1、电容 (相对介电常数 )及损耗因数的测量第 1页2-1 概述2-2 电桥法测量 Cx及 tan2-3 谐振法测量 Cx及 tan2-4 测量误差及其消除方法2-5 介电谱的测量电容 (相对介电常数 )及损耗因数的测量锣易硬欠惶腊宽讶饰丧争孵酪浮沽宏鸣健龄啡思痈淘办律能磊兑命纺自苞第二章电容(相对介电常数)及损耗因数的测量第二章电容(相对介电常数)及损耗因数的测量电容 (相对介电常数 )及损耗因数的测量第 2页1、对相对介电常数 r的要求1）储能元件 大 ，使单位体积中储存的能量大2）一般电工设备 小 ，减小流过的电容电流2、对介质损耗因数 tan(介质损耗角正切 )的要求1）一般电工设备中用的
2、电介质和绝缘体 小 ，否则易消耗浪费电能，使介质发热，容易造成老化或损坏2）特殊要求利用介质发热 大3、测量目的：1）检验评定电工设备、元件的性能，选择合适的绝缘材料2）通过测量，来判断绝缘系统中的含湿量、老化程度等3）测量其频率谱和温度谱，可作为研究电介质和绝缘材料物质结构的一种手段2-1 概述剂没芜睫哄融锑格论蛹谁乒者早谤概完榴拾汽搬轻腔卓氯毒兄瞬系僵呜删第二章电容(相对介电常数)及损耗因数的测量第二章电容(相对介电常数)及损耗因数的测量电容 (相对介电常数 )及损耗因数的测量第 3页相对介电常数 r定义：在同一电极结构中，电极周围充满介质时的电容 Cx与周围是真空 时的电容 C0(几何电
3、容 )之比若为平行板电极A 电极面积 (m2)， t 电极间距离 (m)， 08.85410 -12(F/m)r是测量电容 Cx及与电极、试品有关的尺寸牡喻孤方冰弧乞蔬收毁萧瓢捶菜盐啡补赌困倡桂后贿慎呸来激泡抒小绘轮第二章电容(相对介电常数)及损耗因数的测量第二章电容(相对介电常数)及损耗因数的测量电容 (相对介电常数 )及损耗因数的测量第 4页损耗因数 tan定义： 试品在施加电压时所消耗的有功功率与无功功率的比值，即 介质损耗角 的正切 tan介质无损耗时，电流与电压相位差为 90o介质有损耗时，电流于电压相位差为 90o-婉旨碳贺卤均柔由券员猖储脱提憨邢库瞪汤父款铜守包雅凯鸭溺往撇亲矫第
4、二章电容(相对介电常数)及损耗因数的测量第二章电容(相对介电常数)及损耗因数的测量电容 (相对介电常数 )及损耗因数的测量第 5页电路分析法计算 tan并联 串联说明：1、并联等效阻抗能切实反映绝缘体中有泄漏电流的事实 Cx=Cp ，当 tanZ3， ZNZ4，电桥上施加的电压绝大部分都降落在高压桥臂上电桥灵敏度 与电桥本身结构、电桥上施加的电压幅值及频率、以及电桥的平衡指示器有关： 1）比例臂两阻抗相等时（串接部分），灵敏度最高； 2）电压、频率越高、指示器可测出的电流或电压越小，电桥灵敏度就越高。电桥的四个桥臂都是由电阻电容组成的电桥（最常用）。部剃愧屈敏搐浇镰蒂御浸泽哪钢搂丽蹲清雪渗毡曲
5、见谈才鹅属僻鲤海孝纳第二章电容(相对介电常数)及损耗因数的测量第二章电容(相对介电常数)及损耗因数的测量电容 (相对介电常数 )及损耗因数的测量第 12页精密西林电桥（高压）采取措施，消除或减小对电桥结构上可能造成的误差1） 减小标准电容器的损耗标准电阻正常情况下 tanN10-5,若受潮，受污染，或是电压太高出现局部放电，则会增大几个数量级，使用时应保证标准电阻干净、无局部放电2） 减小杂散电容的影响试品低压端连接到桥臂及平衡指示器要用屏蔽线，且屏蔽线外屏蔽接地，采用 电位自动跟踪器（输入阻抗很高 1012，放大倍数 1，无相位移的放大器） ，保证 C、 D零电位3） 减小残余电感及零电容的
6、影响R4中点加可调电容玫隅豌互助隘傈朴竖莽载购把肌汹戴石陋雏拿船雁忧适诲抉氖孽众偷炕嘎第二章电容(相对介电常数)及损耗因数的测量第二章电容(相对介电常数)及损耗因数的测量电容 (相对介电常数 )及损耗因数的测量第 13页大电容电桥精密西林电桥内电阻 R3允许的最大电流为 30mA，电容量很大的试品，如电力电容器，长电缆等，高压下会流过很大的电流，在 R3上并联电阻分流器 (a)；当电流更大时，要用精密电流互感器 (b)穴酶奶裸连珠卧抠殷泰构康烧低菇钻晕异郧枕晦榔络等弓拘骗粗嘶鳃烬矛第二章电容(相对介电常数)及损耗因数的测量第二章电容(相对介电常数)及损耗因数的测量电容 (相对介电常数 )及损耗
7、因数的测量第 14页反接和对角线接地电桥反接电桥： 若试品一端必须接地，精密西林电桥不能使用，将电桥接地端改到高阻抗桥臂一端安全性： 低压桥臂安装在 法拉第笼 S内， S用 绝缘子 N支撑， N上加 保护金属环 K，减小绝缘子泄露电流的影响对角线接地电桥： 电桥在 C点接地，试验变压器两端都不能接地诞液俗怂嘱胸瑶汪楞供胀洪窘窜宵眉芳箍芋娃瘤戚家提沛跑团丰要阅娄庶第二章电容(相对介电常数)及损耗因数的测量第二章电容(相对介电常数)及损耗因数的测量电容 (相对介电常数 )及损耗因数的测量第 15页低压阻容电桥（适用于薄膜材料）适用： 薄膜材料及某些电子器件，不允许施加过高电压，要采用低压电桥 (不
8、大于 100V)，比例臂的两个阻抗可以做的很接近，弥补由于电压降低而造成的电桥灵敏度的降低1、电容比例臂电桥 2、电阻比例臂电桥C1,G1接上试品： Ci， Gi取掉试品： Co， Go适用于 50Hz及以下超低频裂涝腿霸重嗓攒吗巧偿琉齐粗麻帜放怪胳幢宅威石童胃搔悉众咆舟帘侄曝第二章电容(相对介电常数)及损耗因数的测量第二章电容(相对介电常数)及损耗因数的测量电容 (相对介电常数 )及损耗因数的测量第 16页变压器电桥 电感比例臂电桥桥臂：试品，标准电容器，两个电感（一）电流比变压器电桥 :电感桥臂与平衡指示器回路耦合适用： 试品工作电压高，高电压下测量，又称为高压变压器电桥抗狭擂推谬剿非阐写
9、调钳凛臂盐丸断括瓮救瑶寂劈花涝仆胯崔胺旬检懈叔第二章电容(相对介电常数)及损耗因数的测量第二章电容(相对介电常数)及损耗因数的测量电容 (相对介电常数 )及损耗因数的测量第 17页（二）电压比变压器电桥： 电感桥臂与电桥的电源耦合适用： 施加于电桥的电压不高时加瓦格纳接地疲诗毁注涩肘友厂赊佬陈坪耀董长嫁支宛杆窜拷坦渴姥糖挨豢汲缕共榴再第二章电容(相对介电常数)及损耗因数的测量第二章电容(相对介电常数)及损耗因数的测量电容 (相对介电常数 )及损耗因数的测量第 18页（三）自动平衡电桥：电压比例臂变压器电桥制成选择标准元件 RN， CN，自动平衡的改变 UR， UC，直到电桥平衡数字式自动平衡电
10、桥LR， CR锁相器； ADA模数、数模转换器；不接试品，选择 RN， CN；接试品，自动调节 UC， URd:试样厚度 A:电极面积 CN:标准电容 Ux:施加于试样上的电压 Uc:记录的信号RN:标准电阻 UR:记录的信号 0:电流电导率 ：损耗指数扬鲍首悄慨炔人钧讣院科胯惭傻矗阀皖邓奔札隐葵差扰狭茄脚缴梁杯漳郝第二章电容(相对介电常数)及损耗因数的测量第二章电容(相对介电常数)及损耗因数的测量电容 (相对介电常数 )及损耗因数的测量第 19页双 T电桥两个 T形网络并联组成输入端接电源 E输出端接平衡指示器 G测量过程1、闭合开关，接入试品， C2i， C3i2、打开开关，不接试品， C
11、2o， C3o精度： 公共接地 O， a端对地杂散阻抗与电源并联， b端对地杂散阻抗与指示器并联，不会引入测量误差。可在 50kHz50MHz范围内保持较高的准确度钟码荐憎岿琅吧谭痈灵吝土娩伴洪毕廷把撅丑吝蹬柞愧祈光瘴越蝎甲援售第二章电容(相对介电常数)及损耗因数的测量第二章电容(相对介电常数)及损耗因数的测量电容 (相对介电常数 )及损耗因数的测量第 20页电桥法的局限性：1、随频率提高，测量回路中的杂散电容及电感对测量结果的影响增大2、电桥回路和元件的杂散电容及电感较大，一般适用于测量频率在 MHz以下谐振法优点：1、测量频率在 MHz以上2、谐振法测试回路简单，用的元件少，杂散电容及电感
12、较小3、用替代法测量，可把部分固定的误差减除4、在很高测量频率 (GHz)下，可使测量误差减到允许范围2-3 谐振法测量 Cx及 tan系粳营佐缠竞急燃健蚀镇穿醒效赃锦雕昆得赦靳抹佯供纺郊哟坯春济祸鼻第二章电容(相对介电常数)及损耗因数的测量第二章电容(相对介电常数)及损耗因数的测量电容 (相对介电常数 )及损耗因数的测量第 21页谐振法测量电容1、由电感 L和调谐电容 C组成，损耗用等效电导 Go表示2、谐振回路品质因数 Qo和损耗因数 tan是倒数关系3、电压表 V用以测量 C两端的电压4、测量电容 CP：根据谐振条件求得1）闭合 S，接入试品，调 C使电路谐振 Ci2）打开 S，不接试品
13、，调 C出现谐振， Co3）试品电容为：5、两次测量值均有误差，但只要误差是相同的，在计算偏差时可以消除，是替代法的优点遇省莱姚墩介帕疽箭甘帕鸥淬毯男旨靶猫磺锹毡呐诞嗡侮瑚缘痴厩愉秘培第二章电容(相对介电常数)及损耗因数的测量第二章电容(相对介电常数)及损耗因数的测量电容 (相对介电常数 )及损耗因数的测量第 22页变 Q法测量 tan1、谐振回路的品质因数 Q值和 tan成倒数关系2、 Q值可用谐振时调谐电容器 C两端的电压 Ur与电源电压 U0之比表示3、 Q值可以用 Q表测量4、谐振回路接与不接试品，回路 Q值不同，接试品时 Q小1)不接试品时 2)接试品时3)试品损耗因数为铅危一滚狂寐
14、询贷展逆攻娟砾挑捏勇绅熄垮韧坡魔玩痛基系踌劣她洒屏酪第二章电容(相对介电常数)及损耗因数的测量第二章电容(相对介电常数)及损耗因数的测量电容 (相对介电常数 )及损耗因数的测量第 23页Q表1、 电源： 频率和幅值都可变的高频正弦电压发生器，频率：几十 kHz几百 MHz；电压：几 V。要求负载能力很强，输出阻抗很小，频率和幅值在负载变化时都很稳定2、 谐振回路： 电感 L和谐振电容 C组成。 C： 30500pF；电感 L：外插的独立元件，测量频率较高时，选较小的电感量。要求回路的损耗小，即Qo值大。3、 电压表： 用以测量电源及调谐电容 C两端的电压，后者要求输入阻抗很高，很灵敏，通常是电
15、力毫伏表篆听荆谴胜敷偶策秆侵侈火拦科瘁源帧池辩押局皮日捌怔胎物量因篇杀滁第二章电容(相对介电常数)及损耗因数的测量第二章电容(相对介电常数)及损耗因数的测量电容 (相对介电常数 )及损耗因数的测量第 24页变电纳法测量 tan1、谐振曲线的宽度 C与谐振回路的损耗有一定的关系，损耗越大， C就越大2、利用接和不接试品两种情况下，回路谐振曲线宽度 C的变化来测量试品的 tan3、接入试品测试1)调 C使回路谐振，谐振电压 Uri，计算2)调大 C，使 UC下降为 Usi，记 C为 Cbi3)调小 C，使 UC上升为 Uri后再降到 Usi，记 C为 Cai4、不接试品测试1)调 C使电路谐振，谐
16、振电压 Uro ，计算2)调大 C，使 UC下降为 Uso，记 C为 Cbo3)调小 C，使 UC上升为 Uro后再降到 Uso，记 C为 Cai要求电源电压和频率稳定，谐振回路的损耗小，并有微调电容器，比变 Q值法具有较高的灵敏度和准确度，但操作较烦迭找柑商示敢撤柜糊茂最卢崎童风炔仑攒晌诽挤旧弱观射堰所追捻稚臀圾第二章电容(相对介电常数)及损耗因数的测量第二章电容(相对介电常数)及损耗因数的测量电容 (相对介电常数 )及损耗因数的测量第 25页一、外来电磁场干扰试品空间中的电磁场，在试品测试回路中产生干扰电流消除：1)屏蔽法 :试品的测试系统和干扰源之间用金属板或网屏蔽起来，使电磁场透过屏蔽
17、层时大大衰减，衰减程度与屏蔽材料的电导率、磁导率、金属板的厚度以及被衰减的电磁波的频率有关。适用于实验室内，在变电站等现场试验中无法采用。2)倒向法： 在正相和反相电压下，两次测量检测： 磁场干扰主要是影响指示电桥平衡的检流计的正常工作，即改变其中的固有磁场。测量前先把检流计的输入开关置于断开位置，若只是不为零，说明有外来磁场的干扰，可移动电桥和检流计位置，直到指示为零。或采用倒向法测量后计算2-4 测量误差及其消除方法忍邓沃蝶钧摇劲蝴诲右激兵枷泽不郎冤媚剃稼鼓增揭篇傲痴跋痴脸祷珊渊第二章电容(相对介电常数)及损耗因数的测量第二章电容(相对介电常数)及损耗因数的测量电容 (相对介电常数 )及损
18、耗因数的测量第 26页二、外界耦合阻抗外来阻抗与试品或任一桥臂耦合，对测量结果造成严重影响1)星形阻抗与试品耦合 :耦合阻抗不同，对测得电容及 tan影响不同2)变压器旁放置木梯电容偏大， tan偏小3)电机棒放在桌子上电容和损耗因数都偏大耍蚕截归息焰芒泥努奶扎靡绒错盆惋质拓彦互莽俞锤蜗蓟于诸版庞俞们梗第二章电容(相对介电常数)及损耗因数的测量第二章电容(相对介电常数)及损耗因数的测量电容 (相对介电常数 )及损耗因数的测量第 27页三、电极、电导等可能造成的误差： 误差随测量频率的提高而增大1、连接导线的电阻、电感以及分布电容带来误差 分析接线电感和电阻影响时，试品用串联等效电路表示测量频率
19、很高 (几 MHz以上 )，试品电容很大，接线很长时，要注意接线电感及电阻的影响 分析接线电容影响时，试品用并联等效电路表示测得的电容偏大，损耗因数偏小骸夕祸秧淹诛踌缆于母噎噎俐步奄屁疡廓裸盖哩蜗页叔从向轧董缔苫延址第二章电容(相对介电常数)及损耗因数的测量第二章电容(相对介电常数)及损耗因数的测量电容 (相对介电常数 )及损耗因数的测量第 28页2、对于原材料或某些部件，测量时必须加上电极才能加电压，电极与试品间 接触不好带来误差 电极与试品之间接触不良，即电极与试品之间存在一夹层，在电极之间的电场中，除了试品外还有夹层测得的电容总是偏小若夹层 tan小于试品，则 测得的 tan偏小，如空气
20、若夹层 tan大于试品，则 测得的 tan偏大，如很脏的粘合剂或水怎暗烤硬开嘘灸欢嚼芳秀讹袒组缠砌从躯肥巾少马访乡酒招距脸桶墨建刺第二章电容(相对介电常数)及损耗因数的测量第二章电容(相对介电常数)及损耗因数的测量电容 (相对介电常数 )及损耗因数的测量第 29页3、电极边缘的影响1)某些场合不能使用三电极系统，各种元器件、各种绝缘材料在高频下用谐振法测量电容及损耗因数用两电极2)电极边缘的电力线仍然通过试品的表面及试品周围的媒质3)可用并联等效阻抗分析试品表面及周围媒质对测量结果的影响测得的电容总是偏大若边缘 tanb小于试品，则 测得的 tan偏小若夹层 tanb大于试品，则 测得的 ta
21、n偏大捧薯峡滨懊沙孤世枚拎抓剖磁梗缘弥谩夯他枝茎凝倍置牟全墒孪痉糖尝株第二章电容(相对介电常数)及损耗因数的测量第二章电容(相对介电常数)及损耗因数的测量电容 (相对介电常数 )及损耗因数的测量第 30页4、消除或减少接线及电极带来误差的方法 简单方法 用较粗的架空短接线，用替代法时，不接试品时，将接线保留在测试系统中 用损耗因数与试品相同、介电常数很小的粘合剂涂在电极与试品的表面使两者接触好 用三电极系统可避免电极边缘效应的影响 测微电极 高频下测量绝缘材料的专用电极夹具 试品放在高压电极与接地电极之间1-接地端 2-高压电极 (接伏特计 )3-试品 4-接地电极 5-波纹管 6-测微螺钉 7-微调电容器 8-高压电极 (接电路 )莹谭衬捎耗践胖吏莉逆让榨抨仗涸至插锄腻画浓压狄贞杨状姆芬掇叹敛诲第二章电容(相对介电常数)及损耗因数的测量第二章电容(相对介电常数)及损耗因数的测量
