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關(guān)于GBT1693介電常數(shù)及介質(zhì)損耗測試儀的詳細介紹

更新時間:2018-08-22      點擊次數(shù):6791

機臺型號:ZJD-B ZJD-C QS37

ZJD-C型介電常數(shù)介質(zhì)損耗測試儀

一、概述:

    ZJD-C型介電常數(shù)介質(zhì)損耗測試儀作為一代的通用、多用途、多量程的阻抗測試儀器,測試頻率上限達到目前國內(nèi)高的160MHz.ZJD-C介電常數(shù)介質(zhì)損耗測試儀采用了多項技術(shù)。

雙掃描技術(shù) - 測試頻率和調(diào)諧電容的雙掃描、自動調(diào)諧搜索功能。

雙測試要素輸入 - 測試頻率及調(diào)諧電容值皆可通過數(shù)字按鍵輸入。

雙數(shù)碼化調(diào)諧 - 數(shù)碼化頻率調(diào)諧,數(shù)碼化電容調(diào)諧。

自動化測量技術(shù) -對測試件實施 Q 值、諧振點頻率和電容的自動測量。

全參數(shù)液晶顯示 – 數(shù)字顯示主調(diào)電容、電感、 Q 值、信號源頻率、諧振指針。

DDS 數(shù)字直接合成的信號源 -確保信源的高葆真,頻率的高、幅度的高穩(wěn)定。

計算機自動修正技術(shù)和測試回路*化 —使測試回路 殘余電感減至低,** Q 讀數(shù)值在不同頻率時要加以修正的困惑。

二、主要技術(shù)特性:

*1.信號源: DDS數(shù)字合成信號 100KHZ-160MHZ

*2.信號源頻率精度3×10-5 ±1個字,6位有效數(shù)

3.Q值測量范圍:1~1023

4.Q值量程分檔:30、100、300、1000、自動換檔或手動換檔;

*5.電感測量范圍:1nH~140mH 自身殘余電感和測試引線電感的自動扣除功能

*6.電容直接測量范圍:1pF~25nF                                       

7.主電容調(diào)節(jié)范圍: 17~240pF                                         

8.準確度 150pF以下±1pF;150pF以上±1% 

9.信號源頻率覆蓋范圍100kHz~160MHz

10.合格指示預(yù)置功能范圍:5~1000

11.環(huán)境溫度:0℃~+40℃;

12.消耗功率:約25W;電源:220V±22V,50Hz±2.5Hz。

13. S916(數(shù)顯)介電常數(shù)εr和介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ測試裝置:

數(shù)顯式微桿,平板電容器:

極片尺寸: 38mm

極片間距可調(diào)范圍:≥15mm

夾具插頭間距:25mm±0.01mm

夾具損耗正切值≤4×10-4 (1MHz)

測微桿分辨率:0.001mm

測試極片:材料測量直徑Φ38mm厚度可調(diào) ≥ 15mm 

*液體杯:測量極片直徑 Φ38mm; 液體杯內(nèi)徑Φ48mm 、深7mm

14. 電感組LKI-1:

分別有0.05μH、0.1μH、0.5μH、2.5μH、10μH、50μH、100μH、1mH、5mH、10mH十個電感組成。

三、配置:

主機    一臺

電感    九支

夾具    一套

液體杯 一套

隨機文件一套

 

ZJD-C型硫化橡膠介電常數(shù)介質(zhì)損耗測試儀相關(guān)標準

 

硫化橡膠介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角

正切值的測定方法

警告:使用本標準的人員應(yīng)有正規(guī)實驗室工作的實踐經(jīng)驗。本標準并未指出所有可能的安全問題。使用者有責任采取適當?shù)陌踩徒】荡胧?,并保證符合國家有關(guān)法規(guī)規(guī)定的條件。

 

1范圍

本標準規(guī)定了介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切值的兩種測定方法。方法A為工頻(50Hz)下的測定方法,方法B為高頻電場下的測定方法。

本標準適用于硫化橡膠。

 

2、規(guī)范性引用文件

下列文件中的條款通過本標準的引用而成為本標準的條款。凡是注日期的引用文件,其隨后所有的修改單(不包括勘誤的內(nèi)容)或修訂版均不適用于本標準,然而,鼓勵根據(jù)本標準達成協(xié)議的各方研究是否可使用這些文件的新版本。凡是不注日期的引用文件,其版本適用于本標準。

GB/T 2941 橡膠物理試驗方法試樣制備和調(diào)節(jié)通用程序(GB/T 2941-2006,ISO 23529:2004,IDT)

 

3術(shù)語和定義

下列術(shù)語和定義適用于本標準。

3.1

介質(zhì)損耗 dielectric loss

絕緣材料在電場作用下,由于介質(zhì)電導(dǎo)和介質(zhì)極化的滯后效應(yīng),在其內(nèi)部引起的能量損耗。

3.2

損耗角 δloss angleδ

在交變電場下,電介質(zhì)內(nèi)流過的電流向量和電壓向量之間的夾角(功率因數(shù)角φ)的余角(δ)。

3.3

損耗角正切 tanδ loss tangentδ

介質(zhì)損耗因數(shù) dielectric loss factor

介質(zhì)損耗角正切值。

3.4

介電常數(shù) εdielectric constant

絕緣材料在電場作用下產(chǎn)生極化,電容器極板間有電介質(zhì)存在時的電容量C、與同樣形狀和尺寸的真空電容量C0之比。

注:不同試樣、不同電極的真空電容和邊緣校正的計算參見附錄A。

 

4、測試電極

4.1 電極材料

見表1。

表 1 電極材料

電極材料

規(guī)格要求

適應(yīng)范圍

鋁箔和錫箔

鋁箔和錫箔應(yīng)退火,厚度為0.01mm左右,用凡士林、變壓器油、硅油或其他合適油作為粘接劑

接觸電極用

導(dǎo)電橡膠

體積電阻系數(shù)不大于300Ω·cm(交流),邵爾A硬度為40~60,表面應(yīng)光滑

接觸電極用

表面可鍍防腐蝕的金屬層,但鍍層應(yīng)均勻一致,工作面粗糙度Ra值應(yīng)不低于3.2

一般做輔助電極用,對軟質(zhì)膠可直接作接觸電極用

導(dǎo)電粉末

石墨粉,銀粉,銅粉等

管狀試樣內(nèi)電極用

4.2 電極尺寸

4.2.1 板狀試樣電極

4.2.1.1 方法A:板狀電極尺寸見表2,電極如圖1所示。

表 2 板狀試樣電極尺寸 單位為毫米

D1

D2

D3

D4

H1

H2

25.0±0.1

29.0±0.1

40

≥40

30

5

50.0±0.1

54.0±0.1

74

≥74

 

1——測量電極;

2——保護電源;

3——試樣;

4——高壓電極。

圖 1 板狀試樣電極配置(工頻)

4.2.1.2 方法B:采用二電極系統(tǒng)。電極尺寸大小與試樣尺寸相等,或電極小于試樣尺寸。板狀試樣電極直徑為φ38.0mm±0.1mm、φ50.0mm±0.1mm、φ70.0mm±0.1mm。

4.2.2 管狀試樣電極

4.2.2.1 方法A:管狀試樣電極尺寸見表3,電極如圖2所示。

表 3 管狀試樣電極尺寸

L1

L2

L3

g

25

5

≥40

2.0±0.1

50

10

≥74

 

 

1——保護電極;

2——測量電極;

3——高壓電極;

4——試樣。

圖 2 管狀試樣電極配置(工頻)

4.2.2.2 方法B:管狀試樣電極尺寸,電極如圖3所示。

管狀試樣的電極長度為50.0mm±0.1mm或70.0mm±0.1mm。

 

1——試樣;

2——上電極;

3——下電極。

圖 3 管狀試樣電極配置(高頻)

4.3 電極裝置

在進行高頻測試時,根據(jù)測試頻率與測試要求可用支架電極(如圖4),當頻率大于或等于1MHz且小于10MHz時,宜用測微電極(如圖5);當頻率大于或等于10MHz時,應(yīng)用測微電極。

 

1——上蓋螺釘;

2——上蓋板;

3——升降螺桿;

4——上電極導(dǎo)軌;

5——螺帽;

6——導(dǎo)筒;

7——導(dǎo)槽螺釘;

8——絕緣桿;

9——高壓電極;

10——試樣;

11——測量電極;

12——保護電極;

13——絕緣板(聚四氟乙烯板);

14——絕緣支腳;

15——有機玻璃板。

圖 4 支架電極

 

1——微調(diào)管形電容器;

2——測試樣品電容器;

3——上支撐板;

4——上電極;

5——試樣;

6——下電極;

7——底板。

圖 5 測微電極

 

5測試儀器

5.1 方法A

5.1.1 測試儀器為工頻高壓電橋,其原理圖如圖6所示。

 

T  試驗變壓器;

C3  標準電容器;

C5  試樣;

R3  可變電阻;

C2、C4 可變電容;

R4  固定電阻;

G-  電橋平衡指示器;

P  放電器。

圖 6 工頻高壓電橋原理圖

5.1.2 測量范圍

損耗角正切(tanδ):0.001~1;電容(C):40pF~2000pF。

5.1.3 電橋測量誤差

測量時誤差不超過10%,當試樣tanδ小于0.001時測量誤差不超過0.0001,電容的測量誤差不超過5%,標準電容器的tanδ應(yīng)小于0.0001。

5.1.4 電橋必須有良好的屏蔽接地裝置。

5.2 方法B

5.2.1 方法B的測試儀器有兩種:一種是諧振升高法(Q表),另一種時變電鈉法。

5.2.1.1 諧振升高法(Q表)

其測試原理圖如圖7所示。

 

A  電流表;

R0  耦合電阻;

L  輔助線圈;

C  標準電容;

C0  試樣;

V、V1 電壓表(用Q值表示)。

圖 7 Q表原理圖

5.2.1.1.1 測量范圍

頻率為50Hz~50MHz,電容40pF~500pF,Q值10~600。

5.2.1.1.2 測量誤差

電容誤差:±(0.5%C+0.1pF),Q值±10%;有關(guān)儀器的測量誤差均為±10%。

5.2.1.2 變電鈉法

其測試原理如圖8所示。

 

C——可調(diào)電容;

L——諧振線圈;

CT——管形微調(diào)電容;

Cu——主電容;

Cx——試樣。

圖 8 高頻介質(zhì)損耗儀原理圖

 

6、試樣

6.1 試樣尺寸

6.1.1 方法A試樣尺寸見表4。

表 4 試樣尺寸 單位為毫米

試樣

尺寸

厚度

板狀

圓形:φ100

正方形:邊長100

軟質(zhì)橡膠1.0±0.1

硬質(zhì)橡膠2.0±0.2

管狀

管長100

6.1.2 方法B試樣尺寸見表5。

表 5 試樣尺寸 單位為毫米

試樣

尺寸

厚度

板狀

圓形:φ38,φ50、φ100

正方形:邊長100

軟質(zhì)橡膠1.0±0.1

硬質(zhì)橡膠2.0±0.2

管狀

管長50,管長70

6.2 試樣的制備

試樣的制備應(yīng)符合GB/T 2941的規(guī)定,也可以在符合試樣厚度尺寸的膠板上用旋轉(zhuǎn)刀進行裁切,制樣方法的不同,其試驗結(jié)果無可比性。

6.3 試樣數(shù)量

試樣的數(shù)量不少于3個。

 

 

 

7硫化與試驗之間的時間間隔

試樣在硫化與試驗之間的時間間隔按GB/T2941的規(guī)定執(zhí)行。

 

 

8、試驗條件

8.1 試樣表面應(yīng)清潔、平滑,無裂紋、氣泡和雜質(zhì)等,試樣表面應(yīng)用蘸有無水乙醇的布擦洗。

8.2 試樣應(yīng)在標準實驗室溫度及濕度下至少調(diào)節(jié)24h。

8.3當試樣處理有特殊要求時,可按其產(chǎn)品標準規(guī)定的進行。

 

9試驗步驟

9.1 方法A

9.1.1 試驗電壓為1000V~3000V,一般情況下為1000V,電源頻率為50Hz。

9.1.2 按設(shè)備說明書正確的連接。

9.1.3 接通電源預(yù)熱30min。

9.1.4 將試樣接人電橋C、的橋臂中,加上試驗電壓,根據(jù)電橋使用方法進行平衡,讀取R3和tanδ或C4的值。

9.2 方法B—諧振升高法(Q表法)

9.2.1 按照Q表的操作規(guī)程調(diào)整儀器,選定測量頻率,測定C1和Q1的值。

9.2.2 將試樣放入測試電極中,并調(diào)節(jié)電容器C,使電路諧振,達到大Q值記下調(diào)諧電容量C2和Q2的值。

9.2.3 將試樣從測試電極中取出,調(diào)節(jié)C或測試電極的距離,使電路重新諧振,記下C、或測試電極的校正電容值與Q值,并根據(jù)測試值計算出損耗角tanδ與介電常數(shù)ε。

9.2.4 其他高頻測試儀器按其說明書進行操作,通過測試值計算出損耗角tanδ和介電常數(shù)ε。

 

10、試驗結(jié)果

10.1 方法A

10.1.1 介質(zhì)損耗角正切值(tanδ)可在電橋上直接讀數(shù),按式(1)進行計算:

tanδ=2πfR4C4×10-6…………………………(1)

式中:

π——3.14;

f——頻率50Hz;

R4——固定電阻阻值,單位為歐姆(Ω);

C4——可變電容值,單位為微法(μF);

10.1.2 介電常數(shù)(ε)的計算見表6。

表 6 介電常數(shù)的計算

tanδ

板狀試樣

管狀試樣

≤0.1

…………(2)

…………(3)

>0.1

…………(4)

…………(5)

式中:

d  試樣厚度,單位為厘米(cm);

CR  標準電容器電容量,單位為皮法(pF),

R4  固定電阻阻值,單位為歐姆(Ω);

R3  可變電阻阻值,單位為歐姆(Ω);

S  電極有效面積單位為平方厘米(cm2);

……………………………(6)

 

L1  管狀試樣測量電極長度,單位為厘米(cm);

D  測量電極有效直徑,單位為厘米(cm);

DB  管外徑,單位為厘米(cm);

DA 管內(nèi)徑,單位為厘米(cm);

g  測量電極與環(huán)電極間距,單位為厘米(cm);

ln  自然對效;

π  3.14。

 

 

10.2 方法B

10.2.1 電容的計算

10.2.1.1 諧振升高法

應(yīng)用支架電極時按式(7)計算:

Cx=C1-C2+Ca…………………………………(7)

 

應(yīng)用測微電極時按式(8)計算:

Cx=C’1-C’2+Ca……………………………(8)

10.2.1.2 變電納法(配用測微電極):

按式(9)、式(10)計算:

Cx=C1-C2+Ca…………………………………(9)

 

其中:Ca…………………………(10)

 

當電極直徑為38mm時,則Ca=1/d

式中:

Cx——試樣的并聯(lián)等值電容,單位為皮法(pF);

C1——電極間距為試樣厚度d,且無試樣時諧振電容量,單位為皮法(pF);

C2——有試樣時諧振電容量,單位為皮法(pF);

C'1——極的校正電容值,單位為皮法(pF);

C'——有試樣時,測微電極間距等于試樣厚度時,測微電極的校正電容值,單位為皮法(pF);

C——試樣的幾何電容量,單位為皮法(pF);

S——電極面積單位為平方厘米(cm2);

d——試樣厚度,單位為厘米(cm)。

10.2.2 介電常數(shù)ε的計算

按式(11)計算:

………………………(11)

 

式中:

Cx——試樣的并聯(lián)等值電容,單位為皮法(pF);

d——試樣的厚度,單位為厘米(cm);

D——電極的直徑,單位為厘米(cm)。

10.2.3介質(zhì)損耗角正切tanδ值的計算

10.2.3.1諧振升高法(Q表法)按式(12)計算:

……………………(12)

 

10.2.3.2 變電納法:各種高頻損耗測試儀配用測微電極使用時按式(I3)計算:

………………………(13)

 

式中:

C’——無電極時,諧振回路標準電容器指示值單位為皮法(pF);

Q1——無試樣時,電極間距為d時,諧振Q值;

Q2——電極間有試樣時的諧振Q值;

△Ci—有試樣時兩次衰減至諧振峰0.707時,微調(diào)電容變化量,單位為皮法(pF);

△C0——無試樣時兩次衰減至諧振峰0.707時,微調(diào)電容變化量,單位為皮法(pF);

Cx——試樣的并聯(lián)等值電容,單位為皮法(pF)。

10.2.4 管狀試樣測試結(jié)果計算

10.2.4.1 試樣電容量按式(14)計算:

Cx=C1-C2…………………………(14)

 

式中:

C1——無試樣時,諧振電容量;

C2——有試樣時,諧振電容量。

10.2.4.2試樣介電常數(shù)按式(15)式(16)計算:

…………………………(15)

 

其中:…………………(16)

 

式中:

L——電極長度,單位為厘米(cm);

D1、D2——管外徑和內(nèi)徑,單位為厘米(cm)。

10.2.4.3 損耗角正切值的計算

與Q表接線柱直接連線時按式(17)計算:

………………………(17)

 

當高頻介質(zhì)損耗角測試儀與測微電極連接時按式(l8)計算:

………………………(18)

 

式中:

C1、Q1——無試樣時,諧振電容量及Q值;

C2、Q2——有試樣時,諧振電容量及Q值;

△Ci——有試樣時兩次衰減至諧振峰0.707時,微調(diào)電容變化量,單位為皮法(pF);

△C0——無試樣時兩次衰減至諧振峰0.707時,微調(diào)電容變化量,單位為皮法(pF)。

注:不同試驗環(huán)境對試驗結(jié)果的影響因素參見附錄B。

10.3 試驗結(jié)果以每組試驗結(jié)果的中位數(shù)表示,取兩位有效數(shù)字。

 

11、介電常數(shù)測試儀試驗報告

介電常數(shù)測試儀試驗報告應(yīng)包括以下內(nèi)容:

a) 介電常數(shù)測試儀試樣編號;

b) 本標準編號或本標準名稱;

c) 介電常數(shù)測試儀試驗結(jié)果

d) 實驗室溫度、濕度;

e) 介電常數(shù)測試儀試樣的規(guī)格;

f) 測元件及電極尺寸;

g) 試樣和測試條件的調(diào)節(jié);

h) 介電常數(shù)測試儀測量方法和測量電路;

i) 介電常數(shù)測試儀試驗電壓及頻率;

j) 試驗者;

k) 試驗日期。

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