高壓電橋工頻介電常數測試儀概述

1-1電橋簡介:

QS-37a型高壓電橋是本公司推出的新一代高壓電橋，主要用于測量工業絕緣材料的介質損耗(tgδ)及介電常數（ε）。符合GB1409、GB5654及GB/T1693，ASTM D150-1998(2004) 固體電絕緣材料的交流損耗特性及介電常數的試驗方法其采用了西林電橋的經典線路，內附0-2500的數顯高壓電源及100PF標準電容器，并可按用戶要求擴裝外接標準電容線路。

1-2電橋的特點；

l橋體內附電位跟蹤器及指零儀，外圍接線及少。

l電橋采用接觸電阻小，機械壽命長的十進開關，保證測量的穩定性

l儀器具有雙屏蔽，能有效防止外部電磁場的干擾。

l儀器內部電阻及電容元件經特殊老化處理，使儀器技術性能穩定可靠。

l內附高壓電源精度3%

l內附標準電容損耗﹤0.00005，名義值100pF

二、技術指標

2-1測量范圍及誤差

本電橋的環境溫度為20±5℃，相對濕度為30%-80%條件下，應滿足下列表中的技術指示要求。

在Cn=100 pF R4=3183.2（Ω）時

在Cn=100 pF R4=318.3（Ω）時

2-2電橋測量靈敏度

電橋在使用過程中，靈敏度直接影響電橋平穩衡的分辨程度，為保證測量準確度，希望電橋靈敏度達到一定的水平。通常情況下電橋靈敏度與測量電壓，標準電容量成正比。

在下面的計算公式中，用戶可根據實際情況估算出電橋靈敏度水平，在這個水平上的電容與介質損耗因數的微小變化都能夠反應出來。

ΔC/C或Δtgδ=Ig/UωCn(1+Rg/R4+Cn/Cx)

式中: U 為測量電壓伏特 (V)

ω為角頻率2πf=314(50Hz)

Cn標準電容器容量法拉(F)

Ig通用指零儀的電流5×10^-10安培(A)

Rg平衡指零儀內阻約1500 歐姆(Ω)

R4橋臂R4阻值3183 歐姆(Ω)

Cx被測試品電容值法拉(pF)

2-3工作電壓說明

在使用中，本電橋頂A，B對V點的電壓不超過11V，R3橋臂各盤的電流不超過下列規定：

10×1kΩ 1max≤15mA

10×100Ω 1max≤120mA

10×10Ω l max≤150mA

用戶在使用前應注意以上的問題。如不清楚，可根據實驗電壓及標準電容量，按以下公式來計算出大概的工作電流。

I=ω V C

2-4輔橋的技術特性：

不失真跟蹤電壓0～11V（有效值）

2-5指零裝置的技術特性：

在50Hz時電壓靈敏度不低于1×10^-6V/格

電流靈敏度不低于2×10^-9 A/格

二次諧波減不小于25dB

三次諧波減不小于50dB

三、電橋工作原理

QS-37a型高壓電橋采用典型的西林電橋線路。C4橋臂在基本量程時，與R4橋臂并聯，測量數值為正損耗因數。結構采用了雙層屏蔽。并通過輔橋的輔助平衡，消除寄生參數對電橋平衡的影響。輔橋由電位自動電位跟蹤器與內層屏蔽（S）組成。自動跟蹤器由電子元器件組成。它在橋頂B處取一輸入電壓，通過放大后，在內屏蔽（S）產生一個與B電位相等的電壓。當電橋在平衡時，A，B，S三點電位必然相等，從而達到自動跟蹤的目的。本電橋在平衡過程中，輔橋采用自動電位跟蹤，在主橋平衡過程的同時，輔橋也自動跟蹤始終處于平衡的狀態，用戶只要對主橋平衡進行操作就能得到可靠的所需數據。同時也有效的抑制了電壓波動對平衡所帶來的影響。在指零部分，采用了指針式電表指示，視覺直觀，分辨清楚，克服了以往振動式檢流計的缺點。

3-1 橋體的組成

電橋各臂的組成

1臂：由被測對象Cx組成Z₁。

2臂：由高壓標準電容器Cn組成Z₂。

第三臂：由十進電阻器10×（1000＋100＋10＋1＋0.1）歐姆和滑線電阻（0-0.13）歐姆組成Z₃。

第四臂：由十進電容臂10×（0.1＋0.01＋0.001＋0.0001）uf和可變電容器100pF組成C4再與電組R4并聯組成Z4。

3-2計算公式

Cx=R4× Cn / R3 R4[Ω] R3[Ω] Cn[pF] Cx[pF]

tgδ=ω·R4·C4 R4[Ω] C4[F]

當R4=10K/π

tgδ=C4

當R4=1K/π

tgδ=0.1C4

我們采取相對固定R4電阻，分別調節R3和C4使橋跟平衡，從而測得試品的電容值Cx和介質損耗tg。本電橋為了直讀出損耗值，取電阻R4的阻值為角頻率（f=50Hz）若干倍。

3-3 公式說明

.頻率對介質損耗正公式：

本電橋額定的工作頻率f=50Hz，在實際工作頻率偏離額定頻率時可用修正式進行修正：

tg=f^’·tgδ / f

式中：f 為額定工作頻率（f=50Hz）

f’ 為實際工作頻率

tgδ 電橋測得損耗值

tgδ 為被測試品介質損耗角正切的實際值

四、安全操作規程

1.本儀器必須有專人負責保管，使用，非專職操作者應在使用前了解和熟悉本說明書，以免造成不必要的損失和事故。

2.每次使用前應仔細檢查接地線是否完好，確保以后方可通電使用。

3.接通電源前應將靈敏度開關調到低位置。

4.測量試品前應先對試品進行高壓試驗，證明在電橋工作電壓下無噪聲，電離等現象出現，然后才能進行測試（若試品己做過高壓試驗，該項可不必每次測量都做）。

5.對試品施加高壓時緩慢升高，不可以加突變電壓。

6.測試時操作人員必須集中思想，工作前做好一切準備工作，測試地點周圍應有明顯的標記或金屬屏蔽圍成高壓危險區，以防止非操作人員闖入。

7.在測量過程中，如有放電管發光時，則必須及時切斷電源，仔細檢查接線及試品都無擊穿，待檢查排除故障后，再進行高壓測量工作。

五．操作方法

5.1 測試前的準備工作

①按圖（3）所示，連接標準電容Ｃｎ（選用外接標準電容時），與被測電容Ｃｘ，并且將標準電容與被測電容盡可能遠離，以防止互相之間干擾。如選用內部標準電容器，只需連接被測試品即可。

②檢查周圍是否有強電磁場干擾，應盡量避免。

③檢查大地線是否牢靠，以保證操作人員的安全，應檢查電橋上的（⊥）與大地是否接觸良好。

④檢查電橋的靈敏度開關是否已回另位。

⑤檢查試品的絕緣強度，應符合大于2U+1的標準。

⑥對試品施加試驗電壓（按部標或國際所規定的專業標準進行）。

5.2 試品的測試

①在不知道被測試品的大概容量及損耗時，可先施加少許的電壓，找到粗平衡點后，再把工作電壓升到所需的值，然后再尋找細平衡點。

②在測量時，靈敏度開關是按從小到大的規律來調節的。

③在測量時，R3開關時按從左至右的規律來調節的。

④在測量時，C4開關時按從右至左的規律來調節的。

⑤整個測量步絮：首先檢查接線無誤后，方可通電試驗。第二升起試驗電壓，并調節靈敏度開關，使UA表頭有明顯的指示。此時表明電橋沒有平衡。第三調節R3開關，順序從左至右。這時通過觀察表頭來觀察電橋的平衡狀況。如表頭已回另，可再加大靈敏度。應總保持能明顯地觀察到調節R3時，電橋的平衡狀況。第四在某一點上用戶會發現，調節R3已無法使表頭再回到另位。這時可調節C4開關，順序時從右至左，把表頭指針調節到小位。第五用戶在調節C4到某一點時又會發現無法將指針調回另位。這時又要去調節R3開關，調節的位數是上一次調節R3的后位，然后又會出現第四點時的問題，又必須要調節C4開關．．．就這樣來回往復地調節R3和C4兩組開關，直至靈敏度開關大時，并指針回另（或指另儀指示到小位置）。表明電橋已達到平衡。