广东介电常数测试仪介质损耗

广东介电常数测试仪介质损耗GDAT高频Q表的全数字化界面和微机控制使读数清晰稳定、操作简便。操作者能在任意点频率或电容值的条件下检测Q值甚至tanδ，无须关注量程和换算，*摒弃了传统Q表依赖面板上印制的辅助表格操作的落后状况，它无疑是电工材料高频介质损耗角正切值(tanδ)和介电常数(ε)测量的理想工具。

数据采集和tanδ自动测量控件（装入GDAT)，实现了数据采集、数据分析和计算的微处理化，tanδ 测量结果的获得无须繁琐的人工处理，因而提高了数据的精确度和测量的同一性，是人工读值和人工计算*的。

介电体（又称电介质）基本的物理性质是它的介电性，对介电性的研究不但在电介质材料的应用上具有重要意义，而且也是了解电介质的分子结构和激化机理的重要分析手段之一，探索高介电常数的电介质材料，对电子工业元器件的小型化有着重要的意义。介电常数（又称电容率）是反映材料特性的重要参量，电介质极化能力越强，其介电常数就越大。测量介电常数的方法很多，常用的有比较法，替代法，电桥法，谐振法，Q表法，直流测量法和微波测量法等。各种方法各有特点和适用范围，因而要根据材料的性能，样品的形状和尺寸大小及所需测量的频率范围等选择适当的测量方法。

广东介电常数测试仪介质损耗技术指标：

2.1 tanδ和ε性能：

2.1.1 固体绝缘材料测试频率10kHz～120MHz的tanδ和ε变化的测试。

2.1.2 tanδ和ε测量范围：

tanδ：0.1～0.00005，ε：1～50

2.1.3 tanδ和ε测量精度（1MHz）：

tanδ：±5%±0.00005，ε：±2%

工作频率范围：50kHz～50MHz    四位数显，压控振荡器

Q值测量范围：1～1000三位数显，±1Q分辨率

可调电容范围：40～500 pF  ΔC±3pF

电容测量误差：±1%±1pF

Q表残余电感值：约20nH

介电常数介质损耗测试仪装置：

2.3.1 平板电容器极片尺寸：:Φ38mm和Φ50mm二种.
2.3.2 平板电容器间距可调范围和分辨率：0～8mm， ±0.01mm
2.3.3 圆筒电容器线性： 0.33 pF /mm±0.05 pF,
2.3.4 圆筒电容器可调范围：±12.5mm（±4.2pF）
2.3.5 装置插头间距：25mm±0.1mm
2.3.6 装置损耗角正切值:≤2.5×10-4

介电常数测量技术在民用，工业以及军事等各个领域应用广泛。本文主要对介电常数测量的常用方法进
行了综合论述。首先对国家标准进行了对比总结；然后分别论述了几种常用测量方法的基本原理、适用范围、
优缺点及发展近况；后对几种测量方法进行了对比总结，得出结论。

介电常数是物体的重要物理性质，对介电常数的研究有重要的理论和应用意义。电气工程中的电介质问题、电磁兼容问题、生物医学、微波、电子技术食品加工和地质勘探中，无一不利用到物质的电磁特性，对介电常数的测量提出了要求。目前对介电常数测量方法的应用可以说是遍及民用、工业、国防的各个领域

在食品加工行业当中，储藏、加工、灭菌、分级及质检等方面都广泛采用了介电常数的测量技术。例如，通过测量介电常数的大小，新鲜果蔬品质、含水率、发酵和干燥过程中的一些指标都得到间接体现，此外，根据食品的介电常数、含水率确定杀菌时间和功率密度等工艺参数也是重要的应用之一[1]。在路基压实质量检测和评价中，如果利用常规的方法，尽管测量结果比较准确，但工作量大、周期长、速度慢且对路面造成破坏。由于土体的含水量、温度及密度都会对其介电特性产生不同程度的影响，因此可以采用雷达对整个区域进行测试以反算出介电常数的数值，通过分析介电性得到路基的密度及压实度等参数，达到快速测量路基的密度及压实度的目的[2]。此外，复介电常数测量技术还在水土污染的监测中得到了应用[3]。并且还可通过对岩石介电常数的测量对地震进行预报[4]。上面说的是介电常数测量在民用方面的部分应用，其在工业上也有重要的应用。典型的例子有低介电常数材料在超大规模集成电路工艺中的应用以及高介电常数材料在半导体储存器件中的应用。在集成电路工艺中，随着晶体管密度的不断增加和线宽的不断减小，互联中电容和电阻的寄生效应不断增大，传统的绝缘材料二氧化硅被低介电常数材料所代替是必然的。目前Applied Materials 的BlackDiamond 作为低介电常数材料，已经应用于集成电路的商业化生产[5]。在半导体储存器件中，利用高介电常数材料能够解决半导体器件尺寸缩小而导致的栅氧层厚度极限的问题，同时具备特殊的物理特性，可以实现具有特殊性能的新器件[6]。在军事方面，介电常数测量技术也广泛应用于雷达和各种特
殊材料的制造与检测当中。对介电常数测量技术的应用可以说是不胜枚举。介电常数的测量技术已经广泛应用于民用、工业和国防各个领域，并且有发展的空间和必要性。我们对测量介电常数的方法进行总结，能更清晰的认识测量方法的现状，为某些应用提供一种可能适合的方法，是有一定理论和工程应用意义的。

.介电常数测量方法综述介电常数的测量按材质分类可以分为对固体、液体、气体以及粉末(颗粒)的测量[7]。固体电介质在测量时应用为广泛，通常可以分为对固定形状大小的固体和对形状不确定的固体的测量。相对于固体，液体和气体的测试方法较少。对于液体，可以采用波导反射法测量其介电常数，误差在5%左右[8]。此外国家标准中给出了在90℃、工频条件下测量液体损耗角正切及介电常数的方法[9]。对于气体，具体测试方法少且精度都不十分高。文献[10]中给出一种测量方法，以测量共振频率为基础，在LC 串联谐振电路中产生震荡，利用数字频率计测量谐振频率，不断改变压强和记录当前压强下谐振频率，后用作图或者一元线性回归法处理数据，得到电容变化率进而计算出相对介电常数。

介电常数介质损耗测试仪特性及意义

一、核心特性

‌精密测量系统‌

·采用高频谐振法及电桥法相位差检测技术，通过对比标准电容器与待测样品的电流相位差，计算复介电常数（ε' 和 ε''）及介质损耗角正切（tanδ=ε''/ε'），测量精度可达微伏级信号分辨。

·配备三电极结构（保护电极、测量电极、高压电极），消除边缘效应，确保电场强度接近实际工况（如 IEC 60250 标准要求 1kV/mm）。

‌宽频与多参数覆盖‌

·支持频率范围从低频（20Hz）至高频（1MHz），部分型号可扩展至射频范围，满足不同材料的电学特性分析需求。

·同时测量电容、电感、电阻等参数，电容量覆盖范围从 3pF 至 30μF，适用于电容器、绝缘材料及复合材料的性能评估。

‌智能控制与扩展功能‌

·集成自动化测试流程，通过 PID 算法实现温度控制（-40℃至200℃），部分型号支持液氮低温扩展，适应环境测试。

·配备大容量存储和数据分析软件，支持数据导出、远程监控及报告生成，提升测试效率。

二、应用意义

‌材料研发与优化‌

·通过介电常数（ε）和介质损耗（tanδ）的精确测量，揭示材料的极化能力、能量损耗特性及微观结构，指导新材料的开发与改性（如纳米复合材料表面处理优化）。

‌工业质量控制‌

·在电力系统中，检测绝缘材料（如高压电缆）的介质损耗可预防因温升导致的绝缘层老化或击穿事故，保障设备安全运行。

·优化电容器、电感器等电子元件的介质材料选择，提升高频工作条件下的 Q 值及元件寿命。

‌科研与标准验证‌

·研究介电驰豫现象及材料老化机制，通过不同频率和温度下的介电性能分析，揭示材料分子运动规律，为理论模型提供数据支撑。

·验证材料是否符合国际标准（如 IEC 60250），推动行业技术规范的制定与更新。

‌总结‌：介电常数介质损耗测试仪通过高精度测量与智能化设计，为材料科学、工业制造及基础研究提供关键数据，是保障材料性能优化和设备安全的核心工具。

电常数测试方法主要分为接触式和非接触式两大类，具体方法及其特点如下：

一、接触式测量法

‌电容法‌

·‌原理‌：将待测材料作为电容器介质，通过测量电容值计算介电常数。需注意消除边缘电容，常用保护电极技术。

·‌优点‌：操作简单、成本低。

·‌缺点‌：易受材料厚度和表面粗糙度影响。

·‌应用‌：电子材料、绝缘材料等领域。

‌谐振法（谐振腔法）‌

·‌原理‌：将材料置于微波谐振腔中，通过谐振频率变化计算介电常数。

·‌优点‌：精度高。

·‌缺点‌：设备昂贵且操作复杂。

·‌应用‌：高精度材料检测。

‌阻抗法‌

·‌原理‌：将材料视为电阻和电容的并联电路，测量阻抗后计算介电常数。

·‌优点‌：可减少材料厚度影响。

·‌缺点‌：操作复杂度较高。

二、非接触式测量法

.‌微波法‌

·‌原理‌：分析微波在材料中的反射/透射参数，推导介电常数。

·‌优点‌：测量速度快。

·‌缺点‌：设备成本高。

电压击穿测试仪，体积表面电阻率测试仪，介电常数介质损耗测试仪，漏电起痕试验仪，耐电弧试验仪，TOC总有机碳分析仪，完整性测试仪，无转子硫化仪，门尼粘度试验机，热变形维卡温度测定仪，简支梁冲击试验机，毛细管流变仪，橡胶塑料滑动摩擦试验机，氧指数测定仪，水平垂直燃烧试验机，熔体流动速率测定仪，低温脆性测试仪，拉力试验机，海绵泡沫压陷硬度测试仪，海绵泡沫落球回弹测试仪，海绵泡沫压缩永九变形试验仪

介电常数介质损耗测试仪的应用领域可分为以下方向：

一、介电常数介质损耗测试仪材料研发与性能优化

‌新型材料开发‌：评估陶瓷、聚合物、纳米复合材料等的极化机制与能量损耗特性，指导配方优化（如高聚物通过调整ε值提升耐高温性能）。

‌老化与失效分析‌：监测材料在温度、湿度变化下的介电性能演变（如高温下介电常数的非线性变化）。

‌食品与农业科学‌：通过介电常数间接检测果蔬含水率、发酵程度，或优化食品干燥、杀菌工艺参数。

二、介电常数介质损耗测试仪电子与电力工业

‌电容器与绝缘材料‌：测试聚丙烯薄膜（ε≈2.3）、电解液等介质的介电常数与损耗因数（tanδ<0.005），确保电容器储能效率和稳定性。

‌高压设备安全评估‌：检测变压器油、绝缘纸的介质损耗角正切值（tanδ），预防绝缘击穿风险。

‌电子元器件制造‌：评估液晶材料、半导体封装材料的介电性能，优化显示响应速度或器件可靠性。

三、介电常数介质损耗测试仪通信与航空航天

‌射频与微波材料‌：优化微波基板（如Rogers材料ε≈3.3-6.6）、天线材料的介电常数，提升高频信号传输效率。

‌及端环境适应性‌：测试航天器隔热材料、航空复合材料在真空或高辐射环境下的介电稳定性。

四、介电常数介质损耗测试仪工业质检与生产控制

‌化工与石油行业‌：检测有机溶剂、聚合物溶液的介电常数，优化涂料干燥性能或油品绝缘等级。

‌汽车与能源设备‌：评估电池隔膜、燃料电池电解质的介电特性，确保充放电效率与安全性。

‌建筑与土木工程‌：通过介电常数反演路基压实度或监测混凝土结构中的水分分布。

五、介电常数介质损耗测试仪跨领域创新应用

‌环境监测‌：利用土壤介电特性分析水土污染程度或预测地质灾害（如岩石介电异常与地震关联性）。

‌医疗与生物工程‌：研究生物组织或医用材料的介电响应特性，辅助开发新型传感器或诊断设备。

六、介电常数介质损耗测试仪技术扩展方向

‌高频电路设计‌：结合阻抗测试（EIS）分析PCB基板材料的介电常数与信号完整性关系。

‌储能材料开发‌：通过介电常数优化聚合物基复合材料，提升超级电容器能量密度。

七、介电常数介质损耗测试仪材料性能评估

‌介电参数测量‌：用于精确测定材料的介电常数（ε）和介质损耗角正切值（tanδ），为评估绝缘材料、陶瓷、复合材料等电学特性提供核心数据。

‌性能优化支持‌：通过分析介电参数与材料微观结构的关系，指导改进材料配方及生产工艺，提升耐压、绝缘或高频适应性等性能。

八、介电常数介质损耗测试仪行业应用场景

‌电力与电子工业‌：检测电力设备绝缘材料（如电缆、变压器套管）的介电性能，保障电网安全运行；评估电子元器件基板材料的信号传输稳定性。

‌科研与教育‌：作为高校、科研机构实验室的基础设备，用于新型功能材料（如微波介质陶瓷、高分子复合材料）的研发及教学实验。

‌工业质检‌：在陶瓷电容器制造、高频通信材料生产等领域，用于产品出厂前的介电性能合规性检测。

九、介电常数介质损耗测试仪扩展功能应用

‌多参数测量‌：部分高极型号可同步测量电容、电感、Q值等参数，支持对电路元件特性及高频传输线阻抗的全面分析。

‌宽频段适用‌：通过谐振法（MHz级）或传输线法（GHz级）等不同原理，满足从低频绝缘材料到高频微波基板的多场景测试需求。

技术特征示例典型设备如GDAT，BQS系列，支持17-240pF电容调节、1pF-25nF直接测量及1-1023的Q值范围，具备自动换档和数字频率锁定功能，确保在10kV高压下仍能保持±0.5%的测量精度

电压击穿测试仪，体积表面电阻率测试仪，介电常数介质损耗测试仪，漏电起痕试验仪，耐电弧试验仪，TOC总有机碳分析仪，完整性测试仪，无转子硫化仪，门尼粘度试验机，热变形维卡温度测定仪，简支梁冲击试验机，毛细管流变仪，橡胶塑料滑动摩擦试验机，氧指数测定仪，水平垂直燃烧试验机，熔体流动速率测定仪，低温脆性测试仪，拉力试验机，海绵泡沫压陷硬度测试仪，海绵泡沫落球回弹测试仪，海绵泡沫压缩永九变形试验仪

变压器介损测试仪（介质损耗因数测试仪）主要用于测量变压器绕组、套管等设备的介质损耗角正切值（tanδ）及等效电容，其工作原理与接线方法如下：

一、核心工作原理

‌交流阻抗法‌

通过施加特定频率（如50Hz或异频45Hz/55Hz）的交流电压，测量绝缘介质在电场作用下的极化与损耗现象，计算电流与电压的相位差以确定tanδ。

‌电桥平衡原理‌

采用西林电桥结构，将标准电容与试品电容构成平衡电路，调节电桥参数直至电流平衡，通过比例关系直接读出tanδ值和电容量。

‌数字化测量‌

现代仪器通过高速A/D转换器采集电压、电流波形，利用FFT算法提取相位差，结合电容模型计算介质损耗参数。

二、接线方法与适用场景

（一）‌正接法（常规测试）‌

‌适用场景‌：试品低压端对地绝缘（如变压器绕组、套管主绝缘）。

‌接线步骤‌：

高压输出线（红色）芯线接试品高压端（如绕组短接点），屏蔽层接地；

CX输入线（黑色）芯线接试品低压端（如套管末屏），屏蔽线接地或悬空；

非被试绕组及铁芯接地，保持试品与地绝缘良好。

‌注意‌：HV与CX的芯线与屏蔽线严禁短路，否则无法采样。

（二）‌反接法（特殊接地场景）‌

‌适用场景‌：试品低压端直接接地无法绝缘（如末屏对地绝缘电阻异常）。

‌接线步骤‌：

高压输出线芯线接试品高压端（如末屏抽头），屏蔽线悬空；

低压端接地，CX输入线不连接；

测试电压通常限制在2kV以内，避免绝缘击穿。

三、典型试验流程

‌预检准备‌

记录环境温湿度，确保试品表面清洁无污损；

短接非被试绕组并接地（如A、B、C高压绕组短接，低压a、x短接）。

‌操作流程‌

选择正/反接线模式并设置测试电压（常规10kV，反接≤2kV）；

启动升压，仪器自动计算tanδ与电容量，超阈值时触发告警；

测试完成后自动放电，断开接线。

‌安全规范‌

高压线悬空避免接触地面，防止附加介质损耗引入；

过流保护需在击穿后0.1秒内切断电源。

四、应用实例

‌测试对象‌ ‌接线模式‌ ‌关键参数‌

变压器绕组 正接法 tanδ≤0.5%（20℃基准）

电容型套管末屏 反接法 绝缘电阻>1000MΩ，tanδ≤0.023

互感器绕组 正接法 电容量变化率≤±3%

通过上述原理与接线规范，可有效评估变压器绝缘老化、受潮及局部缺陷，为设备状态检修提供数据支持。

变压器介损测试的关键注意事项，依据试验流程及安全要求分类整理：

‌测试前准备‌

‌试品预处理‌

清洁试品表面，确保无油污、灰尘或湿气，套管法兰及接线端子需干燥；

非被试绕组（如高压侧A/B/C）应短接并可靠接地，避免感应电压干扰。

‌仪器校核‌

检查介损测试仪接地状态，确保外壳电位与地一致（接地电阻≤4Ω）

变压器纸介电常数测试仪主要用于评估绝缘纸的极化性能及储能特性，其工作原理基于材料在交变电场下的电容响应与能量损耗特性，通过精密测量反映介电性能参数。

核心原理及方法如下：

一、核心测量原理

1. ‌电容法（低频测量）‌

利用平行板电容器结构，将变压器纸作为绝缘介质置于两极间，通过对比真空与介质状态下的电容比值计算介电常数（ε = C介质/C真空）。

‌公式推导‌：根据平行板电容公式 C = \frac{\varepsilon_0 \varepsilon_r A}C=

通过已知电极面积（A）、间距（d）和真空介电常数（ε₀），反推材料的相对介电常数εᵣ。

‌适用场景‌：变压器纸作为固体介质，通常在工频或低频（<1 MHz）下测试，满足电力设备应用需求。

2. ‌谐振法（高频测量）‌

通过引入谐振电路，测量插入变压器纸后谐振频率的偏移或品质因数（Q值）变化，间接计算介电常数及损耗因子。

‌操作要点‌：

线圈电感与样品电容构成谐振回路，频率偏移量Δf与介电常数成反比；

通过Q值变化评估介质损耗，适用于高频（MHz级）性能分析。

3. ‌矢量网络分析技术‌

现代仪器采用高速A/D转换器与数字信号处理（FFT算法），直接采样电压、电流波形，通过相位差计算复介电常数（实部ε'与虚部ε''）。

‌优势‌：消除电磁干扰，精度可达0.1%，支持宽频带扫描（1 kHz~1 MHz）。

二、操作流程与关键步骤

‌步骤‌ ‌技术要求‌ ‌引用依据‌

‌样品制备‌ 纸张需裁切平整，厚度均匀（±0.02 mm），表面清洁无油污

‌电极配置‌ 采用圆形镀金电极（直径25~50 mm），确保与纸张接触紧密无气隙

‌仪器校准‌ 使用标准聚四氟乙烯板（εᵣ=2.1）进行零点校准，消除系统

‌参数设定‌ 频率选择50 Hz或1 kHz（模拟工频），测试电压≤500 V防止击穿

‌数据采集‌ 记录稳定状态下的电容值及损耗角正切（tanδ），重复测量3次取均值

三、典型技术指标

‌介电常数范围‌：εᵣ=1.5~5.0（干燥变压器纸典型值为2.5~3.5）；

‌精度要求‌：电容测量≤±0.5%，相位分辨率≤0.01°；

‌环境控制‌：测试温度20±2℃，湿度<60% RH，避免吸潮影响数据。

四、应用意义

通过精确测定介电常数，可评估变压器纸的绝缘老化程度（如含水率升高导致εᵣ增大）或工艺缺陷（如厚度不均引起局部放电），为设备寿命预测及维护决策提供依据。

介电常数测试仪校准需遵循标准化流程，确保测量精度符合IEC 60250、ASTM D150等国际标准，具体校准步骤及技术要求如下：

一、校准前准备

‌设备与环境检查‌

确认测试仪接地可靠，环境温度控制在20±2℃，湿度≤60% RH；

检查高压线、电极夹具无破损，屏蔽层连接完整，校准用标准物质需通过CNAS认证。

‌标准物质选取‌

‌系统归零‌：使用空气或真空作为基准（ε=1.0006±0.0001）；

‌量程校准‌：选择至少2种标准电容（如100pF±0.01%和1000pF±0.01%）及损耗器（tanδ=0.001000±5%）。

二、校准核心步骤

‌校准类型‌ ‌操作规范‌ ‌引用依据‌

‌系统归零校准‌ 安装空气电容夹具，将频率设为测试基准值（如1kHz），调节电桥平衡至损耗因数≤1×10⁻⁵

‌量程精度校准‌ 接入标准电容并设置额定电压（如1kV），验证电容≤±0.1%，损耗因数≤±0.000227

‌温度补偿校准‌ 在20~150℃区间测试标样（如石英玻璃），确保补偿斜率<0.05%/℃三、校准后验证

‌数据一致性检测‌

使用第三方认证样品重复测量3次，结果偏差应≤0.3%；

对比高频（1MHz）与低频（50Hz）模式下介电常数的一致性，差异超5%需重新校准。

‌证书与记录‌

生成校准证书，标注校准日期、标准物质编号及环境参数；

保存原始数据及调整记录，归档周期≥5年。

四、注意事项

‌接线稳定性‌：校准过程中电极夹具应固定牢固，避免振动导致接触电阻变化；

‌电磁屏蔽‌：高频校准时需使用同轴屏蔽室或电磁隔离装置，防止外部射频干扰；

‌异常处理‌：若校准数据异常波动（如tanδ突变＞20%），应立即停止并检查标准物质是否失效或仪器内部元件故障。

通过规范校准流程，可确保介电常数测试仪在全量程范围内的测量精度≤±0.5%，满足电力、通信等领域对材料绝缘性能评估的需求。

电容器纸介电常数测试仪

一、设备概述‌

电容器纸介电常数测试仪是专用于测量电容器纸等薄层材料介电性能的高精度仪器，其核心功能包括：

‌测量参数‌：通过高频谐振法或工频高压法，测定材料的相对介电常数（ε_r）和介质损耗角正切值（tanδ），评估其绝缘性能和极化特性。

‌应用场景‌：适用于电容器纸、聚合物薄膜、陶瓷材料等在工频或高频（最高达50MHz）下的介电性能测试，为电容器制造、电力设备选材提供数据支持。

‌技术标准‌：符合《GBT 1409-2006》等标准要求，支持多频段（25kHz-50MHz）和高压（最高10kV）测试模式。

‌二、技术特性‌

‌测量精度‌：

相对介电常数：±0.5%（ZJD系列）；

介质损耗分辨率：0.000001（最高精度）；

电容测量范围：1pF~30μF（外接高压时）。

‌硬件配置‌：

电极系统：不锈钢平行板电极（直径50~98mm），支持非接触式测量以减少边缘效应；

高压输出：内置升压装置，可选2kV/5kV/10kV三档，容量1000VA；

温控模块：电极温度可调（最高180℃），支持真空环境以减少空气间隙影响。

‌智能化功能‌：

自动量程切换：Q值、电容、电感自动识别与量程转换28；

抗干扰设计：采用频率锁定和自动稳幅技术，确保强电场环境下数据稳定；

数据输出：支持RS232接口与打印机直接连接，实现测量结果存档与分析。

‌三、典型测试流程‌

‌样品制备‌：

裁剪电容器纸至电极直径（推荐Φ50mm）；

酒精清洁后真空干燥，消除表面污染和水汽影响。

‌参数设置‌：

选择测试频率（工频50Hz或高频1MHz~50MHz）；

设定电极间距（通常≤5mm）及压力（0~1MPa可调）。

‌测量操作‌：

采用平行板法或接触电极法，记录无样品时的背景电容（C_0）和有样品时的电容（C_x）；

  计算介电常数（d为样品厚度，S为电极面积）。

‌四、注意事项‌

‌环境控制‌：

温度波动需≤±2℃，湿度<50%，避免样品吸湿导致ε_r和tanδ偏差。

‌校准要求‌：

定期使用标准电容器校准仪器，确保零点漂移<0.1pF。

‌安全规范‌：

高压测试时需接地屏蔽，防止电击或电磁干扰。

电容器纸介电常数测试仪的应用领域‌

电容器纸介电常数测试仪主要用于评估电容器纸的介电性能（如相对介电常数 \varepsilon_rε r和介质损耗角正切值 \tan\deltatanδ），其核心应用领域包括：

1. 电力设备与绝缘材料质量检测‌

‌高压设备安全评估‌：测试变压器油、绝缘纸等材料的介质损耗特性（\tan\delta < 0.005tanδ<0.005），预测绝缘老化风险并优化电力设备寿命。

‌电容器纸性能验证‌：通过测定 \varepsilon_rε

r（典型值2.3~3.5）和损耗因数，确保电容器纸的储能效率和耐压稳定性。

‌2. 电容器制造行业‌

‌材料选型与工艺优化‌：评估不同厚度、密度的电容器纸介电性能，适配高频或工频电容器的设计需求。

‌缺陷检测‌：识别纸张内部气泡、杂质或厚度不均导致的 \varepsilon_rε r异常，提升生产良率。

‌3. 材料研发与配方改进‌

‌新型电容器纸开发‌：通过调整木质纤维、添加剂比例，优化材料的极化特性与耐温性（如高温下 \varepsilon_rε r的非线性变化）。

‌环保材料评估‌：测试可再生纤维素基电容器纸的介电常数，推动低成本、可持续材料替代。

‌4. 科研与教育领域‌

‌高校实验室‌：用于介电理论教学实验，验证平行板电容模型与材料极化机制48。

‌科研机构研究‌：结合X射线衍射（XRD）等分析手段，探究电容器纸微观结构与介电性能的关联性。

‌5. 跨领域应用拓展‌

‌食品与农业科学‌：通过介电常数间接检测纸张含水率（如食品干燥工艺中的包材质量控制）。

‌生物医学工程‌：研究电容器纸作为生物传感器基材的介电响应特性。

‌总结‌

电容器纸介电常数测试仪的应用贯穿电力、材料、制造、科研等领域，其核心价值在于通过高精度测量（如 \varepsilon_rε r±0.5%）优化材料性能并保障设备安全。

高压西林电桥介电常数测试仪研究报告

摘要高压西林电桥（Schering Bridge）是一种经典的高精度介电常数测量装置，广泛应用于电力设备绝缘材料、高分子聚合物、陶瓷等材料的介电性能测试。本报告系统阐述了高压西林电桥的工作原理、仪器结构、测试流程及实验案例分析，并探讨其在高压条件下的修正方法及未来发展方向。

1. 引言

介电常数（ε）是衡量材料极化能力的重要参数，直接影响材料的绝缘性能、储能特性及电磁场分布。在电力系统、电子元件制造和材料科学研究中，准确测量介电常数对材料筛选和设备设计至关重要。

传统西林电桥通过平衡交流电桥原理实现介电常数的无损检测，但在高压（如10 kV以上）条件下，电极边缘效应、分布电容等因素会显著影响测量精度。高压西林电桥通过改进电路设计、屏蔽干扰源和优化算法，有效解决了高压环境下的测量难题，成为当前介电性能测试的核心设备之一。

2. 高压西林电桥的工作原理

2.1 电桥平衡条件

西林电桥由四个阻抗臂构成（图1）：

·‌Z₁‌：待测样品（等效为并联电容C_x和电阻R_x）；

·‌Z₂‌：标准电容C₃；

·‌Z₃、Z₄‌：可调电阻R₃、R₄。

当电桥平衡时，满足：

Z_1 \cdot Z_4 = Z_2 \cdot Z_3Z1⋅Z4=Z2⋅Z3

推导可得介电常数计算公式：

ε = \frac{C_x \cdot d}{A \cdot ε_0}ε=A⋅ε0Cx⋅d

其中，d为样品厚度，A为电极面积，ε₀为真空介电常数。

2.2 高压条件下的修正

在高压测试中，需考虑以下修正因素：

.‌电极边缘效应‌：通过引入保护环电极减少边缘电场畸变；

.‌温度漂移‌：采用恒温箱控制样品温度；

.‌介质损耗角（tanδ）‌：通过相位检测电路优化损耗因子计算。

3. 仪器结构与关键技术

3.1 硬件组成

高压西林电桥系统包含以下模块：

·‌高压电源‌：提供0~15 kV可调交流电压；

·‌精密电容箱‌：标准电容C₃精度达±0.01%；

·‌平衡检测器‌：高灵敏度检流计或数字锁相放大器；

·‌屏蔽箱‌：防止外界电磁干扰。

3.2 软件算法

现代高压西林电桥集成自动化控制系统，通过以下算法提升效率：

·‌自适应平衡算法‌：动态调节R₃、R₄实现快速平衡；

·‌频域分析法‌：在10 Hz~1 MHz范围内扫频测量介电频谱。

4. 实验设计与案例分析

4.1 实验步骤

.‌样品制备‌：将待测材料切割为直径50 mm、厚度2 mm的圆片，表面镀金电极；

.‌系统校准‌：在无样品状态下调节电桥至平衡；

.‌数据采集‌：施加5 kV电压，记录平衡时的C₃、R₃值；

.‌重复性验证‌：每组样品测试3次取平均值。

4.2 测试结果

以环氧树脂复合材料为例，测试数据如下：

频率（Hz） 介电常数（ε） 损耗因子（tanδ）

50 4.2 0.0021

1000 3.9 0.0035

10000 3.5 0.0058

结果表明：介电常数随频率升高而降低，符合极性材料弛豫特性。

4.3 分析

系统主要来源于：

·‌电容标定‌（±0.5%）；

·‌温度波动‌（±1℃导致ε偏差约0.3%）。

5. 应用领域与前景

5.1 当前应用

·‌电力设备检测‌：变压器油、电缆绝缘层老化评估；

·‌新材料研发‌：纳米复合电介质、柔性储能材料性能表征；

·‌航空航天‌：耐高温陶瓷涂层介电性能测试。

5.2 技术挑战与展望

未来发展方向包括：

·‌超高压兼容性‌：拓展至50 kV以上电压等级；

·‌多物理场耦合测试‌：同步测量温度、压力对介电性能的影响；

·‌人工智能优化‌：基于机器学习的自适应校准与故障诊断。

6. 结论

高压西林电桥凭借其高精度、宽电压范围和抗干扰能力，在介电常数测试领域具有不可替代性。通过硬件创新与算法升级，该设备将进一步推动功能材料研究与电力设备智能化检测的发展。

高压西林电桥介电常数测试仪综合解析

一、测量原理与核心结构

‌西林电桥平衡原理‌：

通过调节可调电阻（R3）和电容（C4）使电桥达到平衡，结合相位差检测技术计算复介电常数（ε'和ε''），并推导介质损耗角正切值（tanδ=ε''/ε'）。

通过标准电容器（Cn）与待测样品（Cx）的比值计算介电常数。

‌高压修正技术‌：

采用双层屏蔽设计和保护环电极消除电极边缘效应及电磁干扰；

引入恒温箱或温控模块（-40℃至200℃）抑制温度漂移对测量的影响。

二、硬件组成与技术指标

‌核心模块‌：

‌高压电源‌：输出0-15 kV可调交流电压，部分型号支持数显调节（如BQS37a系列）；

‌电极系统‌：三电极结构（保护电极、测量电极、高压电极），减少接触；

‌检测单元‌：数字锁相放大器或高灵敏度检流计，分辨率达0.00000146。

‌性能参数‌：

‌测量范围‌：

电容量（Cx）：4 pF—20000 pF，±0.5%56；

介质损耗（tanδ）：0—1，±1.5%或±0.000157。

‌工作环境‌：温度20±5℃，湿度30%-80%，部分机型支持液氮低温扩展。

三、应用场景与典型案例

‌电力设备检测‌：

评估变压器油老化（新油tanδ≤0.005@90℃）及GIS环氧绝缘件介电性能（40-70 kV/mm电场）；

测试电缆绝缘层、电容器等工频高压下的损耗特性。

‌材料科学研究‌：

测量纳米复合电介质、陶瓷涂层的介电温谱（-40℃~200℃）；

支持频率谱、电压谱、温度谱等多维度分析（1 Hz-1 MHz）。

四、主流型号与厂商对比

‌型号‌ ‌厂商‌ ‌关键技术‌ ‌适用标准‌

‌HQS-40‌ 北广精仪外接扩展电容线路，宽频扫频（10 Hz-1 MHz）IEEE 286-2020、JB 1811-9224

五、操作规范与安全要求

‌抗干扰措施‌：

使用金属屏蔽罩或倒向开关消除同频干扰；

工作电压通常为5-10 kV，需确保接地可靠及绝缘防护。

‌样品制备‌：

固体材料需制成直径5-40 mm、厚度≤8 mm的圆片，表面镀电极保证接触平整；

液体材料需采用专用实验池，避免气泡影响测量精度。

‌总结‌：高压西林电桥凭借其高精度、宽频带和抗干扰能力，成为介电性能测试的核心设备，未来将向超高压（>50 kV）、多物理场耦合及智能化校准方向突破

测试设备及性能要求

高压西林电桥

最高输出电压不少于1000V；频率f等于1kHz；小型：正弦波。

测量范围：电容C=200~2×10⁴pF，损耗角正切值tgδ=10^-3~1。

测量：电容测量相对不大于±1.0%；介质损耗角正切测量相对不大于±15%。

测试夹具清洁干燥，绝缘电阻不少于10¹⁰Ω。

油槽槽内油温在所需温度范围内均匀且连续可调，介质油的绝缘电阻不少于10¹⁰Ω。

测试步骤把试样置于空气介质中（或油介质），并接入前图的高压西林电桥。缓慢增加电压至所需要的值；分别反复调节电阻箱R₃和电容箱C₄，使零值指示器的指示最小；读下电阻箱R₃和电容C₄的数值。

电压击穿测试仪，体积表面电阻率测试仪，介电常数介质损耗测试仪，漏电起痕试验仪，耐电弧试验仪，TOC总有机碳分析仪，完整性测试仪，无转子硫化仪，门尼粘度试验机，热变形维卡温度测定仪，简支梁冲击试验机，毛细管流变仪，橡胶塑料滑动摩擦试验机，氧指数测定仪，水平垂直燃烧试验机，熔体流动速率测定仪，低温脆性测试仪，拉力试验机，海绵泡沫压陷硬度测试仪，海绵泡沫落球回弹测试仪，海绵泡沫压缩永九变形试验仪

客户清单：

1.佛山三水金ge新型材料有限公司

2.深圳市兴绿科技有限公司

3.深圳华晟达仪器设备有限公司

4.深圳质检院

5.深圳市欧普特工业材料有限公司

6.深圳市秦塑塑化材料科技有限公司

7.广州奥翼电子科技有限公司

8.广东电网公司电力科学研究院

9.广州市日立电梯有限公司

10.广州威凯检测技术有限公司 、

11.广东银禧科技股份有限公司

12.广东产品质量监督研究所

13.广东新翼新材料有限公司

14.惠州光阳科技有限公司

15.华南理工大学

16.茂名质量检验监督所

17.东莞市南炬高分子材料有限公司

18.东莞市华科东尼仪器有限公司

19.东莞零度导热材料有限公司

20.佛山市质量计量监督检测中心

21.佛罗县复合材料有限公司

22. 深圳市华天启科技有限公司

23.佛山质量检验监督所

24.上海西邦电气有限公司

25.上海申锐测试设备制造有限公司

26.上海兆邦电力器材有限公司

27.上海祈峰实验仪器有限公司

28.上海科技大学

29.浙江正泰电气股份有限公司

30.浙江德创环保科技股份有限公司

31.绍兴任飞碳黑有限公司

32.乐清市正泰电器科技股份有限公司

33.乐清市柳市正和量具仪器商行

34.苏州市铭宇精密测量仪器有限公司

35.佳施加德士（苏州）塑料有限公司

36.江苏矽时代材料科技有限公司

37.江苏溧阳康达威实业有限公司

38.欧宝聚合物江苏有限公司

39.苏州工业园区斯博自动化控制设备有限公司

40.江苏苏美达成套设备工程有限公司

41.中广核三角洲（江苏）塑化有限公司

42.南通日芝电力材料有限公司

43.日本长濑精细化工（无锡）有限公司

44.万聚（杭州）供应链有限公司

45.顺德特种变压器厂

46.诸城质量检验监督所

47.无锡金邦科技有限公司

48.无锡思耐德科技有限公司

49.南京博乐飞科学仪器有限公司

50.南京电气集团

51.南京电气科技有限公司

52.安徽铜峰电子股份有限公司

53.安徽省宁国市海伟电子有限公司

54.安徽国华新材料有限公司

55.中国科学院上海硅酸盐研究所

56.武汉欣景通仪器有限公司

57.武汉北分福诚仪器有限公司

58.天津市鼎轩科工贸有限公司

59.天津鼎轩工业材料有限公司

60.天津中津塑胶制品有限公司

61.星光橡胶（日本）天津有限公司

62.平顶山神马鹰材包装有限公司

63.河南金水电缆集团有限公司

64.四川天威电子有限责任公司
65.四川川环科技股份有限公司

66.四川大学

67.德阳盛宇科技有限公司

68.成都监帮密封件股份有限公司

69.成都科技大学

70.成都电子科技大学

71.核工业西南物理研究院

72.北京化工大学

73.北京理工大学

74.北京清华大学材料系、水利系

75.北京福瑞泰科技有限公司

76.北京航天凯恩化工科技有限公司（特种化工事业部）

77.北京世纪航凯电力科技股份有限公司

78.北京控军二十三厂

79.北京理工大学西山实验区

80.北京四方变压器厂

81.北京磁谷新能源材料有限公司

82.北京博闻时讯科技有限公司

83.北京中西远大科技有限公司

84. 北京市科学器材公司

85.北京航天试验技术研究所

86.北京欧陆伟业科技发展有限公司

87.山东德威克仪器有限公司

88.山东阳谷电缆集团有限公司

89. 山东守护者电子科技有限公司

90.山东德威克仪器有限公司

91.青岛安世科学仪器有限公司

92.合肥博艺仪器设备有限公司

93.济宁强科管材材料有限公司

94. 烟台华鹏仪器有限公司

95.黑龙江天林科技有限公司

96.长春一汽轿车股份有限公司

97. 辽阳易通科技有限公司

98.大庆五金总汇有限公司

99.沈阳润锦科技有限公司

100.中科院兰州理化所

101.兰州汇天成工贸有限公司

102.肯博（厦门）绝缘科技有限公司

103.海南大学

104.西安交通大学

105.西安永兴科技发展有限公司

106.陕西科技大学

107.阜新矿业集团有限公司

108.江西科盛环保股份有限公司

109. 咸阳兴华高精表面技术有限公司

110.沧州特嘉汽车零部件有限公司

111.长沙康格医疗用品有限公司

113.贵州省材料产业技术研究院

114.福建南平太阳电缆股份有限公司

115.福州申辉化工仪器有限公司

116.保定华创电气有限公司

117. 保定棉金内饰件制造有限公司

118. 保定顺成内饰件材料有限公司

119.保定风帆美新蓄电池隔离板制造有限公司