介電常數(shù)介電損耗儀測(cè)量原理和測(cè)量?jī)x器

測(cè)量tanδ使用較普遍的儀器有ZJD-87高壓電橋介電常數(shù)及介質(zhì)損耗測(cè)試儀。

 (一)高壓電橋

高壓電橋的種類很多，但原理都相同。其原理接線如下圖所示。圖中C_N是無(wú)損標(biāo)準(zhǔn)空氣電容器；C₄是可變十進(jìn)位電容箱；G是檢流計(jì)；R₃是可變無(wú)感電阻；Z_x是被試物阻抗。

當(dāng)電橋平衡時(shí)，橋臂AC與BC，AD與BD的電壓降相等，故橋臂阻抗關(guān)系為

式中：Z_X、Z₃、Z_N、Z₄為電橋各臂的復(fù)阻抗，當(dāng)把被試品用R_X與C_X并聯(lián)的等值電路代替時(shí)，并依電橋平衡條件可得

化簡(jiǎn)上式，并使等式兩邊的實(shí)部與虛部分別相等，即可求得

   (3-5)

因tan²δ ＜＜1，可略去，則

               (3-6)

在使用的頻率f=50Hz時(shí)，ω=2Πf=100Π，為便于計(jì)算，在儀器制造時(shí)，即將R₄的數(shù)值定為10000/Π，那么tanδ=C₄，C₄的單位符號(hào)為μF。

C_X的測(cè)量對(duì)判斷絕緣狀況也是有價(jià)值的，如電容式套管，C_X明顯增加，表示內(nèi)部電容層間有短路或水分侵入。

1.試驗(yàn)接線方式

(1)止接線。下圖 (a)為高壓電橋的正接線，被試品兩極對(duì)地均應(yīng)絕緣。在試驗(yàn)室中采用此法進(jìn)行絕緣材料的試驗(yàn)較準(zhǔn)確，試驗(yàn)時(shí)對(duì)操作人員無(wú)險(xiǎn)。在現(xiàn)場(chǎng)如被試設(shè)備可以對(duì)地絕緣起來(lái)，應(yīng)盡量使用此法以保證測(cè)量數(shù)值的可靠：

(2)反接線。下圖(b)為高壓電橋的反接線，因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備往往一端固定地，故適宜用這種接線方式，此時(shí)，R₃、C₄處于高電壓下，要保證安全操作，須使電橋和操作者一起處在絕緣板上(即對(duì)地絕緣起來(lái))，或置于法拉第籠里面，使操作者與R₃、C₄處于等電位；或由操作者使用絕緣桿來(lái)調(diào)節(jié)。國(guó)產(chǎn)ZJD-87型電橋即屬此類，其調(diào)節(jié)手柄能保證人身安全。

為使測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確，需要消除來(lái)自外界的干擾，tanδ測(cè)量過(guò)程中可能會(huì)受到兩種干擾，一種是電場(chǎng)干擾，是由周?chē)鷰щ姴糠滞ㄟ^(guò)與橋臂間的電容耦合產(chǎn)生干擾電流，干擾電流流入橋臂造成的干擾誤差；另一種為磁場(chǎng)干擾主要由附近的交變磁場(chǎng)作用于檢流計(jì)線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)從而引起測(cè)量誤差。

通常可采取下列措施消除或減小電場(chǎng)的干擾：提高試驗(yàn)電壓以提高信噪比，相對(duì)降低干擾電流的影響；盡量用正接線；加設(shè)屏蔽即在被試品高壓部分加屏蔽罩，并將屏蔽罩與電橋的屏蔽相連，以消除耦合電容的影響：采用移相法或倒相法即測(cè)量時(shí)在試驗(yàn)電源為正，反相位下各測(cè)量一次，電源反相時(shí)相當(dāng)于電源的相位不變而將干擾電流反相。

干擾磁場(chǎng)主要由大電流母線、電抗器、阻波器和其他漏磁較大的設(shè)備產(chǎn)生。在干擾磁場(chǎng)的作用下，組成電橋試驗(yàn)回路的各個(gè)環(huán)路都會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這種外磁場(chǎng)還會(huì)直接作用于檢流計(jì)回路，產(chǎn)生測(cè)量誤差，為消除磁場(chǎng)對(duì)檢流計(jì)的影響，可移動(dòng)電橋位置使之遠(yuǎn)離干擾源，或?qū)蝮w就地轉(zhuǎn)動(dòng)改變角度，找到干擾最小的方位，再取檢流計(jì)極性轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)在“接通Ⅰ"和“接通Ⅱ"兩位置測(cè)兩次取平均值。

試驗(yàn)時(shí)，被試品的表面應(yīng)當(dāng)干燥、清潔，以消除表面電導(dǎo)電流的影響。

此外，被試品表面泄漏的影響也必須注意，勿使其影響到反映被試品內(nèi)部絕緣狀況的tanδ值。這點(diǎn)在被試品電容C_x小時(shí)更須注意，除被試品表面清潔外，可用加屏蔽法消除泄漏影響。

2.測(cè)量時(shí)的注意事項(xiàng)

(1)測(cè)量tanδ是一項(xiàng)高電壓試驗(yàn)，無(wú)論采用何種接線方式，電橋橋體外殼應(yīng)用足夠截面的導(dǎo)線可靠接地。對(duì)橋體或標(biāo)準(zhǔn)電容器的絕緣應(yīng)保持良好狀態(tài)。

(2)反接線測(cè)量時(shí)，橋體內(nèi)部及三根引出連線、標(biāo)準(zhǔn)電容器外殼均帶高壓，應(yīng)注意安全距離，導(dǎo)線對(duì)接地物的距離不小于100～150mm。

(3)為防止檢流計(jì)損壞，應(yīng)在檢流計(jì)靈敏度低時(shí)接道或斷開(kāi)電源。

（4）對(duì)能分開(kāi)的被試品應(yīng)盡量分開(kāi)測(cè)試。因?yàn)楫?dāng)休積較大的設(shè)備中存在局部缺陷時(shí)，測(cè)量總體的tanδ值不易反映出這些局部缺陷：而對(duì)體積較小的設(shè)備，測(cè)tanδ值就容易發(fā)現(xiàn)局部缺陷。

(二)數(shù)字化測(cè)量方法

高壓電橋測(cè)量tanδ時(shí)，由于受到現(xiàn)場(chǎng)電磁場(chǎng)的干擾，有時(shí)很難將電橋調(diào)節(jié)平衡，數(shù)字化測(cè)量tanδ是采用數(shù)字化技術(shù)來(lái)調(diào)節(jié)電橋的平衡，實(shí)際的測(cè)景原理大多仍是用標(biāo)準(zhǔn)電容器和電阻與被試品進(jìn)行比較的模擬方法，不僅可以很容易地調(diào)節(jié)平衡，而且可以防止外界干擾，提高了測(cè)景的準(zhǔn)確度。

新型的介質(zhì)損耗測(cè)試儀型號(hào)較多，在此不能一一介紹，但與高壓電橋相比一般都具有如下特點(diǎn)：

(1)操作簡(jiǎn)單，自動(dòng)測(cè)量，自動(dòng)打印測(cè)量結(jié)果。

(2)測(cè)量精度高，抗干擾能力強(qiáng)。

(3)采用多種安全防護(hù)措施，保障試驗(yàn)人員的安全和設(shè)備的完好性

(4)功能強(qiáng)大。