高低频介电常数及介质损耗测定仪

介电常数及介质损耗测定仪你了解吗

1.1 简介

本说明书是QS30型高精密高压电容电桥的安装和使用说明书。（包括QS30-3型量程扩展器及SP-A型打印机）。

QS30型高精密高压电容电桥有如下特点。主电桥主要采用电流比较仪的原理并结合计算机数据处理，具有操作方便可靠、测量精度高、读数位数多、线性度好，不受环境湿度影响，仪器内部的计算机能自动对测试数据进行处理，直接在面板上显示电容值及介损值tgδ和测试电压及流经标准电容的电流（Is），并可通过打印机将测试结果打印出来或通过RS232接口将测试结果传给电脑等优点，它不仅能测电容器的电容量、介损量，还能测量电抗器的电感量和Q值是目前国内精度较高、稳定性好、操作方便、用途广泛的高压电桥。

1.2 性能

QS30型高压电桥为实验室用高精密高压电桥。主要采用电流比较仪的原理，使它在测量上具有较高的比率精度和稳定性，这是一般西林电桥不能达到的。再加上计算机数据处理，使测量更加直观。本电桥可与各类高压标准电容器配合组成高压电容电桥，适宜于在高电压下测量电力电缆、高压套管、电力电容器、互感器等高压电力设备的电容量及损耗角正切值tgδ，以及各种固体或液体绝缘材料的介电常数（ε）及损失角正切值，也可测量高压变压器或电压互感器的比差和角差。电桥可外接电流互感器以扩大量程，测量大电容时本电桥为四端测量具有引线补偿装置，使测量精度提高，消除接线电阻引起的附加误差。本电桥还可测量电抗器的电感量及Q值。QS30-3型量程扩展器（供选购）能使主桥体的电容比从1000：1扩大到10⁶：1。

1.3 结构

本电桥放在一个金属箱体内，指零仪安放在适宜人眼观察的水平位置。灵敏度调节开关在表头的旁边，桥体安放在指零仪下面，电容比值和介质损耗角正切值读数调节开关固定在面板上。在主桥体与指零仪的之间，是被测试品的电容量量、介损量、测试电压或测试电流的显示窗，在其旁边是电容量的预置盘。电桥本体的环形电流比较仪装在一个磁屏蔽盒内，它的铁芯采用超高导磁材料卷饶成环形，对内外磁场有较好的抗干扰性能，具有很高精度的比差和角差。主运算放大器、引线补偿放大器及微机处理器都在箱体内部一个金属屏蔽盒内，电桥工作电源采用了开关电源，具有很宽的工作范围，也安装在金属屏蔽盒内。

连接标准电容器与被测试品的插座在仪器背部，接地端钮前后共有两处，外接线采用屏蔽电缆，电桥装置箱体作为静电屏蔽以免干扰。

1.4 主要技术指标

l 电桥电容比Cx/Cs（当额定比率为1：1时）为0到1.111110，步级0.000001，倍率（K）变化范围为1000、500、200、100、50、20、10、5、2、1共十档，电容的测量范围取决于标准电容器Cs的大小电容值，即Cx=Cs·K·（Cx/Cs）

l 电容比率值的测量准确度：电容比率读数D一只盘为满度时应不大于

当 tgδ< 3×10^-3  为±0.00005

tgδ≥3×10^-3      为±0.00005±0.005×tgδx

l 电桥tgδ范围为-0.111110到+0.111110，步级为0.000001。

l tgδx测量准确度不大于±0.5% tgδx±5×10^-5

l 被测电容量显示：Cx=（0.1~1111.1110）Cn

显示为被测电容量的前6位有效数字。

l 被测电容介损显示：tgδ= -1.11×10^-1到1.11×10^-1  显示为被测电容介损的前3位有效数字并结合科学记数法。

l 电容量及介损显示精度：电容量：±0.5% Cx±0.00005。介损：±0.5% tgδx±5×10^-5

l 电桥Z大工作电流：电桥标准臂Z大允许电流为15mA。通过被测臂Z大电流与倍率位置有关，见表1。           表1

注意：被测Z大不超过2A，如测试需要则需外接电流互感器。

l 分辨率：当通过标准电容器的电流为0.1mA时，且电容比率读数D一只盘为满度时，在电桥完全平衡时，其电容比及介损盘的分辨率均为5×10^-5。

l 标准电容量预置范围：0000.00到1999.99pF。

l 电桥内有过电压保护措施，氖泡起辉电压不超过交流30伏。

l 试验电压显示：范围0到49.9kV 分辨率为0.1Kv。

l 电桥内附指零仪，其主要技术特性如下：

1.电压零敏度 2μV/格。

2.输入阻抗80kΩ。

3.三次谐波抑制 -60dB。

注：以上的所有技术指标都是在基本测试频率50±0.2Hz下的。

l 电源电压为220V允差10%，频率为50±2Hz消耗功率约40W。电压频率为50±0.2Hz。

l RS232接口：按一个键就可将测试数据传输给电脑，便于数据统计与存储。

l 外形尺寸：560（宽）*410（深）*390（高）毫米。

l 重量：约35公斤。

l QS30-3型量程扩展器（外接， 供选购）主要技术指标。

l a.次级1000匝、初级100匝、辅助1000匝，具有供串绕线匝的穿孔。

l b.比值和Z大电流的额定值

10，000：1    10安  量程扩大器上可以使用。

100，000：1   100安  串绕10箍。

1000，000：1   1000安  串绕1箍。（用串绕箍数，可得中间比值。）

c.精度：（当电桥量范在1000：1时）±1×10^-5。

l SP-A打印机的主要技术指标：

1.打印宽度：40字符/行。

2.打印速度：0.4行/秒。

3.打印纸：57.5mm宽，40mm直径的普通白纸纸圈。

4.外形尺寸：111×62×128（mm）。  

2.  安 装

2.1 验收检查

在出厂前，仪器进了彻底的机械和电气检查，其中包括一段时间的老化，Z后经过严格的检验，合格后才出厂的。所以在收到仪器时，仪器不应该有损伤和故障。然而，由于运输过程中可能会发生问题，故用户在收到仪器后应首先检查是否有结构上的损伤，并尽快的进行电气试验。如发现问题，用户应马上与本公司联系，切勿自行开机处理。

2.2 安装

将电桥安放在牢固的操作台上，首先将电桥的接地端与大地可靠的连接好，然后把仪器的电源线插到适合的电源上。

2.3 初步试验

l 将标准电容器预置盘调整到目前所使用的标准电容量的数值。

l 将电源开关打开，指零仪的指针会向上摆动一下，然后再回到另位。同时显示窗口会有显示、打印机会发出马达的声音，然后打印机的在线指示灯会亮。

l 调节电容比率盘到0.555555，介损盘到0.005555，此时电容显示窗应显示标准电容量预盘的数值与电容比率盘的乘积的前6位有效数字；介损显示窗应显示：“5.55-3”。

l 观察实验电压显示窗：应为“000.0”，按下DC按钮，应显示“00.00”。

3. 操  作

3.1 外形结构介绍(见图1)

1.电源插座：220V/50Hz

2.保险丝：2A

3.接地端钮（背面上2只）：使用时要确保可靠的大地连接，保证操作安全。

4.Cs插孔：接标准电容器。

5.Cxp插孔：被测Cx电位插孔，四端测量大电容时为被测电位端。

6.CxI插孔：被测Cx电流插孔，三端测量时为被测端，四端测量时为被测电流端。

7.Cx放电管：起辉电压不大于交流30伏。

8.试验电压显示微调电位器：在试验时如发现显示的试验电压与实际电压误差过大，可通过调节此电位器，来调整所显示的电压值，倘若有一些误差不会影响测量精度，一般情况在出厂时已调整，故操作人员可不用调整。

9.DC电平：此按钮是选择在试验电压显示窗是显示试验电压还是流经标准电容器的电流Ics。

10.Cx微调按钮。

11.Cx微调电位器：当四端测量需消除引线影响时，按下“Cx微调按钮”，

调节电位器，使指零仪指示尽可能小，具体使用可见后章。

12.标准电容器选择开关：共有两档，100pF和1000pF，当四端测量时，并需要引线补

  偿时，选用100pF作标准时置于“100pF”，若选用1000pF作标准时置于“1000pF”。

13.测量形式选择开关：当三端测量时置于“3”，当四端测量时置于“4”。

14.指零仪表头：平衡时表针指零，使用时不要使表头指针超满偏，以免损坏。在测量接线完毕后，缓慢升起电压，如接线的屏蔽、接地良好，那么指零仪的灵敏的开关在零位时，指针指示也应该为零。通过此可检查屏蔽和接地是否良好，如发现指针与试验电压一起在升高，必须马上切断高压，检查测量回路接线，倍率开关位置是否合适。

15.试验电压显示窗：能在高压试验时显示试验电压，单位为kV。在DC电平按下时，还可显示流经标准电容器的电流单位为mA，本电桥通过标准电容器的电流Z大为15mA。

16.灵敏度转换开关：共有7档，调节平衡时逐渐增大灵敏度，直到所需要的读数分辨率为止。

17.标准电容量预置盘：电桥内部的计算机将通过这里给定的标准电容量的值，对所测试的结果进行数据处理，然后在显示窗上显示出被测试品的电容量及介质损耗值。

18.损耗角正切tgδ平衡调节电位器。

19.损耗角正切tgδ平衡调节盘。

20.电容比率调节平衡盘（Cx/Cs）：共6位读数，平衡后直读电容比率值。

21.电源按钮开关：按下接通电源，红灯亮。

22.介质损耗角正切值tgδ“+”“-”选择开关：当被测tgδ大于标准tgδ时置于“+”；当被测tgδ小于标准tgδ时或测电抗器时置于“-”。

23.Cx倍率转换开关（K）：共有十档量程。

24.打印机：可打印出测试结果，具体操作详见附录。

25.被测试品介质损耗显示窗。

26.被测试品电容量显示窗。

注意：

在试验前，电桥必须可靠与大地连接，灵敏度开关必须回零位，否则在试验时电

桥会发生过大的不平衡，造成指零仪的指针过分偏转而损坏。一般可在外回路没有施加任何电压的条件下，进行初次平衡。因为本仪器的高灵敏度能使系统在周围始终存在的电磁场下得到利用。

流经标准电容器及被测电容器的电流必须符合技术指标的要求。以防止电流比较仪的线路损坏。

3.2 电容测试

3.2.1准备工作：预置

    先将此盘示值调节到所使用的标准电容器实际电容量值。然后将接地端钮与大地可靠连接，电源线接到合适的电源上，指零仪的灵敏度开关置零Z后按下按钮接通电源，红灯亮。

3.2.2电容与损耗角正切值tgδ的三端测量

（1) 在标准电容侧的Z大电流不得超过15mA（特殊订货可达30mA），在试验时                应引起注意。为了获得Z大的分辨率，Ics不应小于1mA。

（2) 用专用测量电缆线将标准电容接到电桥背面Cs插座，被测试品接到CxI插座见图9。

（3) 将倍率开关置于相应的位置上，再将Cx测量型式开关（图1序13）置于“3”（三端测量）。

（4) 接线完闭后，缓慢升起电压，如接线的屏蔽、接地良好，那么指零仪的灵敏度开关在零位时，指针指示也应该为零。通过此可检查屏蔽和接地是否良好，如发现指针与试验电压在一起升高，必须马上切断高压，检查测量回路接线、倍率开关位置是否合适。

（5) 在未加试验电压之前，逐渐增加灵敏度，利用电桥的高灵敏度而进行初步平衡，寻找出一接近平衡的数值，以避免施加试验电压后由于极大不平衡而造成的困难。当Ins指示1mA时即当Cs=100pF试验电压为30kV时，本电桥分辨率无论是电容比值或tgδ均能达到1×10^-6，倍率选择可按表2所示预置。 若标准电容为1000pF则被测相应增大10倍。

例1  如果Cx=400pF  Cs=100pF 倍率“K”置于“5”；

则测量盘Cx/Cs读数为0.800000

例2  如果Cx=30pF  Cs=100pF 倍率“K”置于“1”

则测量盘Cx/Cs读数为0.300000

如果被测电容器的值不知道，开始时Z好将测量计数盘置于0.500000的位置，然后改变倍率K，使指零仪指向较小的偏转，增大灵敏进一步调节读数

盘使电桥逐步平衡，然后计得被测值，若要获六位读数按此被测容量值，选择适当的倍率K。                  表2

（6) 施加试验电压逐渐增大灵敏度，反复调节Cx/Cs读数盘及tgδ读数盘直到指零仪表头指针置于零点。此时电桥达完全平衡，只需满足使用者所需要的读数能分辨即可，不一定要将灵敏度置于Z大“7”档。此时电容量及介损显示窗将显示被测的电容量及介损值。也可以用打印机将有关数据打印出来。打印格式如下：

打印单说明：U-TEXT：打印时的测试电压

Ics：流经标准电容器的电流

Cn：面板上“Cn”所置的标准电容量值

Cx：被测试品的电容量。（与Cn所置的量有关）

tgδ：被测试品的介损值。

还可根据电桥的测量盘示值来计算。

被测电容值按下式计算：

Cx=K (Cx/Cs) Cs …………………………………………………（1）

    其中：K——倍率开关指示值

    Cx/Cs——电桥读数

Cs——标准电容实际值

电桥tgδ盘读数即为被测试品的tgδ值，但更精确的数值应按下式计算：

tgδx=A tgδ（读）+ tgδs ……………………………………(2)

式中：tgδ（读）—— 电桥读数值

  tgδs ————标准电容的自身介损值

A ————— f'/f（f'：为实际频率、f：50Hz）

3.2.3电容及损耗角正切值tgδ的四端测量

测量大电容时，电容器的阻抗很小，因此接线阻抗不能忽略。标准电容器的接线阻抗低于标准电容器阻抗的1×10^-7，电流比较仪绕组的内部阻抗则为标准电容器阻抗的百万分之几。为了能在测量大容量时，保证测量精度，引线阻抗必须补偿。其接法如图2所示。

补偿引线调零步骤如下：

（1) 标准电容Cs的低压测量端用专用导线接到电桥Cs插座。

标准电容Cs高压端用另一专用导线（此导线将作为Cx电位端的引线）接到接到Cxp插座。

（2) 按下电桥电源按钮，电桥Cx/Cs数盘置于“10”，倍率开关置于相应的位置。  电桥被测Cx测量形式开关置于“4”，标准电容Cs选择开关置于与所选用标准电容量相一致的位置（例当使用1000pF作标准电容时，此开关置于“1000pF”）。指零仪灵敏度置于“4”，然后按下Cx微调按钮，并用螺丝批调节下面小孔内的微调，使指零仪指针指于零（或Z小），此时调零补偿引线结束。