电介质强度测试仪

一﹑仪器概述：本仪器用于短波治疗仪的应用器进行电介质强度试验。短波治疗仪的被测容性应用器、感性应用器及其连接电缆在进行GB97061-2020标准中第8.8.3条款中规定的试验前应能够承受短波治疗设备的最大输出电压而不出现击穿。二、符合标准：1）本仪器满足GB 9706.203-2020医用电气设备第2-3部分：短波治疗设备的基本安全和基本性能专用要求标准中第201.8.8.3条款aa)、bb)“电介质强度试验”要求，以及图201.101“容性应用器的电介质强度试验”、图201.102“测试探头”、图201.103“感性应用器的电介质强度试验”。三、主要技术参数： aa)通过下列试验来验证容性应用器及连接电缆的符合性:每对应用器应使用制造商规定的电缆进行测试。被测应用器需悬挂或支撑起来，并使之与任何其他物件至少保持50cm的距离(ME设备应用器支架或者类似的支撑装置除外)。每对中第二个应用器安放在接地金属板中心上方约10mm处，接地金属板尺寸不小于900cm² 试验装置如图201.101所示。注1:试验中使用的金属板在工作频率下对地低阻抗特性很关键。短波治疗设备应在额定网电源电压和制造商规定的每对被测应用器的额定输出功率下运行。输出电路需调至谐振,必要时可调整第二个应用器的位置。试验用一根直径为8mm的接地金属探头，探头端部为光滑清洁的半球形,安装在绝缘棒制成的试验手柄上，如图201.102所示。探头的半球形端部应接触到被测应用器上，并沿其表面及连接电缆的全长连续缓慢移动，并且不得在任何一点上停留，试验不得有闪络或击穿现象。交换应用器的位置后重复进行试验。bb) 通过下列试验来验证感性应用器及连接电缆的符合性:被测应用器安放在接地金属板中心上方约10mm处，接地金属板尺寸不小于900cm² 。试验装置如图201.103所示。注2:试验中使用的金属板在工作频率下对地低阻抗特性很关键。短波治疗设备应在额定网电源电压和制造商规定的被测应用器的额定输出功率下运行。输出电路需调至谐振，必要时可调整应用器的位置。试验用一根直径为8mm的接地金属探头，探头端部为光滑清洁的半球形,安装在绝缘棒制成的试验手柄上，如图201.102所示。探头的半球形端部应接触到应用器上，并沿其表面及连接电缆的全长连续缓慢移动，并且不得在任何一点上停留，试验不得有闪络或击穿现象。

介质损耗因数测试仪低频信号源频率覆盖范围 AC频率范围10kHz～60MHz0.1～160MHzCH110～99.9999kHz0.1～0.999999MHzCH2100～999.999kHz1～9.99999MHzCH31～9.99999MHz10～99.9999MHzCH410～60MHz100～160MHz频率指示误差3×10-5±1个字介质损耗因数测试仪低频1. Q合格指示预置功能：预置范围：5～10002. Q表正常工作条件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。介质损耗因数测试仪低频A/C 型 Q 表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。介质损耗因数测试仪低频特点：优化的测试电路设计使残值更小◆ 高频信号采用数码调谐器和频率锁定技术◆ LED 数字读出品质因数，手动/自动量程切换◆ 自动扫描被测件谐振点，标频单键设置和锁定，大大提高测试速度作为新一代的通用、多用途、多量程的阻抗测试仪器，测试频率上限达到目前国内高的160MHz。1 双扫描技术 - 测试频率和调谐电容的双扫描、自动调谐搜索功能。2 双测试要素输入 - 测试频率及调谐电容值皆可通过数字按键输入。3 双数码化调谐 - 数码化频率调谐，数码化电容调谐。4 自动化测量技术 -对测试件实施 Q 值、谐振点频率和电容的自动测量。5 全参数液晶显示 – 数字显示主调电容、电感、 Q 值、信号源频率、谐振指针。6 DDS 数字直接合成的信号源 -确保信源的高葆真，频率的高精确、幅度的高稳定。7 计算机自动修正技术和测试回路优化 —使测试回路 残余电感减至低，彻底 Q 读数值在不同频率时要加以修正的困惑。标准配置：高配Q表 一只 试验电极 一只 （c类）电感 一套（9只）电源线 一条说明书 一份合格证 一份保修卡 一份为什么介电常数越大，绝缘能力越强？因为物质的介电常数和频率相关，通常称为介电系数。介电常数又叫介质常数，介电系数或电容率，它是表示绝缘能力特性的一个系数。所以理论上来说，介电常数越大，绝缘性能就越好。注：这个性质不是绝对成立的。对于绝缘性不太好的材料(就是说不击穿的情况下,也可以有一定的导电性)和绝缘性很好的材料比较,这个结论是成立的。但对于两个绝缘体就不一定了。介电常数反映的是材料中电子的局域(local)特性,导电性是电子的全局(global)特征.不是一回事情的。补充：电介质经常是绝缘体。其例子包括瓷器(陶器)，云母，玻璃，塑料，和各种金属氧化物。有些液体和气体可以作为好的电介质材料。干空气是良好的电介质，并被用在可变电容器以及某些类型的传输线。蒸馏水如果保持没有杂质的话是好的电介质，其相对介电常数约为80。介质损耗因数测试仪低频电介质在外电场作用下，其内部会有发热现象，这说明有部分电能已转化为热能耗散掉，电介质在电场作用下，在单位时间内因发热而消耗的能量称为电介质的损耗功率，或简称介质损耗（diclectric loss）。介质损耗是应用于交流电场中电介质的重要品质指标之一。介质损耗不但消耗了电能，而且使元件发热影响其正常工作。如果介电损耗较大，甚至会引起介质的过热而绝缘破坏，所以从这种意义上讲，介质损耗越小越好。形式各种不同形式的损耗是综合起作用的。由于介质损耗的原因是多方面的，所以介质损耗的形式也是多种多样的。介电损耗主要有以下形式：1）漏导损耗实际使用中的绝缘材料都不是完善的理想的电介质，在外电场的作用下，总有一些带电粒子会发生移动而引起微弱的电流，这种微小电流称为漏导电流，漏导电流流经介质时使介质发热而损耗了电能。这种因电导而引起的介质损耗称为“漏导损耗”。由于实阿的电介质总存在一些缺陷，或多或少存在一些带电粒子或空位，因此介质不论在直流电场或交变电场作用下都会发生漏导损耗。在介质发生缓慢极化时（松弛极化、空间电荷极化等），带电粒子在电场力的影响下因克服热运动而引起的能量损耗。　　一些介质在电场极化时也会产生损耗，这种损耗一般称极化损耗。位移极化从建立极化到其稳定所需时间很短（约为10-16～10-12s），这在无线电频率（5×1012Hz 以下）范围均可认为是极短的，因此基本上不消耗能量。其他缓慢极化（例如松弛极化、空间电荷极化等）在外电场作用下，需经过较长时间（10-10s或更长）才达到稳定状态，因此会引起能量的损耗。若外加频率较低，介质中所有的极化都能完全跟上外电场变化，则不产生极化损耗。若外加频率较高时，介质中的极化跟不上外电场变化，于是产生极化损耗。 [2]3）电离损耗　　电离损耗（又称游离损耗）是由气体引起的，含有气孔的固体介质在外加电场强度超过气孔气体电离所需要的电场强度时，由于气体的电离吸收能量而造成指耗，这种损耗称为电离损耗。4）结构损耗在高频电场和低温下，有一类与介质内邻结构的紧密度密切相关的介质损耗称为结构损耗。这类损耗与温度关系不大，耗功随频率升高而增大。试验表明结构紧密的晶体成玻璃体的结构损耗都很小，但是当某此原因（如杂质的掺入、试样经淬火急冷的热处理等）使它的内部结构松散后。其结构耗就会大大升高。5）宏观结构不均勾性的介质损耗工程介质材料大多数是不均匀介质。例如陶瓷材料就是如此，它通常包含有晶相、玻璃相和气相，各相在介质中是统计分布口。由于各相的介电性不同，有可能在两相间积聚了较多的自由电荷使介质的电场分布不均匀，造成局部有较高的电场强度而引起了较高的损耗。但作为电介质整体来看，整个电介质的介质损耗必然介于损耗大的一相和损耗小的一相之间。表征：电介质在恒定电场作用下，介质损耗的功率为　　W=U2/R=（Ed）2S/ρd=σE2Sd定义单位体积的介质损耗为介质损耗率为ω=σE2在交变电场作用下，电位移D与电场强度E均变为复数矢量，此时介电常数也变成复数，其虚部就表示了电介质中能量损耗的大小。D，E，J之间的相位关系图D，E，J之间的相位关系图如图所示，从电路观点来看，电介质中的电流密度为J=dD/dt=d（εE）/dt=Jτ+iJe式中Jτ与E同相位。称为有功电流密度，导致能量损耗；Je，相比较E超前90°，称为无功电流密度。

一、产品概述：介电常数测试仪采用数字液晶显示，是通过GB1409中的Q表法测试固体/液体绝缘材料介电常数及介质损耗因数的分析仪器。它以单片计算机控制仪器，测量核心采用了频率数字锁定、标准频率测试点自动设定、谐振点自动搜索、Q值量程自动转换、数值显示等新技术，改进了调谐回路，使得调谐测试回路的残余电感减至低值，并保留了原Q表中自动稳幅等技术，使得新仪器在使用时更为方便，测量时更为精确。可直读介电常数及介质损耗结果，免去人工计算的繁琐。经过新升级可通过上位机软件查看测试曲线，北京航天纵横检测仪器是代替进口设备的北京航天纵横仪器产品。仪器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，电工材料的高频介质损耗，高频回路有效并联及串联电阻，传输线的特性阻抗等。产地北京房山。二、技术特性：DDS数字合成信号：50KHz-160MHz；信号源频率覆盖比：1600:1；信号源频率精度：6位有效数3×10-5 ±1个字；Q测量范围/Q分辨率：1-1000自动/手动量程；4位有效数,分辨率0.1；Q测量工作误差：5%；电感测量范围/分辨率：1nH-140mH 4位有效数,分辨率0.1nH；电感测量误差：5%；调谐电容：主电容17-240pF；电容直接测量范围：1pF～25nF；调谐电容误差/分辨率：±1pF或1% / 0.1pF；谐振点搜索：自动扫描；Q合格预置范围：5-1000声光提示；Q量程切换：自动/手动；LCD显示参数：F，L，C，Q，Lt，Ct波段等；新增功能：自身残余电感和测试引线电感的自动扣除功能；新增功能：大电容值直接测量显示功能，测量值可达25nF；消耗功率：约25W；净重：约7kg；外型尺寸：（宽×高×深）mm：380×132×280。二、符合标准：GB/T1409-2006测量电气绝缘材料在工频、音频、高频下电容率和介质损耗因数的推荐方法；GB/T1693-2007硫化橡胶介电常数和介质损耗角正切值的测定方法；ASTM D150-11实心电绝缘材料的交流损耗特性和电容率（介电常数）的标准试验方法；GBT5594.4-2015电子元器件结构陶瓷材料性能测试方法； 三、产品特点：1、双扫描技术 - 测试频率和调谐电容的双扫描、自动调谐搜索功能。2、双测试要素输入 - 北京航天纵横检测仪器测试频率及调谐电容值皆可通过数字按键输入。3、双数码化调谐 - 数码化频率调谐，数码化电容调谐。4、自动化测量技术 -对测试件实施 Q 值、谐振点频率和电容的自动测量。5、全参数液晶显示 – 数字显示主调电容、电感、 Q 值、信号源频率、谐振指针。6、DDS 数字直接合成的信号源 -确保信源的高葆真，频率的高精确、幅度的高稳定。7、计算机自动修正技术和测试回路优化—使测试回路 残余电感减至低值，彻底根除 Q 读数值在不同频率时要加以修正的困惑。8、新增功能：电感测试时，仪器自身残余电感和测试引线电感的自动扣除功能。大大提高了在电感值（特别是小电感值）测量时的精度。此技术只有北京航天纵横仪器生产的Q表有。9、新增功能：大电容值直接测量显示功能，电容值直接测量值可达25nF（配100uH电感时）。大电容值测量一个按键搞定。此技术只有北京航天纵横检测仪器生产的Q表有。四、工作环境：1、环境温度：0℃～+40℃；2、相对湿度：80％；3、电源：220V±22V，50Hz±2.5Hz。五、配置清单：主机一台电感九只夹具一套液体杯一个电源线一根数据线一根说明书一份合格证一份保修卡一张六、适用单位：可以用于科研机关，学校，例如一些科研院所，大专院校或计量测试部门的实验室需要用介电常数仪对绝缘材料的介质损耗角正切tanδ及介电常数进行测试；北京航天纵横检测仪器同时也适用于工厂或单位，例如一些工厂对无机非金属新材料性能的应用进行研究，另外在电力、电工、化工等领域，如：电厂、电业局实验所、变压器厂、电容器厂、绝缘材料厂、炼油厂等单位对固体及液体绝缘材料的介质损耗和相对介电常数ε的质量检测等等。七、试验步骤：1、按照Q表的操作规程调整仪器，选定测量频率，测定C1和Q1的值。2、将试样放入测试电极中，并调节电容器C，使电路谐振，达到最大Q值记下调谐电容量C2和Q2的值。3、将试样从测试电极中取出，调节C或测试电极的距离，使电路重新谐振，记下C、或测试电极的校正电容值与Q值，北京航天纵横检测仪器并根据测试值计算出损耗角tanδ与介电常数ε。4、其他高频测试仪器按其说明书进行操作，北京航天纵横检测仪器通过测试值计算出损耗角tanδ和介电常数ε。八、试验条件：1、试样表面应清洁、平滑，无裂纹、气泡和杂质等，试样表面应用蘸有无水乙醇的布擦洗。2、试样应在标准实验室温度及湿度下至少调节24h。3、当试样处理有特殊要求时，可按其产品标准规定的进行。九、测试意义：1、介电常数——北京航天纵横检测仪器绝缘材料通常以两种不同方式来使用，即（1）用于固定电学网络部件，同时让其彼此以及与地面绝缘；（2）用于起到某一电容器的电介质作用。在第一种应用中，通常要求固定的电容尽可能小，同时具有可接受且一致的机械，化学和耐热性能。因此要求电容率具有一个低值。在第二种应用中，要求电容率具有一个高值，以使得电容器能够在外型上能尽可能小。有时使用电容率的中间值来评估在导体边缘或末端的应力，以将交流电晕降至最小。2、交流损耗——对于这两种场合（作为电学绝缘材料和作为电容器电介质），交流损耗通常必须是比较小的，以减小材料的加热，同时将其对网络剩余部分的影响降至最小。在高频率应用场合，特别要求损耗指数具有一个低值，因为对于某一给定的损耗指数，电介质损耗直接随着频率而增大。在某些电介质结构中，例如试验用终止衬套和电缆所用的电介质，通常电导增加可获得损耗增大，这有时引入其来控制电压梯度。在比较具有近似相同电容率的材料时或者在材料电容率基本保持恒定的条件下使用任何材料时，这可能有助于考虑耗散因子，功率因子，相位角或损耗角。3、相关性——北京航天纵横检测仪器当获得适当的相关性数据时，耗散因子或功率因子有助于显示某一材料在其它方面的特征，例如电介质击穿，湿分含量，固化程度和任何原因导致的破坏。然而，由于热老化导致的破坏将不会影响耗散因子，除非材料随后暴露在湿分中。当耗散因子的初始值非常重要的，耗散因子随着老化发生的变化通常是及其显著的。十、典型用户：沧州大化集团中国计量大学河南平煤神马聚碳材料有限责任公司温州市鹿城区科学技术局东莞初创应用材料有限公司北京航空航天大学中国科学技术大学惠州市杜科新材料有限公司宁波东烁新材料科技有限公司云南能投硅材科技发展有限公司天津科技大学十一、相关产品：ZJC-50kV电压击穿试验仪ZST-212体积表面电阻率测试仪ZJD-C介电常数介质损耗测试仪ZDH-20KV耐电弧试验仪LDQ-5漏电起痕试验仪XRW-300HB热变形维卡温度测定仪XNR-400H熔体流动速率测定仪JF-6氧指数测定仪CZF-5水平垂直燃烧试验机WDW-50KN材料电子拉力试验机一、介质损耗的基本概念1.介质损耗电介质在电场作用下(加电压后)，要发生极化过程和电导过程。有损极化过程有能量损耗；电导过程中，电学性泄漏电流流过绝缘电阻当然也有能量损耗。损耗程度一般用单位时间内损耗的能量，即损耗功率表示。这种电介质出现功率损耗的过程称为介质损耗。显然，介质损耗过程随极化过程和电导过程同时进行。介质损耗掉的能量(电能)变成了热能，使电介质温度升高。若介质损耗过大，则电介质温度将升得过高，这将加速电介质的热分解与老化，最终可能导致绝缘性能的完全失去，所以研究介质损耗有十分重要的意义。2.介质损耗的基本形式(1)电导损耗。电导损耗为电场作用下由泄漏电流引起的那部分损耗。泄漏电流与电场频率无关，故这部分损耗在直流交流下都存在。气体电介质以及绝缘良好的液、固体电介质，电导损耗都不大。液、固体电介质的电导损耗随温度升高而按指数规律增大。(2)极化损耗。极化损耗为偶极子与空间电荷极化引起的损耗。在直流电压作用下，由于极化过程仅在电压施加后很短时间内存在，与电导损耗相比可忽路。而在交流电压作用下，由于电介质随交流电压极性的周期性改变而作周期性的正向极化和反向极化，极化始终存在于整个加压过程之中。极化损耗在频率不太高时随频率升高而增大。但频率过高时，极化过程反而减弱，损耗减小。极化损耗与温度也有关，在某一温度下极化损耗达最大。(3)游离损耗，游离损耗主要是指气体间隙的电晕放电以及液、固体介质内部气泡中局部放电所造成的损耗。这是因为放电时，产生带电粒子需要游离能，放电时出现光、声、热、化学效应也要消耗能量。游离能随电场强度的增大而增大。二、介质损失角正切tanδ由上可见，在直流电压作用下，介质损耗主要为电导损耗，因此，电导率γ或电阻率ρ既表示介质电导的特性，同时也表征了介质损耗的特性。但在交流电压作用下，三种形式的损耗都存在，为此需引入一个新的物理量来表征介质损耗的特性，这个物理量就是tanδ。1.并联等值电路及损耗功率的计算公式电介质两端施加一交流电压时，就有电流流过介质。有三个电流分量组成式中 ——电导过程的电流，为阻性电流，与同相位；——无损极化和有损极化时的电流。对应的等值电路如图2-9(a)所示，此等值电路可进一步简化成如图2-9(b)所示的由R和Cp相并联的等值电路。此并联等值电路的相量图如图2-9(c)所示。我们定义功率因数角θ的余角为δ角。由相量图可见，介质损耗功率越大，IR越大，δ角也越大，因此δ角称为介质损失角。对此并联等值电路，可写出介质损耗功率P的计算公式当然，图2-9(b)的电路也可以简化成由r和Cs相串联的等值电路，可以证明当tanδ 很小时， Cs≈C对于串联等值电路，同样可以推出损耗功率的计算公式2.tanδ值的意义从介质损耗功率P的计算公式看，我们若用P来表征介质损耗的程度是不方便的，因为P值与试验电压U的高低、试验电压的角频率ω(ω=2Πf)、电介质等值电容量Cp (或Cs)以及tanδ值有关。而若在试验电压、频率、电介质尺寸一定的情况下，那么介质损耗功率仅取决于 tanδ，换句话说，也就是tanδ是与电压、频率、绝缘尺寸无关的量，它仪取决于电介质的损耗特性。所以 tanδ是表征介质损耗程度的物理量，与εr、γ相当。这样,我们可以通过试验测量电介质的tanδ值，并以此来判断介质损耗的程度。各种结构固体电介质的tanδ如表2-2所示。表2-2 各种结构固体电介质的tanδ值(1MHz，20℃时)电介质结构名称tanδ分子结构非极性分子石 蜡 聚苯乙烯 聚四氟乙烯小于0.0002极性分子纤维素 有机玻璃0.01~0.015离子结构晶格结构紧密岩 盐 刚 玉小于0.0002 小于0.0002晶格结构不紧密多铝红柱石0.015晶格畸变的晶体锆英石0.02无定形结构硅酸铅玻璃 硅碱玻璃0.001 0.01不均匀结构　绝缘子瓷 浸渍纸绝缘0.01 0.01三、影响 tanδ 的因素影响tanδ 值的因素主要有温度、频率和电压。1.温度对tanδ值的影响随电介质分子结构的不同有显著的差异中性或弱极性介质的损耗主要由电导引起，故温度对tanδ的影响与温度对电导的影响相似，即tanδ随温度的升高而按指数规律增大，且tanδ较小。极性介质中，极化损耗不能忽略，tanδ值与温度的关系如图2-10所示。当温度在t1时，由于温度较低，电导损耗与极化损耗都小，电导损耗随温度升高而略有增大，而极化损耗随温度升高也增大(黏滞性减小，偶极子转向容易)，所以tanδ随温度升高而增大。当温度在t1＜t＜t2时，温度已不太低，此时分子的热运动反而妨碍偶极子沿电场方向作有规则的排列，极化损耗随温度升高而降低，而且降低的程度又要超过电导损耗随温度升高的程度，因此tanδ随温度升高而减小。当温度在t＞t2时，温度已很高，电导损耗已占主导地位，tanδ又随温度升高而增大。2.频率对tanδ的影响主要体现于频率对极化损耗的影响tanδ与频率的关系如图2-11所示。在频率不太高的一定范围内，随频率的升高，偶极子往复转向频率加快，极化程度加强，介质损耗增大，tanδ值增大。当频率超过某一数值后，由于偶极子质量的惯性及相互间的摩擦作用，来不及随电压极性的改变而转向，极化作用减弱，极化损耗下降，tanδ值降低。3.电压对tanδ的影响主要表现为电场强度对tanδ值的影响在电场强度不很高的一定范围内，电场强度增大(由于电压升高)，介质损耗功率变大，但tanδ几乎不变。当电场强度达到某一较高数值时，随着介质内部不可避免存在的弱点或气泡发生局部放电，tanδ随电场强度升高而迅速增大。因此，在较高电压下测tanδ值，可以检查出介质中夹杂的气隙、分层、龟裂等缺陷来。此外，湿度对暴露于空气中电介质的tanδ影响也很大。介质受潮后，电导损耗增大，tanδ也增大，例如绝缘纸中水分含量从4%增加到10%，tanδ值可增大100倍。然而，假如tanδ值的测试是在温度低于0～5℃时进行，含水量增加tanδ反而不会增大，这是因为此时介质中的水分已凝结成冰，导电性又变差，电导损耗变小的缘故。为此，在进行绝缘试验时规定被试品温度不低于+5℃，这对tanδ的测试尤为重要，在工程实际中，通过tanδ以及tanδ=f(u)曲线的测量及判断，对监督绝缘的工作状况以及老化的进程有非常重要的意义。