QS37型工頻介電常數(shù)及介質(zhì)損耗測(cè)試儀
QS37工頻介電常數(shù)介質(zhì)損耗測(cè)定儀高壓電橋簡(jiǎn)介
QS37型高壓電橋主要用于測(cè)量高壓工業(yè)絕緣材料的介質(zhì)損失角的正切值及電容量。其采用了西林電橋的經(jīng)典線(xiàn)路。電橋由橋體、指另儀、跟蹤器組成，本電 橋特別適用測(cè)量各類(lèi)絕緣油和絕緣材料的介損（tgδ）及介電常數(shù)（ε）。
測(cè)量范圍及誤差
在Cn＝100pF R4＝3183.2（Ω）（即10K/π）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 |
介質(zhì)損耗tgδ | 0～1 | ±1.5％tgδx±1×10-4 |
在Cn＝100pF R4＝318.3（Ω）（即1K/π）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±2pF |
介質(zhì)損耗tgδ | 0～0.1 | ±1.5％tgδx±1×10-4 |
輔橋的技術(shù)特性
工作電壓 | 220V 50Hz |
輸入阻抗 | >10-12 MΩ |
輸出阻抗 | >0.6 Ω |
放大倍數(shù) | >0.99 |
不失真跟蹤電壓 | 0～12V（有效值） |
QS37工頻介電常數(shù)介質(zhì)損耗測(cè)定儀高壓電橋指零裝置的技術(shù)特性
工作電壓 | 220V 50HZ |
在50Hz時(shí)電壓靈敏度不低于1X10-6V／格 | 電流靈敏度不低于2X10-9A／格 |
二次諧波 | 減不小于25db |
三次諧波 | 減不小于50db |
BR34電容器
介電常數(shù)和介質(zhì)損耗測(cè)試儀簡(jiǎn)介
在每個(gè)高壓實(shí)驗(yàn)室和試驗(yàn)中，壓縮氣體標(biāo)準(zhǔn)電容器是一種必要的儀器。在這些場(chǎng)合中，它有許多重要的作用。在電橋電路中壓縮氣體電容器被用來(lái)測(cè)量電容器、電纜、套管、絕緣子、變壓器繞組及絕緣材料的電容和介質(zhì)損耗角正切值（tgδ）。而且，還可以用作高壓測(cè)量電容分壓裝置的高壓電容。在某些條件下，還可以在局部放電測(cè)量中作高壓耦合電容器。
電容穩(wěn)定。
氣壓和溫度的變化對(duì)電容的影響可以忽略。
介質(zhì)損耗小。
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介
外殼由絕緣套筒及鋼板制成的底和蓋組成，底和蓋用螺栓及環(huán)緊固在絕緣套筒的兩端。在電容器的上下兩端有防暈罩。
電容器外殼內(nèi)裝有同軸高度拋光的圓柱形高低壓電。
電容器設(shè)有壓力表及氣閥，供觀察內(nèi)部壓力及充放氣使用。
電容器內(nèi)充有SF6氣體
技術(shù)參數(shù)
電容器安裝運(yùn)行海拔不超過(guò)1000米 | 使用周?chē)諝鉁囟?10℃~40℃相對(duì)濕度不超過(guò)70%。 |
電容器的工作頻率 | 50Hz。 |
電容器實(shí)測(cè)值誤差不大于±0.05% | 與標(biāo)稱(chēng)值誤差不大于±3% |
電容器溫度系數(shù) | ≤ 3×10-5 /℃ |
電容器壓力系數(shù) | ≤ 3×10-3Mpa |
電容器的損耗角正切值不大于 | 1×10-5 、2×10-5 、5×10-5 三檔。 |
電容器內(nèi)充SF6氣體。在20℃時(shí) | 壓力為0.4±0.1Mpa |
RY2電
簡(jiǎn)介
本電適用于固體電工絕緣材料如絕緣漆、樹(shù)脂和膠、浸漬纖制品、層壓制品、云母及其制品、塑料、電纜料、薄膜復(fù)合制品、陶瓷和 玻璃等的相對(duì)介電常數(shù)（ε）與介質(zhì)損耗角正切值（tgδ）的測(cè)試。本電主要用于頻率在工頻50Hz下測(cè)量試品的相對(duì)介電常數(shù)（ε）和介質(zhì)損耗角正切值 （tgδ）。本電的設(shè)計(jì)主要是參照國(guó)標(biāo)GB1409-78。
本電采用的是三電式結(jié)構(gòu)，能有效的消除表面漏電流的影響，使測(cè)量電下的電場(chǎng)趨于均勻電場(chǎng)。
技術(shù)指標(biāo)
電間距 | 0～3mm可調(diào) |
測(cè)量直徑 | 70±0.1mm |
空tgδ | ≤5×10-5 |
高測(cè)試電壓 | 2000V |
實(shí)驗(yàn)頻率 | 50/60Hz |
體積 | 210mm 180mm |
重量 | 6kg |
FY64a高壓電源
簡(jiǎn)介
FY64a型高壓電源采用的數(shù)字電路技術(shù)，測(cè)試電壓、漏電流均為數(shù)字顯示，可以直觀、準(zhǔn)確、快速、安全的輸出高壓。
技術(shù)規(guī)格
序號(hào) | 項(xiàng)目 | 參數(shù) |
1 | 輸出電壓(交流）0～5kV | （±3%±3個(gè)字） |
2 | 變壓器容量 | 500VA |
3 | 輸出波形 | 50Hz正弦波 |
4 | 工作電壓 | AC220V±10% |
5 | 消耗功率 | 大75VA |
6 | 外形尺寸 | 320mm寬×170mm高×245mm深 |
7 | 重量 | 10Kg |
RY2
固體絕緣材料測(cè)試電
本電適用于固體電工絕緣材料如絕緣漆、樹(shù)脂和膠、浸漬纖制品、層壓制品、云母及其制品、塑料、電纜料、薄膜復(fù)合制品、陶瓷和 玻璃等的相對(duì)介電系數(shù)（ε）與介質(zhì)損耗角正切值（tgδ）的測(cè)試。本電主要用于頻率在工頻50Hz下測(cè)量試品的相對(duì)介電系數(shù)（ε）和介質(zhì)損耗角正切值（tgδ）。本電的設(shè)計(jì)主要是參照國(guó)標(biāo)GB1409-2006。
本電采用的是三電式結(jié)構(gòu)，能有效的消除表面漏電流的影響，使測(cè)量電下的電場(chǎng)趨于均勻電場(chǎng)。
外型圖
一、固體絕緣整套測(cè)試電（如圖一）
（圖一）
主要技術(shù)指標(biāo)
高低壓電之間距離：0～14mm可調(diào)
測(cè)量直徑：￠50±0.1mm
高壓電直徑：￠98±0.1mm
測(cè)量與保護(hù)環(huán)間隙為2±0.05
空tgδ：≤5×10-5
高測(cè)試電壓：2kV
實(shí)驗(yàn)頻率：50/60Hz
常溫或耐受溫度200℃(數(shù)字百分表不能加溫）
帶數(shù)字百分表測(cè)量范圍為0~12mm
制作技術(shù)指標(biāo)依據(jù)GB/T1303.2---2009
體積：Ф220mm×H300mm
重量：8kg
使用說(shuō)明
示意圖
數(shù)字式百分表面板圖
- 電池蓋
- 數(shù)據(jù)輸出路口
- 置零按鈕
- 電源開(kāi)關(guān)
- 公英制按鈕
- 電示意圖1.高壓
2.屏蔽
3.測(cè)量
- 連線(xiàn)圖
- 使用方法
- 使用前請(qǐng)檢查所有連線(xiàn)是否正確，接地是否可靠。
- 通過(guò)調(diào)節(jié)螺桿上的調(diào)節(jié)鈕，使測(cè)量板與高壓板緊密貼在一起。
- 將百分表的電源開(kāi)關(guān)打開(kāi)，并選擇適當(dāng)?shù)膯挝唬╩m/in），然后按下面板上的清零“按鈕”使指示為“0”。
- 再次調(diào)節(jié)螺桿上的調(diào)節(jié)鈕，使測(cè)量板與高壓板分開(kāi)，直到能放入被測(cè)試板片的高度即可。
- 將已擦拭干凈的測(cè)試板片放入測(cè)量板與高壓板之間，再調(diào)節(jié)螺桿上的調(diào)節(jié)鈕，使測(cè)量板與高壓板都緊密的貼在測(cè)試板片的兩邊。（注：只要帖緊即可，切勿用過(guò)大的力）
- 可通過(guò)高壓電橋測(cè)量出被測(cè)板片此時(shí)的電容量（C）和介質(zhì)損耗角正切值（tgδ）。
- 測(cè)量完畢后，記下此時(shí)百分表的示值代入下式計(jì)算出被測(cè)板片的介電常數(shù)（ε）。同時(shí)關(guān)閉百分表電源開(kāi)關(guān)。
εx=Cx/Ca ……………………公式1
Cx：有被測(cè)試板片時(shí)的電容量
Ca：無(wú)被測(cè)試板片時(shí)的電容量
Ca=ε0S/d …………… 公式2
S：為測(cè)量的面積（1963.5mm2）
d：片之間的距離（Xmm）
經(jīng)過(guò)計(jì)算，與有試片同等距離的空電容量
Ca=17.385/d ………………公式3
d：是從百分表上讀取，單位mm
二、儀器的成套性
1．絕緣固體介損測(cè)量電 1只
2．使用說(shuō)明書(shū) 1份
BR34/1
壓縮氣體標(biāo)準(zhǔn)電容器
一、概述：
在每個(gè)高壓實(shí)驗(yàn)室和試驗(yàn)中，壓縮氣體標(biāo)準(zhǔn)電容器是一種必要的儀器。在這些場(chǎng)合中，它有許多重要的作用。在電橋電路中壓縮氣體電容器被用來(lái)測(cè)量電容器、電纜、套管、絕緣子、變壓器繞組及絕緣材料的電容和介質(zhì)損耗角正切值（tgδ）。而且，還可以用作高壓測(cè)量電容分壓裝置的高壓電容。在某些條件下，還可以在局部放電測(cè)量中作高壓耦合電容器。
二、特點(diǎn)：
電容穩(wěn)定。?
氣壓和溫度的變化對(duì)電容的影響可以忽略。
介質(zhì)損耗小。
三、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介：
外殼由絕緣套筒及鋼板制成的底和蓋組成，底和蓋用螺栓及環(huán)緊固在絕緣套筒的兩端。在電容器的上下兩端有防暈罩。
電容器外殼內(nèi)裝有同軸高度拋光的圓柱形高低壓電。
電容器內(nèi)充有SF6，外裝屏蔽插座，可與QS30、QS37、QS19 及2801等電橋插頭通用，通過(guò)連接線(xiàn)也可和各類(lèi)電橋及各類(lèi)自動(dòng)介損儀配套使用。
四、原理圖：
0：屏蔽（S）
1：高壓輸入端（VH）
2：測(cè)量端（CX）
五、技術(shù)參數(shù)：
電容器安裝運(yùn)行海拔不超過(guò)1000米。
使用周?chē)諝鉁囟?5℃~40℃，相對(duì)濕度不超過(guò)70%。
電容器額定電壓10kV。
電容器試驗(yàn)電壓為1.2倍的額定電壓。
電容器額定電容量100pF。
電容器電容量誤差不大于3%
電容器的工作頻率為50Hz。
電容器的損耗角正切值不大于5×10-5 。
電容器實(shí)測(cè)值誤差不大于±0.05%，與標(biāo)稱(chēng)值誤差不大于±3%
電容器溫度系數(shù) ≤ 3×10-5 /℃
電容器壓力系數(shù) ≤ 3×10-3Mpa
電容器內(nèi)充SF6氣體。
六、儀器的成套性
1.用戶(hù)選配的標(biāo)準(zhǔn)電容器
2.產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)及合格證
七、維護(hù)
在電力運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)應(yīng)防止暴曬雨淋。
經(jīng)常保持電容器外絕緣表面清潔。
存放時(shí)應(yīng)置陰涼干燥處，以防受潮。
若有質(zhì)量問(wèn)題，請(qǐng)及時(shí)與制造廠lian系。
中華人民共和國(guó)標(biāo)準(zhǔn)
GB/T1409—2006 代替GB/T1409—1988 |
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
Recommendedmethodsforthedeterminationofthepermittivity
anddielectricdissipationfatorofelectricalinsulatingmaterials
atpower,audioandradiofrequenciesincludingmeterwavelengths
（IEC60250:1969,MOD）
2006-02-15發(fā)布 2006-06-01實(shí)施 |
中華人民共和國(guó)
中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)
GB/T1409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
1,范圍
本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了在15Hz?300MHz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。凡是注日期的引用文件,其隨后所有的修改單（不包括勘誤的內(nèi)容）或修訂版均不適用于本標(biāo)準(zhǔn),然而,鼓勵(lì)根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)達(dá)成協(xié)議的各方研究是否可使用這些文件的新版本。凡是不注日期的引用文件,其新版本適用于本標(biāo)準(zhǔn)。
IEC60247:1978 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
下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本標(biāo)準(zhǔn)。
3.1
相對(duì)電容率relative permittivity
ε r
電容器的電之間及電周?chē)目臻g全部充以絕緣材料時(shí),其電容Cx與同樣電構(gòu)形的真空電容Co之比；
……………………………（1）
式中；
εr——相對(duì)電容率;
Cx——充有絕緣材料時(shí)電容器的電電容；
Co——真空中電容器的電電容。
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ε r等于1.00053,因此,用這種電構(gòu)形在空氣中的電容Cx來(lái)代替Co測(cè)量相對(duì)電容率εr時(shí),也有足夠的度。
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εr與真空電氣常數(shù)εr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)εr,為：
……………………………（2）
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:ε0=0.088 54 pF/cm
3.2
介質(zhì)損耗角dielectric loss angle
δ
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)1） dielectric dissipation factor
tanδ
損耗角δ的正切。
3.4
[介質(zhì)]損耗指數(shù) [dielectric] loss index
εr
該材料的損耗因數(shù)tanδ與相對(duì)電容率εr的乘積。
3.5
復(fù)相對(duì)電容率 complex relative permittivity
εr
由相對(duì)電容率和損耗指數(shù)結(jié)合而得到的：
式中：
εr——復(fù)相對(duì)電容率；
εr——損耗指數(shù)；
εr,εr——相對(duì)電容率；
tanδ——介質(zhì)損耗因數(shù)。
注：有損耗的電容器在任何給定的頻率下能用電容Cs和電阻Rs的串聯(lián)電路表示,或用電容CP和電阻RP（或電導(dǎo)CP）并聯(lián)電路表示。
并聯(lián)等值電路 串聯(lián)等值電路
式中：
Cs——串聯(lián)電容；
Rs——串聯(lián)電阻；
1）有些用“損耗角正切”來(lái)表示“介質(zhì)損耗因數(shù)”,因?yàn)閾p耗的測(cè)量結(jié)果是用損耗角的正切來(lái)報(bào)告的。
CP——并聯(lián)電容；
RP——并聯(lián)電阻。
雖然以并聯(lián)電路表示一個(gè)具有介質(zhì)損耗的絕緣材料通常是合適的,但在單一頻率下,有時(shí)也需要以電容Cs和電阻Rs的串聯(lián)電路來(lái)表示。
串聯(lián)元件與并聯(lián)元件之間,成立下列關(guān)系：
式（9）,（10）,（11）中：Cs,Rs,CP,RP,tanδ同式（7）,（8）。
無(wú)論串聯(lián)表示法還是并聯(lián)表示法,其介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ是相等的。
假如測(cè)量電路依據(jù)串聯(lián)元件來(lái)產(chǎn)生結(jié)果,且tanδ太大而在式（9）中不能被忽略,則在計(jì)算電容率前必須先計(jì)算并聯(lián)電容。
本標(biāo)準(zhǔn)中的計(jì)算和測(cè)量是根據(jù)電流（ω=πf）正弦波形作出的。
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
下面分別討論頻率,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εr和tanδ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)化和電導(dǎo)而產(chǎn)生,重要的變化是性分子引起的偶子化和材料的不均勻性導(dǎo)致的界面化所引起的。
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)損耗因數(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
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*的。
注：濕度的顯著影響常常發(fā)生在1MHz以下及微波頻率范圍內(nèi)。
4.2.4電場(chǎng)強(qiáng)度
存在界面化時(shí),自由離子的數(shù)目隨電場(chǎng)強(qiáng)度增大而增加,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
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%的度來(lái)講,1.5mm的厚度就足夠了,但是對(duì)于更高度,好是采用較厚的試樣,例如6mm?12mm。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±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10pF的電容時(shí),使用有良好屏蔽保護(hù)的儀器。由于現(xiàn)有儀器的限分辨能力約1pF,因此試樣應(yīng)薄些,直徑為10cm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。點(diǎn)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。因此試樣電容好取值為20pF,在測(cè)量回路中,與試樣并聯(lián)的電容不應(yīng)大于約5pF,
5.1.2電系統(tǒng)
5.1.2.1加到試樣上的電
電可選用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)電難以對(duì)齊時(shí),其中一個(gè)電應(yīng)比另一個(gè)電大些。已經(jīng)加有電的試樣應(yīng)放置在兩個(gè)金屬電之間,這兩個(gè)金屬電要比試樣上的電稍小些。對(duì)于平板形和圓柱形這兩種不同電結(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1給出。
對(duì)于介質(zhì)損耗因數(shù)的測(cè)量,這種類(lèi)型的電在高頻下不能滿(mǎn)足要求,除非試樣的表面和金屬板都非常平整。圖1所示的電系統(tǒng)也要求試樣厚度均勻。.
5.1.2.2試樣上不加電
表面電導(dǎo)率很低的試樣可以不加電而將試樣插入電系統(tǒng)中測(cè)量,在這個(gè)電系統(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。
平板電或圓柱形電結(jié)構(gòu)的電容計(jì)算公式由表3給出。
下面兩種型式的電裝置特別合適.
5.1.2.2.1空氣填充測(cè)微計(jì)電
當(dāng)試樣插入和不插人時(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。電系統(tǒng)中可包括保護(hù)電。
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)池電直徑相同的圓片,或?qū)y(cè)微計(jì)電來(lái)說(shuō),試樣可以比電小到足以使邊緣效應(yīng)忽略不計(jì)。在測(cè)微計(jì)電中,為了忽略邊緣效應(yīng),試樣直徑約比測(cè)微計(jì)電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,電系統(tǒng)可加上保護(hù)電。保護(hù)電的寬度應(yīng)至少為兩倍的試樣厚度,保護(hù)電和主電之間的間隙應(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1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)成電的材料
5.1.3.1金屬箔電
用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,其厚度大為100μm,也可使用厚度小于10μm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
燒熔金屬電適用于玻璃,云母和陶瓷等材料,銀是普遍使用的,但是在高溫或高濕下,好采用金。
5.1.3.3噴鍍金屬電
鋅或銅電可以噴鍍?cè)谠嚇由?它們能直接在粗糙的表面上成膜。這種電還能?chē)娫诓忌?因?yàn)樗鼈儾淮┩阜浅Ｐ〉目籽邸?/p>
5.1.3.4陰蒸發(fā)或高真空蒸發(fā)金屬電
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)電的邊緣應(yīng)界限分明。
5.1.3.5汞電和其他液體金屬電
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)樗恼魵馐怯卸镜摹?/p>
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鎘,鎘象汞一樣,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材料。因?yàn)榇朔N電是多孔的,可透過(guò)濕氣,能使試樣的條件處理在涂上電后進(jìn)行,對(duì)研究濕度的影響時(shí)特別有用。此種電的缺點(diǎn)是試樣涂上銀漆后不能馬上進(jìn)行試驗(yàn),通常要求12h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,則石墨還會(huì)穿透試樣。
5.1.4電的選擇
5.1.4.1板狀試樣
考慮下面兩點(diǎn)很重要：
a）不加電,測(cè)量時(shí)快而方便,并可避免由于試樣和電間的不良接觸而引起的誤差。
b）若試樣上是加電的,由測(cè)量試樣厚度h時(shí)的相對(duì)誤差△h/h所引起的相對(duì)電容率的相對(duì)誤差△εr/εr可由下式得到：
……………………………（12）
式中：
△εr——相對(duì)電容率的偏差；
εr——相對(duì)電容率；
h——試樣厚度；
Ah——試樣厚度的偏差。
若試樣上加電,且試樣放在有固定距離S>h的兩個(gè)電之間,這時(shí)
……………………………（13）
式中：
△εr,εr,h同式（12）。
εr——試樣浸入所用流體的相對(duì)電容率,對(duì)于在空氣中的測(cè)量則εr等于1。
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。對(duì)于這些材料,電應(yīng)覆蓋在試樣的整個(gè)表面上,并且不用保護(hù)電。對(duì)于相對(duì)電容率在3?10之間的材料,能給出高精度的電是金屬箔,汞或沉積金屬,選擇這些電時(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好的。
5.1.4.2管狀試樣
對(duì)管狀試樣而言,合適的電系統(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,電系統(tǒng)應(yīng)為一個(gè)內(nèi)電和一個(gè)稍為窄一些的外電和外電兩端的保護(hù)電組成,外電和保護(hù)電之間的間隙應(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（測(cè)量電）,兩端各有一條用作保護(hù)電。內(nèi)電可用汞,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)電和外電可以伸展到管狀試樣的全部長(zhǎng)度上,可以不用保護(hù)電。
大直徑的管狀或圓筒形試樣,其電系統(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)電與金屬箔或沉積金屬膜的外電和保護(hù)電一起使用。如采用金屬箔做內(nèi)電,為了保證電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的系統(tǒng)。對(duì)于相對(duì)電容率εr不超過(guò)10的管狀試樣,方便的電是用金屬箔,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；瓷管上可采用燒熔金屬電。電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,電系統(tǒng)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)電的相對(duì)位置。此外還應(yīng)注意：液體需要量少,電材料不影響液體,液體也不影響電材料,溫度易于控制,端點(diǎn)和接線(xiàn)能適當(dāng)?shù)仄帘危恢坞姷慕^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?圖4。電是不銹鋼的,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,1EC 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)與電材料有明顯的關(guān)系,不銹鋼電不總是合適的。有時(shí),用鋁和杜拉鋁制成的電能得到比較穩(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。3試驗(yàn)池試驗(yàn)幾種類(lèi)型的絕緣液體時(shí),若單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)則后要用大沸點(diǎn)低于100°C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,用瑢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℃左右的溫度下烘干30min。
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)的淸洗步驟可以代之為在每一次試驗(yàn)后用沒(méi)有殘留紙屑的干紙簡(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,四氧化碳,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,氧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“電常數(shù)。
“電常數(shù)”C。的確定按式（14）:
……………………………（14）
式中：
Cc——電常數(shù)；
Co——空氣中電裝置的電容；
Cn——充有校正液體時(shí)電裝置的電容；
εn——校正液體的相對(duì)電容率。
從C。和Cc的差值可求得校正電容Cg
并按照公式
來(lái)計(jì)算液體未知相對(duì)電容率εx。
式中：
Cg——校正電容；
Co——空氣中電裝置的電容；
Cc——電常數(shù)|
Cx——電裝置充有被試液體時(shí)的電容；
εx——液體的相對(duì)電容率。
假如Co,Cn和Cx值是在εn是已知的某一相同溫度下測(cè)定的,則可求得高精度的εx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)樗擞捎诩纳娙莼螂婇g隙數(shù)值的不準(zhǔn)確測(cè)量所引起的誤差。
6,測(cè)置方法的選擇
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)50MHz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；也就是在接入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。通常回路采用西林電橋,變壓器電橋（也就是互感耦合比例臂電橋）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)電不需任何外加附件或過(guò)多操作,就可采用保護(hù)電；它沒(méi)有其他網(wǎng)絡(luò)的缺點(diǎn)。
6.2諧振法適用于10kHz?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。
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,敘述電橋和測(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)地測(cè)量厚度,使偏差在±（0.2%土0.005mm）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)量
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1MHz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εr
試樣加有保護(hù)電時(shí)其相對(duì)電容率εr可按公式（1）計(jì)算,沒(méi)有保護(hù)電時(shí)試樣的被測(cè)電容Cx包括了一個(gè)微小的邊緣電容Ce,其相對(duì)電容率為：
……………………………（17）
式中：
εr——相對(duì)電容率；
Cx——沒(méi)有保護(hù)電時(shí)試樣的電容；
Ce——邊緣電容;
Co——法向間電容；
Co和Ce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)電間或不接觸電間被測(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)tanδ
介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ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±1%,介質(zhì)損耗因數(shù)的精度為±（5%±0.0005）。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；所用電裝置引起的這些量的校正精度；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)±（0.1%土0.02pF）,介質(zhì)損耗因數(shù)的測(cè)量精度能達(dá)±（2%±0.00005）。在較高頻率下,其誤差增大,電容的測(cè)量精度為±（0.5%±0,1PF）,介質(zhì)損耗因數(shù)的測(cè)量精度為±（2%±0.0002）。
對(duì)于帶有保護(hù)電的試樣,其測(cè)量精度只考慮間法向真空電容時(shí)有計(jì)算誤差。但由被保護(hù)電和保護(hù)電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乏幾。如果試樣厚度的測(cè)量能到±0.005mm,則對(duì)平均厚度為1.6mm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±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,間法向真空電容的測(cè)量誤差為±0.5%。
對(duì)表面加有電的試樣的電容,若采用測(cè)微計(jì)電測(cè)量時(shí),只要試樣直徑比測(cè)微計(jì)電足夠小,則只需要進(jìn)行間法向電容的修正。采用其他的一些方法來(lái)測(cè)量?jī)呻娫嚇訒r(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)地電容的誤差為因此帶來(lái)總的誤差是百分之幾十到百分之幾。當(dāng)電不接地時(shí),對(duì)地電容誤差可大大減小。
采用測(cè)微計(jì)電時(shí),數(shù)量級(jí)是0.03的介質(zhì)損耗因數(shù)可測(cè)到真值的±0.0003,數(shù)量級(jí)0.0002的介質(zhì)損耗因數(shù)可測(cè)到真值的±0.00005介質(zhì)損耗因數(shù)的范圍通常是0.0001?0.1,但也可擴(kuò)展到0.1以上。頻率在10MHz和20MHz之間時(shí),有可能檢測(cè)出0.00002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±2%,該精度不僅受到計(jì)算間法向真空電容測(cè)量精度的限制,也受到測(cè)微計(jì)電系統(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；
電裝置類(lèi)型,若有加在試樣上的電應(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εr（平均值）；
介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ（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。
表1 真空電容的計(jì)算和邊緣校正
（1） | 間法向電容 （單位：皮法和厘米） （2） | 邊緣電容的校正 （單位：皮法和厘米） （3） |
1.有保護(hù)環(huán)的圓盤(pán)狀電 | ||
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2.沒(méi)有保護(hù)環(huán)的圓盤(pán)狀電 | ||
a）電直徑=試樣直徑
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b）上下電相等,但比試樣小
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其中：ε1 是試樣相對(duì)電容率的近似值,并且a≤h | |
表1（續(xù)）
（1） | 間法向電容 （單位：皮法和厘米） （2） | 邊緣電容的校正 （單位：皮法和厘米） （3） |
c）電直徑=試樣直徑
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其中：ε1 是試樣相對(duì)電容率的近似值,并且a≤h |
3.有保護(hù)環(huán)的圓柱形電 | ||
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4.沒(méi)有保護(hù)環(huán)的圓柱形電 | ||
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其中：ε1 是試樣相對(duì)電容率的近似值 |
試樣的相對(duì)電容率：
其中：
Cx——電之間被測(cè)的電容；
In——自然對(duì)數(shù)；
Ig——常用對(duì)數(shù)。
表2 試樣電容的計(jì)算——接觸式測(cè)微計(jì)電
試樣電容 | 注 | 符號(hào)定義’ |
1.并聯(lián)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電容器來(lái)替代試樣電容 | CP——試樣的并聯(lián)電容 △C——取去試樣后,為恢復(fù)平衡時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)電容器的電容增量 Cr——在距離為r時(shí),測(cè)微計(jì)電的標(biāo)定電容 Cs——取去試樣后,恢復(fù)平衡,測(cè)微計(jì)電間距為s時(shí)的標(biāo)定電容Cor,Coh——測(cè)微計(jì)電之間試樣所占據(jù)的,間距分別為r或h的空氣電容。可用表1中的公式1來(lái)計(jì)算r——試樣與所加電的厚度 h——試樣厚度 相對(duì)電容率: | |
CP=△C Cor | 試樣直徑至少比測(cè)微計(jì)電的直徑小2r。在計(jì)算電容率時(shí)必須采用試樣的真實(shí)厚度h和面積A。 | |
2.取去試樣后減少測(cè)微計(jì)電間的距離來(lái)替代試樣電容 | ||
CP=Cs-Cr Cor | 試樣直徑至少比測(cè)微計(jì)電的直徑小2r。在計(jì)算電容率時(shí)必須采用試樣的真實(shí)厚度h和面積A。 | |
3.并聯(lián)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電容器來(lái)替代試樣電容 當(dāng)試樣與電的直徑同樣大小時(shí),僅存在一個(gè)微小的誤差（因電邊緣電場(chǎng)畸變引起0.2%?0.5%的誤差）,因而可以避免空氣電容的兩次計(jì)算。 | ||
CP=△C Coh | 試樣直徑等于測(cè)微計(jì)電直徑,施于試樣上的電的厚度為零。
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