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介电常数介质损耗测试仪

显示区域定义GDAT-S用了65k 色的4.3 寸宽屏TFT 显示屏，显示屏显示的内容被划分成如下的四个显示区域显示页面区域：该区域指示当前页面的名称。软键区域：该区域被用于显示软键的功能定义。软键的定义随光标所在的域的位置不同而具有不同功能的定义。

机壳接地端：该接线端与仪器机壳相连。可以用于保护或屏蔽接地连接。

开机插上三线电源插头，注意：应保持供电电压、频率等条件符合上述规定。电源输入相线L、零线N、地线E 应与本仪器电源插头上的相线，零线相同。打开电源，按下前面板上左下角电源开关，仪器开启，显示开机画面 。

介电常数介质损耗测试仪

平衡测试功能变压器参数测试功能87高测试速度:13ms/次电压或电流的自动电平调整（ALC）功能V、I 测试信号电平监视功能内部自带直流偏置源可外接大电流直流偏置源10点列表扫描测试功能30Ω、50Ω、100Ω可选内阻内建比较器，10档分选和计数功能内部文件存储和外部U盘文件保存测量数据可直接保存到U盘RS232C、 USB 、LAN、HANDLER、GPIB、DCI接口

准确度ALC ON 10% x设定电流 + 20μAALC OFF 6% x设定电压 + 20μADC偏置电压源电压 / 电流范围：0V—±5V / 0mA—±50mA分辨率：0.5mV / 5μA电压准确度：1% x设定电压 + 5mVISO ON：用于电感、变压器加偏置测试AC源内阻ISO ON：100ΩISO OFF：30Ω、50Ω、100Ω可选DCR源内阻

性能特点4.3寸TFT液晶显示中英文可选操作界面87高1MHz的测试频率，10mHz分辨率

测量结果/条件显示区域：该区域显示测试结果信息和当前的测试条件。助手显示区域：该区域用于显示系统提示信息。

电源电压：220V±20%，50Hz±2Hz功耗87大80VA体积(W×H×D)： 280 mm × 88 mm × 370 mm(无护套)，369 mm × 108 mm × 408 mm(带护套)。重量：约5kg

电源插座：用于输入交流电源。

技术参数显示器:480×RGB×272，4.3寸TFT LCD显示器。测试信号频率：20Hz—1MHz87小分辨率：10mHz，4位频率输入准确度：0.01%AC电平测试信号电压范围：10mV—2Vrms电压87小分辨率:100μV，3位输入准确度ALC ON 10% x设定电压 + 2mVALC OFF 6% x设定电压 + 2mV测试信号电流范围：100μA—20mA电流87小分辨率：1μA，3位输入

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）：

·?Z??：待测样品（等效为并联电容C_x和电阻R_x）；

·?Z??：标准电容C?；

·?Z?、Z??：可调电阻R?、R?。

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，ε?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C?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R?、R?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C?、R?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 误差分析

系统误差主要来源于：

电容标定误差?（±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），减少接触误差；

?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，误差±0.5%56；

介质损耗（tanδ）：0—1，误差±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?

?ZJD-87? 中航时代仪器正/反接线法，10 kV高压兼容，自动平衡算法GB/T 1693、IEC 6025045

?BQS-37A? 华测仪器双层屏蔽，辅桥自动电位跟踪，数显高压电源GB 1409、ASTM D15047

?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

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。

测量误差：电容测量相对误差不大于±1.0%；介质损耗角正切测量相对误差不大于±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。

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