LJD-B介电常数介质损耗测试仪

LJD-B介电常数测试仪主要特点

● 采用DDS数字直接合成方式产生信号,信号失真小、频率精确达1Hz、信号幅度稳定.

● 电容、电感、Q值、频率全数字化显示,J准度高.

● 电感测量时,独有的自身残余电感和测试引线电感的扣除功能,确保小电感值测量的J准.

● 独有的大电容测量功能, LJD-B Z大电容测量可

达2.5uF.

● 与介电常数测试夹具配合时,能测量材料的介电常数和损耗系数,并能直接显示介质损耗系数.

 一、概述

LJD-B介电常数测试仪主机

    LJD-B介电常数测试仪能在较高的测试频率条件下，测量高频电感或谐振回路的Q值，电感器的电感量和分布电容量，电容器的电容量和损耗角正切值，电工材料的高频介电常数和介质损耗因数，高频回路有效并联及串联电阻，传输线的特性阻抗等。该仪器广泛地用于科研机关、学校、工厂等单位。

LJD-B介电常数测试仪是北京中航鼎力仪器设备有限公司Z新研制的产品，它以DDS数字直接合成方式产生信号源，频率达70MHz，信号源具有信号失真小、频率精确、信号幅度稳定的优点，更保证了测量精度的精确性。LJD-B主电容调节用传感器感应，电容读数精确,且频率值可设置。LJD-B电容、电感、Q值、频率、量程都用数字显示，在某一频率下，只要能找到谐振点，都能直接读出电感、电容值，大大扩展了电感和电容的测量范围，而不再是固定的几个频率下才能测出电感值的大小。LJD-B特有的谐振点频率自动搜索功能，能帮助你在使用时快速地找到被测量器件的谐振点，自动读出Q值和其它参数。Q值量程可手动或自动转换。

二、工作特性

   1．Q值测量

   a．Q值测量范围：2～1023；

   b．Q值量程分档：30、100、300、1000、自动换档或手动换档；

c．标称误差

2．电感测量范围

3．电容测量

   注：大于直接测量范围的电容测量见使用方法。

   4．信号源频率覆盖范围

5．Q合格指示预置功能：预置范围：5～1000

   6．主机正常工作条件

   a.  环境温度：0℃～+40℃；

   b．相对湿度：<80％；

   c．电源：220V±22V，50Hz±2.5Hz。

   7．其他

   a．消耗功率：约25W；

   b．净重：约7kg；

   c. 外型尺寸：（宽×高×深）mm：380×132×280。

三、工作原理

     1．“Q”的定义

     是根据串联谐振原理设计，以谐振电压的比值来定位Q值。

“Q”表示元件或系统的“品质因数”，其物理含义是在一个振荡周期内贮存的能量与损耗的能量之比。对于电抗元件(电感或电容)来说，即在测试频率上呈现的电抗与电阻之比。

或   …………………………… (1)

图（一）所示的串联谐振电路中，所加的信号电压为Ui，频率为f，在发生谐振时

 或  ………………………………(2)

    回路中电流  …………………………………………(3)

故电容两端的电压

                  …………………………………(4)

    即谐振时电容上的电压与输入电压之比为Q。

   主机就是按上述原理设计的。

    2．主机整机工作原理（见图二）

图二

LJD-B型的工作原理框图如图二所示。它以ATM128单片机作为控制核心，实现对各种功能的控制。DDS数字直接合成信号源为Q值测量提供了一个优质的高频信号。信号源输出一路送到程控衰减器和自动稳幅放大控制单元，该单元根据CPU的指令对信号衰减后送往信号激励放大器，同时对信号检波后送出一直流控制信号到压控信号源实现自动稳幅。信号激励部分输出送到一个宽带分压器，由分压器馈给测试调谐回路一个恒定幅度的信号。当测试回路处于谐振状态时，在调谐电容CT两端的信号幅度将是分压器提供的信号幅度Q倍。在CT两端取得的调谐信号被信号放大单元适当放大后送到检波和数字取样单元，检波后送到控制中心CPU去进行数据处理。

    LJD-B调谐电容带动传感器，不断地将电容变化的信息送往中心控制CPU，经处理后计算出电容值，再根据频率值计算出谐振时的频率值。 

LJD-B型主机工作频率值、频段、主调电容器值、谐振电感值、Q值、Q值比较设置状态、Q值量程、手/自动状态、频率或电容搜索指示、Q值调谐指示带都显示在液晶屏上，如图三所示。

图三

整个显示屏上的信息共分为四行

行：左边  信号源频率指示，共6位；

        右边  信号源虚拟频段指示（1-4）。

第二行：左边  调谐电容的电容指示值，4位；

        右边  电感指示值，4位。

第三行：左边  Q值指示值；   

右边  Q值合格比较状态 。

第四行：左边 Q值量程，手动/自动切换指示/调谐点自动搜索指示；

右边上部  Q值量程范围指示；

右边下部  Q值调谐光带指示。

四、结构特性

    LJD-B型主机采用了较低的台式机箱，面板采用PC丝印面板，美观大方。

    各主要功能单元，除了显示部分为了显示方便和调谐测试回路，放大单元为了减小分布参数，安装在面板上外，其余都安装在机内底板上，详见图四面板示意图。

A．LJD-B型前面板各功能键说明

图  四 LJD-BC型主机前面板和外形示意图

1．工作频段选择/数字1按键，每按一次，切换至低一个频段工作；先按12键后,再按此键，功能为数字键1。

2. 工作频段选择/2按键，每按一次，切换至高一个频段工作；先按12键后,再按此键，功能为数字键2。

3．Q值量程递减（手动方式时有效）/数字3按键；先按12键后，再按此键，功能为数字键3。

4．Q值量程递增（手动方式时有效）/数字4按键；先按12键后，再按此键，功能为数字键4。

5．谐振点频率搜索/数字5按键，按此键显示屏第四行左部出现SWEEP时，表示仪器正工作在频率自动搜索被测量器件的谐振点，如需退出搜索，再按此键；先按12键后,再按此键，功能为数字键5。

6．LJD-B：数字6按键，先按12键后有效；

7．Q值合格范围比较值设定/数字7按键，按此键后，显示屏第三行右部出现COMP字符，当Q合格时，显示OK，並同时鸣响蜂鸣器，Q不合格时，显示NO。设置Q值合格范围详细说明见后页。先按12键后,再按此键，功能为数字键7。

8．Q值量程自动/手动控制方式选择/数字8按键，按此键后，显示屏第四行左部出现对应的指示：AUTO（自动），MAN（手动）；先按12键后,再按此键，功能为数字键8。

9．Ct大电容直接测量/数字9（先按12键后有效）按键。

10．Lt残余电感扣除/数字0(先按12键后有效) 按键。

11．介质损耗系数测量/小数点(先按12键后有效) 按键。

12．频率/电容设置按键， 次按下（频率指示数在闪烁）为频率数输入，单位为MHz。例：要输入69.5MHz，按一次此键，频率

指示数在闪烁，然后输入69.5，再按一下此键完成设置。第二次按下（电容指示数在闪烁）为电容数输入，数输入要满4位。例：要输入79.5P，按二次此键，电容指示数在闪烁，然后输入0795，有效数后为0的，可以不输入0，直接再按一下此键完成设置。

13．频率调谐数码开关。

14．LJD-B： 主调电容调谐（长寿命调谐慢转结构）；

15．电源开关。

16．液晶显示屏。

17．测试回路接线柱：LJD-B左边两个为电感接入端，右边两个为外接电容接入端。

18．电感测试范围所对应频率范围表。

B．后面板各功能键说明

图五 主机后面板示意图

1．～220V电源输入三芯插座，内含保险丝0.5A／220V；

2．信号源工作频率监测输出端（阻抗1kΩ）。

五、使用方法

高频主机是多用途的阻抗测量仪器，为了提高测量精度，除了使主机测试回路本身残余参量尽可能地小，使耦合回路的频响尽可能地好之外，还要掌握正确的测试方法和残余参数修正方法。

1．测试注意事项

a．本仪器应水平安放；

b．如果你需要较精确地测量，请接通电源后，预热30分钟；

c．调节主调电容或主调电容数码开关时，当接近谐振点时请缓调；

d．被测件和测试电路接线柱间的接线应尽量短，足够粗，并应接触良好、可靠，以减少因接线的电阻和分布参数所带来的测量误差；

e．被测件不要直接搁在机盖顶部，离顶部一公分以上，必要时可用低损耗的绝缘材料如聚苯乙烯等做成的衬垫物衬垫；

f．手不得靠近试件，以免人体感应影响造成测量误差，有屏蔽的试件，屏蔽罩应连接在低电位端的接线柱。

2．高频线圈的Q值测量（基本测量法）

  A．直接法

  a．将被测线圈接在“LX”接线柱上；

  b．按照测试要求，选择适当的工作频率；

  c．先调调谐电容器到谐振点，即主机读数达Z大，此读数即为被测电感的有效Q值(Qe)，若需得到被测电感的真实Q值（QT），则应先测出线圈分布电容C0，然后照下式修正

C1是调谐电容器谐振时读数，如谐振时C1的读数很大，C0只占很小比例，则有效Q值(Qe)和真实Q值(QT)差别可以忽略。

当Q值量程选择自动切换时，在调谐时，如遇量程自动转换，应停顿一下，待Q值稳定后，根据读数值变大或变小，确定继续调节电容的方向。

B．变容法

a. 照直读法“a-d”进行，记下谐振时电容读数C1和Q1；

b．调节主调电容数码开关，使Q值二次指示均为Q1的0.707时

记下此时两次电容读数的差数ΔC，

倘要得到精确结果，则线圈的分布电容应加在C1之内，并应使主调电容作多次偏调，然后取其平均读数。

测Q值较高的线圈时，Q值下降到0.707 Q1时，电容偏调很小，读数误差较大，这时可将主电容作较大偏调(10％以内)，记下偏调数ΔC和偏调后的Q值读数Q2，这时Q值表达式为：

C. 变频法

a．按直读法“a-d”进行，记下谐振时读数C1和Q1以及频率读数f0；

b．改变信号源的频率使Q值二次指示为Q1的0.707(一次容性失谐，一次感性失谐)，记下此时二次频率读数差值Δf，这时回路的真实QT为：

考虑到线圈的分布电容时，线圈的有效Q值为：

    变频法测量Q值一般表达式为(未考虑分布电容)：

注：Δf是频率偏调数，Q1为谐振时主机读数，Q2是偏调后主机读数。

3．高频线圈电感值的测量

a．将被测线圈接在“LX”接线柱上，接触要良好。

b．将调谐电容的电容值，调至 容量的50％处。

c．然后，按频率搜索键，找到谐振点；再微调频率或调谐电容，

使Q指示值 。此时液晶屏上显示的电感值即是有效电感值Le，如要得到真实电感值（LT），必须先测得电感分布电容量C0，如分布电容较小且已知的话，在调到谐振点后，记下主调电容C1，然后再将主调电容量调在“C1+C0”值上，这时指示的电感读数，就是所求真实电感值，也可按以下公式计算求得：

d．被测电感小于1μH时，按上法测得电感值还应减去仪器中测试回路本身残余电感“L0”（LJD-B：L0约50nH）。

 e．使用仪器自身残余电感和测试引线电感的扣除功能提高测量精度

（1）在电感测试时，如果你使用夹子线来连接被测试的电感时，可先将夹子线对接短路，如图六；如使用贴片测试夹具时，可先将测试夹具两连接片之间对接短路，如图七。

（2）将可变电容器电容值调节到中间位置（200-300pF），按下仪器面板的频率搜索键，仪器自动找到一个谐振点，再微调频率使Q指示值 。此时显示的电感值即是仪器自身残余电感和测试引线电感值，如图八中的Ｌ指示值。

　　　　　　　　　　　　　图　　六

　　　　　　　　　　　　　图　　七

３,去掉夹子线或贴片测试夹具的短路，将被测电感接入测试夹子线或夹具。然后，按下Lt（数字0）键。在显示屏的第三行右面，将显示Lt，初始值为0。再按下仪器面板的频率搜索键，找到一个新的谐振点。此时Lt后显示的电感值即是被测电感的精确值。（扣除了仪器自身残余电感和测试引线电感值）。

　　　　　　　　　　图　　八

4．高频线圈分布电容C0的测量

A．倍频率法

如线圈的分布电容较大，可用此法作近似测试。

将被测线圈按在“LX”接线柱上，调调谐电容器到 电容数值，调讯号源频率到谐振，令谐振时频率和指示调谐电容分别是f1和C1。然后将讯号源频率调到f2 (f2=n f1)，再调电容器度盘到谐振点，此时电容读数为C2，根据下式即可求出分布电容量（测量时微调电容到零）

如取n=2，则为：C0=（C1－4C2）/ 3。

若取不同C1进行多次测量后取一个平均值，则测试结果将较为准

B．自然频率法（此法可获得较准确的结果）

 a．将被测线圈接在“Lx”接线柱上,以上面A中的倍频率法测量出电感值L和分布电容值C0,再初步估算出电感的自谐振频率值

f=1/2π√LC0 ；

 b．调节可变电容器至略小于 值的位置(LJD-B为540Pf,LJD-C为240Pf),留有上下调节的余量，电容值为C1；

   c．按频率搜索键,使回路谐振，该谐振频率值为f1；

   d．设置主机的工作频率为估算出的电感的自谐振频率值，取下被测线圈，换上一个能在调谐电容器调节范围内谐振的电感；

   e．调节可变电容器到谐振点；

   f．将被测线圈接在“Cx”两端，调谐主机的工作频率找到新的频率谐振点（Q值 ）；

   g．再取下被测线圈，调节可变电容器重新使Q值达到 ；

   h．重复步骤“f”、“g”直到某一频率，被测线圈接上“Cx”两端和不接上均不改变谐振点，这一频率即为被测线圈的自然谐振频率f2，它的C0数值为：

C0=C1 (f1／f2)2 ÷[1-(f1／f2)2]≈C1 (f1／f2)2

  注：测量中所需辅助线圈可由LKI-l电感组提供便利。

  5．电容器容量的测量

(1). 被测电容值小于主调电容量的电容器的测量(并联替代法)

a．选一个适当的谐振电感接到“Lx”的两端；

b．将调谐电容器调到 值附近，令这个电容是C1，如被测电容是小数值的，C1应调到较小电容值附近，以便达到尽可能高的测量精度；

c．按下仪器面板的频率搜索键，使测试回路谐振，谐振时Q的读数为Q1；

d．将被测电容接在“Cx”两端，调节可变电容器，使测试电路重新谐振，此时可变电容器值为C2，Q值读数为Q2。

被测电容的有效电容为：Cx= C1－C2

电容器损耗角正切为：

电容器的有效并联电阻为：

C0为回路谐振电感的自身电容。

B．大于可变电容器容量的电容器测量

a. 选配一个100uH-900uH之间的电感器，接入仪器顶部有Lx指示的两个接线柱上。将可变电容器电容值调节到较大位置，电容值为C1，按下仪器面板的频率搜索键，仪器将自动找到一个谐振点。

b．根据电感器提供的分布电容值，将可变电容器电容值调节到C1+ C0值，目的是扣除分布电容对测试的影响。

c．然后，按下Ct（数字9）键。在显示屏的第三行右面，将显示被测电容Ct，初始值为0。将被测电容接入仪器顶部有Cx指示的两个接线柱上。再按下仪器面板的频率搜索键，找到一个新的谐振点。此时Ct后面显示的电容值即是被测电容的值（已扣除了可变电容器电容值）， 可测试电容为2.5uF（LJD-B）（配置100uH电感时），见下图九。

d. 小电容值也可按此方法测量，Z高分辨率为0.1pF。对于小于可变电容器指示值的被测电容器（例可变电容器指示值为500pF，则被测电容器应小于500pF），在按下Ct（数字９）键。在显示屏的第三行右面，将显示被测电容Ct后，可直接调节可变电容器（指示值减小），直至找到一个新的谐振点。此时Ct后面显示的电容值即是被测电容的值。注意此方式不需要上面b步骤中扣除分布电容值。

图    九  

6．Q合格范围预置功能使用

Q合格范围预置功能特别适用于工厂需大批量测试某同一规格元件的Q值，当该元件Q值超过某一给定值或在一定范围内即为合格，这时液晶显示屏显示“OK”，仪器同时鸣叫提醒，这样可减轻工人视力疲劳，同时大大加快了测试速度。

Q合格范围预置的步骤（例150-170）：

a．选择要求的测试频率；

b．用一只合格元件或一只辅助线圈调谐主调电容，使Q值读数

指示在所需预置Q值位置上；例150，按一下Q值设置键，显示屏第三将会行显示“comp ok”，同时仪器发出鸣叫声（Q值大于150时），当Q值小于150时，液晶屏第三行仅显示“comp 150”；如果需要清除设

置，只要在Q=0的情况下，再按一次Q值设置键。

c．如果还要设定Q值上限，再调谐主调电容，使Q值读数指示在所需预置Q值位置上；例170，再按一下Q值设置键，液晶屏第三行显示“comp     ”，此时Q合格范围预置功能的设置就结束了。

d．换上要测试的器件，微调谐振电容至谐振点，如果该器件的Q值在设定范围内（例150-170），Q合格指示“comp ok”，同时仪器发出鸣叫。如果该器件的Q值设定超出该范围，Q合格指示

“comp    ”，如需取消已设置的合格值，只要再按一下设置键即可。

7．谐振点频率自动搜索功能的使用

如果你对电感元件无法确定它的数值时，你就可用该功能来帮你寻找出它的谐振频率点。步骤如下：

a．把元件接以接线柱上；

b．主调电容调到约中间位上；

c．按一下频率搜索按键，显示屏左下部显示“sweep”，仪器就进入搜索状态。

仪器从Z低工作频率一直搜索到Z高工作频率，如果你的元件谐振点在频率覆盖区间内，搜索结束后，将会自动停在元件的谐振频率点附近。

如果临时要退出搜索状态，可再按一次搜索键，仪器会退出搜索操作。

8．谐振点电容自动搜索功能的使用

如果你想在已知的频率找出被测量器件的谐振频率点时，你就可用该功能来帮你寻找出它的谐振点。步骤如下：

a．把元件接以接线柱上；

b．频率设置为所需的频率；

c．按一下电容搜索按键，仪器就进入电容搜索状态，仪器从最小电容一直搜索到 电容，如果你的元件谐振点在电容覆盖区间内，搜索结束后，主电容将会自动停在元件的谐振频率点附近。

如果临时要退出搜索状态，可再按一次搜索键，仪器会退出搜索操作。

9．频率调谐开关的使用。

LJD-B的频率调谐采用了数码开关，它能辨别使用者的要求，来调节频率变化的速率(频率变化值／档)。在你快速调节该开关时，频率变化速率也加快，当你缓慢调节开关时，频率变化速率也慢下来。因此在调谐时接近所需的频率时，应放缓调节速度，当你调节的频率超出工作频段的频率时，仪器会自动选择低一个或高一个频段工作。

六、维修

1．新购仪器的检查

新购的仪器Z好能先用LKI-1电感组，将各个电感在各个不同频率测试Q值，把测试的情况，例使用的电感号、测试频率Q读数、电容读数等多次测得数及测试环境条件逐一详细记录，并把记录保存起来，以供以后维修时作参考。

LKI-1电感组是Z供测试时作辅助电感用的，不能把这些电感当作高精度的标准电感看待。随着测试环境条件不同，测得电感器Q值和分布电容可能略有不同。

2．使用和保养

高频主机是比较精密的阻抗测量仪器，在合理使用和注意保养情况下，才能保证长期稳定和较高的测试精度。

a．熟悉本说明书，正确地使用仪器；

b．使仪器经常保持清洁、干燥；

c．本仪器保用期为18个月，如发现机械故障或失去准确度，可以原封送回本厂，免费修理。

3．电感组

    LKI-1电感组是Z供测试作辅助用的，它含有9个屏蔽罩屏蔽的电感。这些电感具有较高的Q值，各电感的电感量等数据如附表一。

附表一  LKI-1电感组，LJD-B选配电感

上述Q值是在BQG-2标准线圈为基准比较测得，电感值未扣除主机的残余电感.，LJD-B残余电感为0.025μH。

主机是根据串联谐振和电压比值原理工作的，主机的指示Q值是包括被测件的有效Q值及测试回路固有残量在内的整个谐振回路有效Q值，必须用主机测试回路残量修正主机的指示Q值，这是主机测量的一个重要特点。

在一般情况下，主机作为低精度仪器使用或利用主机对线圈作比较测量时，可不必对残量的影响进行修正。

主机的Q值测量误差可按Q值参考标准不同分为二类。

我厂采用的一种是以主机生产厂家所提供并经计量部门审核的均值回路标准指示值Qen为参考标准，主机指示Q值Qi的相对误差由下式表示：

δQi=[(Qi-Qen)÷Qen]× 100％

式中Qi为标有Qen值标准量具在主机上的实际指示值。

注：修正系数主要用于用户测量一个器件Q值时，根据指示的

Qi值换算出较准础的Q值。

七、产品的交收检验

1．检验环境要求

a．环境温度：20℃±2℃，相对湿度<50％；

b．供电电源：220V±10V，50Hz±1Hz；

c．被检设备要预热30分钟以上。

2．检验设备要求

a. 设备应在计量后的有效使用期内；

b. 检验设备应按仪器规定预热。

b．从后面板的频率监测端用BNC电缆连至频率计数器输入端；

3．Q值指示检验

a．检验设备：BQG-2标准线圈一套；

b．把标准Q值线圈接入LJD-B主机电感接线柱上；

c．选择标准Q值线圈所规定的检定频率；

d．LJD-B主机的Q值读数的相对误差应符合二.1.C条中的固有误差之规定。

4．调谐电容器准确度检验

a. 测试时如发现干扰，应断开内部信号源；

b．设备连接如图十所示，连接线应尽量短，尽可能减小分布电容；

c．电容测试仪技术指标

   测试范围：10-550pF，±5pF； 测试精度：10-550pF±0.1％

   如果使用LCR电桥测试，应保证电桥与被测主机之间地线和外壳的绝缘隔离。

d．调谐电容器显示的指示值与电容测试仪指示值之间误差应符合二.3条的规定。

5．频率指示误差检验

a．设备连接如图十一所示：

c．频率计数器技术要求

   测量范围：10Hz-1000MHz；

   测量误差：<1×10-6；

   测量灵敏度：<30mV。

d．测试线要求：高频电缆SYV-50-3；

e．主机频率指示值与频率计数器读数值间的误差应符合二.4条的规定。

附：贴片元件测试夹具使用方法

当采用我公司生产的LJD-B主机及配上相应的贴片元件测试夹具时可对贴片电容及贴片电感进行电容量、电感量及Q值、tgδ值的测量，测量时只要将测试夹具接入相应的Lx或Cx接线柱内，然后按说明书中“3”高频线圈电感值的测量及“5”电容器电容量的测量方法进行测量。

注意：因贴片元件尺寸较小，规格又不尽相同，因此放入夹具时应保持尽量居中并保证接触良好。

在测量小电感时，为了测试值的正确性，测得的读数应减去仪器的测试回路的剩余电感值，LJD-B约50nH（包括测试夹具）。直接采用本仪器新增的自身残余电感和测试引线电感的扣除功能，能获得Z佳的测试精度。