的電橋平衡時(shí)
導(dǎo)出

由于 頻 率 范圍的不同，實(shí)際上電橋構(gòu)造會(huì)有明顯的不同。例如一個(gè)50p F-10 00p F的電容在
50 Hz時(shí)的阻抗為60 Md2-3 Md2，在100 kHz時(shí)的阻抗為3 000 Q-1 500 S1
頻率 為 100k Hz時(shí)，橋的四個(gè)臂容易有相同數(shù)量級(jí)的阻抗，而在50H z-60H z的頻率范圍內(nèi)則是
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。
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?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。屏蔽與使用被保護(hù)的電容C、和C、是一
致的，這個(gè)保護(hù)對(duì)于Ch來說是*的。
由于 選 擇 不同的接地方法，實(shí)際上形成了兩類電橋。
A.1.2.1 帶屏蔽的簡(jiǎn)單西林電橋
橋 的 B 點(diǎn)(在測(cè)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(hù)高壓邊影響的作用，但是增加了屏蔽與接到測(cè)量臂接線端 M和N的各根
導(dǎo)線之間電容.此電容承受跨接測(cè)量臂兩端的電壓這樣會(huì)引人一個(gè)通常使tans的測(cè)量精度限于
0.1%數(shù)量級(jí)的誤差，當(dāng)電容cx和Cw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(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Zu)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。通過檢測(cè)器從一個(gè)橋轉(zhuǎn)換到另一個(gè)橋逐次地逼近平衡而終達(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) 

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=60Hz）若干倍。

公式說明

.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

電橋在使用過程中，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。

     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)

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