介電常數(shù)測量儀器

1 概述

ZJD-B介電常數(shù)測量儀器數(shù)顯Q表是一種多功能、多用途、多量程數(shù)字的化阻抗測試儀器。它是根據(jù)串聯(lián)諧振原理，以電壓比值刻度Q值的。

它能測量高頻電感和諧振回路的Q值，電感器的電感量和分布電容量，電容器的電容量和損耗角。配以夾具ZJD-B介質(zhì)損耗裝置對絕緣材料的高頻介質(zhì)損耗，高頻回路有效并聯(lián)及串聯(lián)電阻，傳輸線的特性阻抗等。

特點(diǎn)：

• 本公司創(chuàng)新的自動(dòng)Q值讀取技術(shù)，測Q精度和速度大大提高。
• 低至20nH殘余電感，保證高頻時(shí)直讀Q值的誤差較小。
• 特制LCD屏菜單式顯示多參數(shù)：Q值，測試頻率，調(diào)諧狀態(tài)等。
• Q值量程自動(dòng)/手動(dòng)量程控制。
• 數(shù)字化Q值予置，能提高批量測試的可靠性和速度。
• VCO調(diào)節(jié)測試頻率，其平滑的連續(xù)頻率變化，能便捷的進(jìn)行△f法測量Q值。

所以本儀器使用方便，具有較高測量精度和理想的穩(wěn)定度。能廣泛地用于科研機(jī)關(guān)、學(xué)校、工廠等單位。

2 工作特性

2.1 Q值測量：

2.1.1 Q值測量范圍：5～999三位數(shù)顯。 

2.1.2 Q值量程分檔： 100、316、999，量程可自動(dòng)切換。

2.1.3 標(biāo)稱誤差：（※） 

  頻率范圍：50kHz～10MHz         頻率范圍：10MHz～25MHz

固有誤差：±5%±滿刻度的2%     固有誤差:﹤±8%±滿刻度的2%  

工作誤差：±7%±滿刻度的2%     工作誤差:﹤±10%±滿刻度的2%

頻率范圍：25MHz～50MHz           

固有誤差：±12%±滿刻度的2%

工作誤差：±15%±滿刻度的2%   

Q值誤差說明：

※用經(jīng)計(jì)量單位檢定的標(biāo)準(zhǔn)線圈的標(biāo)稱有效Q值為標(biāo)準(zhǔn)，按變頻法測得的均值為定標(biāo)值（按照國家計(jì)量單位檢定規(guī)程：JJF1073-2000高頻Q表校準(zhǔn)規(guī)范）。

具體修正系數(shù)見表1(P13)

2.2 電感測量：

2.2.1 測量范圍：0.1μH～100mH

2.2.2 分六個(gè)量程：0.1～1μH、1～10μH、10～100μH、0.1～1mH，

1mH～10mH、10mH～100mH

• 測量誤差：﹤5%±0.02μH

2.3 調(diào)諧電容器特性：

2.3.1 電容量范圍：主調(diào)電容器：40～500pF

      刻度誤差：≤±1% ±1pF

      微調(diào)電容器：-3PF～0～+3PF

      分辨率：0.2PF

2.4  頻率范圍及刻度誤差：

2.4.1 50kHz～50MHz，分六檔頻段,四位數(shù)顯。

2.4.2 工作誤差：＜0.1%

2.5 Q合格指示預(yù)置：

預(yù)置范圍5～999，設(shè)置誤差：±1%。

2.6 正常工作條件：

環(huán)境溫度：-0℃～+40℃

相對濕度：＜80%

大氣壓力：750±30mmHg

電源：220V±10%  50Hz±4%

2.7 其它：

消耗功率：約20W。

凈重：7kg

外形尺寸：415(長)×180(高)×170(寬)（mm）

3 工作原理：

3.1 “Q"的定義：

符號(hào)“Q"表明一個(gè)元件或一個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量，它等于每振蕩一周間貯藏能量對損耗比值的2π倍。按數(shù)值計(jì)算它是在測試頻率的電抗對電阻的比率。

通過一個(gè)簡單的串聯(lián)諧振電路說明“Q"表工作原理。

圖（一）示回路中，串聯(lián)引入一個(gè)幅度為e頻率為f地電動(dòng)勢。諧振時(shí)：

（圖一）

    如果e保持常數(shù)（已知電平）一個(gè)約定的電壓表連于回路電容的兩端，電壓表的指示直接用回路Q的單位進(jìn)行定標(biāo)，從而能直接讀出回路的Q值。

串聯(lián)諧振電路中，有效電阻R，除被測電感有效電阻外，還包括Q表內(nèi)部調(diào)諧電容器，指示電壓表，寬帶變壓器和接線柱等損耗等效電阻值。所以Q表測得值將稍低于被測電感的實(shí)際的有效Q值。

基于上述理由，為了正確地測量元件的Q值，還需要考慮到測試回路中殘余參數(shù)的影響。

本機(jī)測試回路中殘余成分是很小的，對一般的測量可予忽略，即Q表指示讀得值等于被測元件的有效Q值。對測試頻率高于10MHz，又要較高精確度時(shí)，需按均值進(jìn)行修正。均值的高低能直接表征Q表自身回路的品質(zhì)優(yōu)劣。不能提供均值的Q表，其測得Q值的有效性不能得到確認(rèn)。Q表修正值見第13頁的表格。

3.2 ZJD-B數(shù)顯 Q表由以下幾個(gè)基本部分組成：

（圖二）

4 結(jié)構(gòu)特性

為了便于操作，所有的控制旋鈕均裝在正前方的面板上，排列對稱，美觀大方，LCD顯示屏直觀易讀。

4.1 前面板控制旋鈕連接和顯示器示意圖，見圖（三）

（圖三）

(1) 自動(dòng)量程鍵：開機(jī)默認(rèn)狀態(tài)為Q值手動(dòng)量程(LCD屏右上角顯示“⊙")。按該鍵即為Q值自動(dòng)量程，此時(shí)“⊙"消失，再按該鍵，又為手動(dòng)量程。

(2) 手動(dòng)量程鍵：分高、中、低三檔。高—LCD屏右上角顯示“HIGH-Q"，Q值約在300-999。中—LCD屏顯示“⊙"，Q值約在30-300。低—LCD屏顯示“LOW-Q"，Q值約在5-100。

(3) Q記憶鍵：默認(rèn)為手動(dòng)測Q狀態(tài)，按該鍵即為Q自動(dòng)記憶狀態(tài)，此時(shí)LCD屏右上方顯示“AUTO",自動(dòng)顯示調(diào)諧過程中諧振峰值，即Q值。

(4) Q預(yù)置鍵，當(dāng)按鍵后，即能把當(dāng)時(shí)顯示的Q值作為預(yù)置值，以后當(dāng)測試超過該值時(shí)，會(huì)顯示“GO"并蜂鳴，表示超過原預(yù)置值。適宜于批量元件測試。

(5) LCD顯示屏，（另見4.3 LCD屏示意圖）。

(6) 頻率調(diào)節(jié)旋鈕。

(7) 頻率頻段選擇鍵（由于是穩(wěn)幅信號(hào)源，在高頻段時(shí)，將會(huì)有幾秒的穩(wěn)幅過程。）

(8) 信號(hào)輸出端口：能輸出測試信號(hào)，頻率從50kHz至50MHz，幅值隨Q量程變化，可用于監(jiān)視。

(9) 電感測量頻率表格，按該表格規(guī)定的頻率點(diǎn)測試電感值，可以直接從右邊刻度盤讀出。

(10) 測試回路接線柱：左邊是電感器接線柱，右邊是接電容器接線柱。

(11) 調(diào)諧電容刻度（相應(yīng)是電感刻度）

(12) 主調(diào)電容：同軸慢轉(zhuǎn)調(diào)諧旋鈕。

(13) 微調(diào)電容調(diào)諧旋鈕。

4.2 后面板器件安裝位置示意圖。見圖（四）

                               （圖四）

（1）電源開關(guān)。

（2）保險(xiǎn)絲座。

（3）電源插座(220V)。

4.3 LCD顯示屏示意圖。見圖（五）

（圖五）

5 使用方法

5.1 測試時(shí)的注意事項(xiàng)：

5.1.1儀器可水平或用支架成斜面安放。

5.1.2接通電源后，本儀器即能工作，但要保證測試精度，請預(yù)熱30分鐘后使用，儀器開機(jī)狀態(tài)，如圖(六)。

（圖六）

5.1.3 調(diào)節(jié)測試頻率和調(diào)諧電容量時(shí)，當(dāng)刻度已到zui大或zui小時(shí)，不要用力繼續(xù)再調(diào)，以免損壞刻度。

5.1.4被測件和測試電路接線柱間的接線應(yīng)盡量短，足夠粗，并應(yīng)接觸良好可靠，以減小因接線電阻和分布參數(shù)帶來的測試誤差。

5.1.5手不得靠近被測件，以免人體感應(yīng)影響。有屏蔽罩的被測體，屏蔽罩應(yīng)連接在低電位端接線柱上。

5.2 高頻線圈的Q值測量（基本測量方法）：

5.2.1 直讀法：

a）將被測線圈接在“Lx"接線柱上。

b）調(diào)整信號(hào)源的頻率(7)、(6)到所需的測量頻率點(diǎn)。

c）按“手動(dòng)量程"鍵(3)可選擇三檔Q量程： ⊙為通常Q值檔（30—300），LOW—Q為低Q值檔（5—100），HIGH—Q為高Q值檔（300—999）。

d) 調(diào)主調(diào)電器(12)到遠(yuǎn)離諧振點(diǎn)（使諧振指針在0%左右）。

e) 調(diào)主調(diào)電容器到諧振點(diǎn)附近，再調(diào)微調(diào)電容器到精確的諧振點(diǎn)，即諧振指針顯示達(dá)zui大(當(dāng)TUNE>35%時(shí)有效)，這時(shí)LCD屏顯示Q值即為被測電感的有效Q值（Qe）。若需得到被測電感的真實(shí)Q值（QT）。則應(yīng)先測出線圈分布電容Co，然后照下式修正。

f) 當(dāng)按“Q記憶"鍵(3)后，在調(diào)節(jié)主調(diào)電容器到諧振的過程中，LCD屏“MAX Q值"能自動(dòng)顯示諧振點(diǎn)的Q值，使測試速度和精確度提高。

Ci是主調(diào)電容器諧振時(shí)讀數(shù)（微調(diào)電容讀數(shù)合計(jì)在內(nèi)），如諧振時(shí)Ci讀數(shù)很大，Co只占很小的比例。則有效Q值（Qe）和真實(shí)Q值（QT），差別可以忽略。

如測試小于1μH電感的Q值，則要考慮回路殘感的修正：

式中Lo為本機(jī)剩余電感約20nH（0.02uH）

5.2.2 變?nèi)莘ǎ?/span>

a. 照直讀法a—f進(jìn)行，記下振諧時(shí)讀數(shù)C1和Q1。

b. 轉(zhuǎn)動(dòng)主調(diào)諧電容，使Q值二次指示均為Q1的0.707時(shí)，記下此時(shí)兩次電容讀數(shù)的差數(shù)△C，

測Q值較高的線圈時(shí)，Q2值下降到Q1的0.707倍時(shí)，電容偏調(diào)很小，讀數(shù)誤差較大，這時(shí)可將主電容作較大偏調(diào)（10%以內(nèi)）這時(shí)需要用Q值一般表達(dá)方式：

△C是偏調(diào)數(shù)，Q2是偏調(diào)后Q表的讀數(shù)。

為了使變?nèi)莘ǖ玫奖容^精確的結(jié)果，外接分辨率為0.004pF殘感小的微調(diào)電容器。

5.2.3變頻法：

a) 按直接讀法a)～f)進(jìn)行，記下諧振時(shí)讀數(shù)C1和Q1以及頻率讀數(shù)fo。

b) 改變信號(hào)源的頻率，使電表Q值二次指示為Q1的0.707倍（一次容性失諧、一次感性失諧）記下此時(shí)二次頻率讀數(shù)差值△f。這時(shí)回路的真實(shí)Q值：

考慮到線圈的分布電容時(shí)，線圈的有效Q值：

變頻法測量Q值一般表達(dá)式：（未考慮分布電容）

• f是頻率偏調(diào)數(shù)，Q1是諧振時(shí)Q表讀數(shù)，Q2是偏調(diào)后Q表讀數(shù)。

5.3 高頻線圈電感值的測量：

5.3.1 將被測線圈接在“Lx"接線柱上，接觸良好。

5.3.2 根據(jù)線圈大約電感值，在面板左上方對照“電感測量頻率表"(9)上選擇一測試頻率點(diǎn)，然后將頻率調(diào)節(jié)旋鈕(7)調(diào)到這一頻率點(diǎn)上。

5.3.3 置Q值“手動(dòng)量程"(2)適當(dāng)?shù)臋n級(jí)上。

5.3.4 使微調(diào)電容指針（14）放在“0"上，調(diào)節(jié)主調(diào)電容(12)到諧振，這時(shí)刻度盤(11)所指示電容數(shù)是C1，對應(yīng)度盤上指示電感值，乘以對照表(9)上所指的倍數(shù)，就是線圈有效電感值（Le）。Le值將會(huì)比用其他原理測得的電感值稍大，其原因是Q表諧振時(shí)被測電感的分布電容也相應(yīng)起作用，故稱之為有效電感值。這個(gè)有效電感概念對高頻使用時(shí)更有實(shí)用價(jià)值。

2.3.5 非測量電感頻率表（10）上，要測量電感值，可按以下公式計(jì)算

式中：f-MHz，Ce-pF .

5.3.6 如果要得到真實(shí)電感數(shù)（LT），必須先測得電感分布電量Co，如分布電容較小的話，可將主調(diào)電容器調(diào)在“C1+CO"上，這時(shí)度盤的電感讀數(shù)乘以對應(yīng)的倍數(shù)，就是所求真實(shí)電感讀數(shù)。也可按：

計(jì)算求得真實(shí)電感LT。

5.3.7 被測電感小于1μH時(shí)，按上法測量電感值還應(yīng)減去儀器中測試回路本身剩余電感“LO"（本機(jī)LO≌20nH）。

5.4 高頻線圈分布電容Co的測量：

5.4.1倍頻率法：

如線圈的分布電容較大，可用此法作近似測試。

將被測線圈接在“Lx"接線柱上，調(diào)主調(diào)電容器到zui大電容數(shù)值，調(diào)節(jié)信號(hào)源頻率到諧振，令諧振時(shí)頻率和調(diào)諧電容分別是f1和C1，然后將信號(hào)源頻率調(diào)到f2（f2=nf1），再調(diào)電容器度盤到諧振點(diǎn)，此時(shí)電容讀數(shù)為C2，根據(jù)下式即可求出分布電容量。（測量時(shí)微電容置零）

若取n=2，則為：C0=（C1-4C2）/3    （14）

若取不同C1進(jìn)行多次測量后取一個(gè)平均值，則測試結(jié)果將較為精確。

5.4.2 自然頻率法：（此法可獲得較準(zhǔn)確的結(jié)果）

a 將被測線圈接在“Lx"接線柱上。

b將微調(diào)電容器度盤調(diào)至零，主調(diào)電容器度盤調(diào)到zui大電容值記為C1。

c 調(diào)信號(hào)源頻率，使回路諧振，該頻率為f1。

d取下被測線圈，換上一個(gè)能在主調(diào)電容器調(diào)節(jié)范圍內(nèi)和十倍于f1頻率諧振的輔助電感。

e信號(hào)源調(diào)到10倍f1位置，調(diào)節(jié)主調(diào)電容器到諧振點(diǎn)。

f) 將被測線圈接在“Cx"兩端，調(diào)節(jié)主調(diào)電容器達(dá)諧振，此時(shí)視電容讀數(shù)是增加還是減小。若增加，則應(yīng)將振蕩器頻率調(diào)高些，若減小，則頻率調(diào)低些。g）再取下被測線圈，調(diào)節(jié)主調(diào)電容達(dá)到諧振。

h）重復(fù)“f"、“g"直到某一頻率，被測線圈接上“Cx"兩端和不接上去均不改變諧振點(diǎn)，這一頻率為被測線圈的自然諧振頻率f2，它的Co數(shù)值：

注：測量中所需輔助線圈可自制或向Q表產(chǎn)生廠購買電感組。

5.5電容器參數(shù)的測量：

5.5.1 小于460pF電容器的測量：

a) 取一個(gè)適當(dāng)?shù)闹C振電感連接到“Lx“端。

b) 將微調(diào)電容調(diào)至零，主調(diào)電容器調(diào)到zui大值附近，令這個(gè)電容是C1，如未知電容是小數(shù)值的，C1應(yīng)調(diào)到較小電容值附近，以便得到盡可能高的分辨率。

c) 調(diào)信號(hào)源的頻率，使測試回路諧振，令諧振時(shí)Q表的讀數(shù)為Q1。

d) 將被測電容接在“Cx"兩端，調(diào)主調(diào)電容器，使測試電路再諧振，令新的調(diào)諧電容值為C2和指示Q值Q2。

被測電容的有效電容由下式給出：

Cx=C1-C2            （16）    

電容器的損耗角正切tgδ由下式給出：

電容器的有效并聯(lián)電阻：

Co是回路諧振電感的分布電容。

5.5.2大于460pF電容器用替代法測量：

a) 取一只適當(dāng)容量的標(biāo)準(zhǔn)電容器，其容量為C3。將它接在Cx接線柱上。

b) 按5.5.1 a)～c)各條測試。

c) 取下標(biāo)準(zhǔn)電容器，將被測電容接到“CX"接線柱，調(diào)節(jié)主調(diào)電容器到諧振，此時(shí)主調(diào)電容器讀數(shù)為C2，則CX可由下式給出

Cx=C3+C1-C2          （19）

5.6 Q預(yù)置的使用：

Q預(yù)置特別適用于工廠中需大批量測試電感器的Q值和電感值時(shí)，當(dāng)該元件Q值超過某一給定值即為合格，這時(shí)合格顯示（GO）和蜂鳴，這樣可減輕工人視力疲勞，同時(shí)大大地加快了測試速度。

5.6.1 Q預(yù)置的步驟：

a) 在非“自動(dòng)測Q"狀態(tài)時(shí)， 用一只合格電感器或一只輔助線圈接至“LX"

端，調(diào)諧電容(12)使之諧振,再調(diào)微調(diào)電容(13),使Q值顯示為需要預(yù)置值，例如Q為100。

b) 按“Q預(yù)置"鍵，LCD屏即顯示“Q-PRE=100"

c) 以后測試過程中，當(dāng)調(diào)諧到Q值大于預(yù)置值后，LCD屏原顯示的“NOGO"變成“GO  "并發(fā)生蜂鳴，表示被測件Q值達(dá)到預(yù)置值要求。

Q預(yù)置功能也可以用于對批量電感器值允差快速測試。用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電感器按基本測試方法測試出Q值和有效值。例：某電感器測得Q=160，Le=50µH。如該電感器的電感值允差±4%。調(diào)節(jié)主調(diào)電容器，使指標(biāo)于48µH或52µH時(shí)，此時(shí)Q值的讀數(shù)為：預(yù)置Q值，按“Q預(yù)置"鍵加以確認(rèn)，再調(diào)主調(diào)電容器至指示50µH處。本機(jī)應(yīng)顯示“GO"并發(fā)蜂鳴聲。完成上述設(shè)置后，就可以進(jìn)行批量快速測試，凡測試電感器接上“LX"后本機(jī)發(fā)出蜂鳴的電感器即為合格品。

6 維修

6.1使用和保養(yǎng)：

ZJD-BQ表是比較精密的阻抗測量儀器，在合理使用和注意保養(yǎng)情況下，才能保證長期穩(wěn)定和較高的測試精度。

6.1.1熟悉本說明書，正確地使用儀器。

6.1.2 使儀器經(jīng)常保持清潔、干燥。

6.1.3 本儀器保修期12個(gè)月(除人為損壞外)，如發(fā)現(xiàn)儀器故障或精確超差，請?jiān)獠粍?dòng)返回本廠修理。

6.2 新購儀器的檢查：

新購的儀器能先用輔助電感組，各個(gè)電感在各個(gè)不同頻率測試Q值，把測試的情況，例使用的電感號(hào)，測試頻率，Q讀數(shù)，電容讀數(shù)等多次測得數(shù)及測試時(shí)環(huán)境條件逐一詳細(xì)記錄，并把記錄保存起來，以供以后維修時(shí)作參考。