陶瓷材料介電常數測試儀 介電常數測定儀

北京航天縱橫檢測儀器有限公司

一、概述：
      陶瓷材料介電常數測試儀ZJD-B型 是各種電瓷、裝置瓷、電容器等陶瓷，還有復合材料等的一項重要的物理性質，通過測定介質損耗角正切 tanδ 及介電常數（ε ），可進一步了解影響介質損耗和介電常數的各種因素，為提高材料的性能提供依據；該儀器用于科研機關、學校、工廠等單位對無機非金屬新材料性能的應用研究。

二、測試原理：
           陶瓷材料介電常數測試儀ZJD-B型 采用高頻諧振法，并提供了，通用、多用途、多量程的阻抗測試。它以單片計算機作為儀器的控制，測量核心采用了頻率數字鎖定，標準頻率測試點自動設定，諧振點自動搜索，Q 值量程自動轉換，數值顯示等新技術，改進了調諧回路，使得調諧測試回路的殘余電感減至，并保留了原Q 表中自動穩幅等技術，使得新儀器在使用時更為方便，測量值更為精確。儀器能在較高的測試頻率條件下，測量高頻電感或諧振回路的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正切值，電工材料的高頻介質損耗，高頻回路有效并聯及串聯電阻，傳輸線的特性阻抗等。
本測試裝置是由二只測微電容器組成，平板電容器一般用來夾持被測樣品，園筒電容器是一只分辨率高達 0.0033pF 的線性可變電容器，配用儀器作為指示儀器，絕緣材料的損耗角正切值是通過被測樣品放進平板電容器和不放進樣品的Q 值變化，由園筒電容器的刻度讀值變化值而換算得到的。同時，由平板電容器的刻度讀值變化而換算得到介電常數。

三、儀器的技術指標：
1、Q 值測量范圍：2～1023
2、Q 值量程分檔：30、100、300、1000、自動換檔或手動換檔；
3、電感測量范圍：自身殘余電感和測試引線電感的自動扣除功能 4.5nH-100mH 分別有 0.1μ H、0.5μ H、
2.5μ H、10μ H、50μ H、100μ H、1mH、5mH、10mH 九個電感組成。
4、電容直接測量范圍：1～460pF
5、主電容調節范圍： 30～500pF
6、電容準確度 150pF 以下±1.5pF；150pF 以上±1%
7、信號源頻率覆蓋范圍 10KHz-70MHz （雙頻對向搜索 確保頻率不被外界干擾）另有 ZJD-C  頻率范圍 100KHZ-160M
8、型號頻率指示誤差：1*10-6 ±1，Q 值合格指示預置功能范圍：5～1000 Q 值自動鎖定，無需人工搜索
9、Q 表正常工作條件
a.  環 境 溫 度 ：0℃～+40℃ 
b．相對濕度：<80％；           
c．電源：220V±22V，50Hz±2.5Hz。
10、其 他          
a．消耗功率：約 25W；
b.凈重：約 7kg；
c.  外型尺寸：（l×b×h）mm：380×132×280。
11、產品配置： a.測試主機一臺； b.電感一套；c.夾具一 套

四、性能特點：
1.平板電容器
極片尺寸：φ38mmφ 50mm
極片間距可調范圍和分辨率：≥10mm，±0.01mm
2.園筒電容器
電容量線性：0.33pF / mm±0.05 pF
長度可調范圍和分辨率：≥0～20mm，±0.01mm
3.夾具插頭間距：25mm±1mm
4.夾角損耗角正切值：≤4×10－4（1MHz 時）
5、數顯電極

五、 維修保養：
本測試裝置是由精密機械構件組成的測微設備，所以在使用和保存時要避免振動和碰撞，要求在不含腐蝕氣體和干燥的環境中使用和保存，不能自行拆裝，否則其工作性能就不能保證，如測試夾具受到碰撞，或者作為定期檢查，要檢測以下幾個指標：
1.平板電容器二極片平行度不超過 0.02mm。
2.園筒電容器的軸和軸同心度誤差不超過 0.1mm。
3.保證二個測微桿 0.01mm 分辨率。
4.用精密電容測量儀（±0.01pF 分辨率）測量園筒電容器，電容呈線性率，從 0~20mm，每隔 1mm 測試一點，要求符合工作特性要求。

ZJD-B介電常數和ZJD-C介電常數主要區別

    ZJD-B/ZJD-C介電常數測試儀能在較高的測試頻率條件下，測量高頻電感或諧振回路的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正切值，電工材料的高頻介質損耗，高頻回路有效并聯及串聯電阻，傳輸線的特性阻抗等。該儀器廣泛地用于科研機關、學校、工廠等單位。

ZJD-B/ZJD-C介電常數是北京航天縱橫檢測儀器有限公司

xin研制的產品，它以DDS數字直接合成方式產生信號源，頻率達

60MHz /160MHz，信號源具有信號失真小、頻率精確、信號幅度穩定的優點，更保證了測量精度的精確性。ZJD-B主電容調節用傳感器感應，電容讀數精確,且頻率值可設置。ZJD-C介電常數測試儀主電容調節用

步進馬達控制，電容讀數更加精確,頻率值和電容值均可設置。ZJD-B/ZJD-C電容、電感、Q值、頻率、量程都用數字顯示，在某一頻率下，只要能找到諧振點，都能直接讀出電感、電容值，大大擴展了電感的測量范圍，而不再是固定的幾個頻率下才能測出電感值的大小。ZJD-B/ZJD-C*的諧振點頻率自動搜索或電容自動搜索功能，能幫助你在使用時快速地找到被測量器件的諧振點，自動讀出Q值和其它參數。Q值量程可手動或自動轉換。

工作特性：

   1．Q值測量

   a．Q值測量范圍：2～1023；

   b．Q值量程分檔：30、100、300、1000、自動換檔或手動換檔；

c．標稱誤差

   2．電感測量范圍

3．電容測量

   注：大于直接測量范圍的電容測量見使用方法。

   4．信號源頻率覆蓋范圍

   5．Q合格指示預置功能：預置范圍：5～1000

   6．Q表正常工作條件

   a.  環境溫度：0℃～+40℃；

   b．相對濕度：<80％；

   c．電源：220V±22V，50Hz±2.5Hz。

   7．其他

   a．消耗功率：約25W；

   b．凈重：約7kg；

   c. 外型尺寸：（寬×高×深）mm：380×132×280。

工作原理：

     1．“Q”的定義

     Q表是根據串聯諧振原理設計，以諧振電壓的比值來定位Q值。

“Q”表示元件或系統的“品質因數”，其物理含義是在一個振蕩周期內貯存的能量與損耗的能量之比。對于電抗元件(電感或電容)來說，即在測試頻率上呈現的電抗與電阻之比。

或   …………………………… (1)

圖  一

在圖（一）所示的串聯諧振電路中，所加的信號電壓為U_i，頻率為f，在發生諧振時

 或  ………………………………(2)

    回路中電流  …………………………………………(3)

故電容兩端的電壓

                  …………………………………(4)

    即諧振時電容上的電壓與輸入電壓之比為Q。

    Q表就是按上述原理設計的。

    2．Q表整機工作原理（見圖二）

圖二

ZJD-B/ZJD-C型Q表的工作原理框圖如圖二所示。它以ATM128單片機作為控制核心，實現對各種功能的控制。DDS數字直接合成信號源為Q值測量提供了一個優質的高頻信號。信號源輸出一路送到程控衰減器和自動穩幅放大控制單元，該單元根據CPU的指令對信號衰減后送往信號激勵放大器，同時對信號檢波后送出一直流控制信號到壓控信號源實現自動穩幅。信號激勵部分輸出送到一個寬帶分壓器，由分壓器饋給測試調諧回路一個恒定幅度的信號。當測試回路處于諧振狀態時，在調諧電容C_T兩端的信號幅度將是分壓器提供的信號幅度Q倍。在C_T兩端取得的調諧信號被信號放大單元適當放大后送到檢波和數字取樣單元，檢波后送到控制中心CPU去進行數據處理。

    ZJD-B調諧電容帶動傳感器，不斷地將電容變化的信息送往中心控制CPU，經處理后計算出電容值，再根據頻率值計算出諧振時的頻率值。 

ZJD-C調諧電容有步進馬達帶動，根據不同電容值由CPU計算脈沖數去控制馬達。電容值可預置并可電容搜索。 

ZJD-B/ZJD-C型Q表工作頻率值、頻段、主調電容器值、諧振電感值、Q值、Q值比較設置狀態、Q值量程、手/自動狀態、頻率或電容搜索指示、Q值調諧指示帶都顯示在液晶屏上，如圖三所示。

圖三

整個顯示屏共分為四行

*行：左邊  信號源頻率指示，共6位；

        右邊  信號源虛擬頻段指示（1-4）。

第二行：左邊  調諧電容指示值，4位；

        右邊  電感指示值，4位。

第三行：左邊  Q值指示值；   

右邊  Q值合格比較狀態 。

第四行：左邊  Q值量程，手動/自動切換指示/調諧點自動搜索指示；

右邊上部  Q值量程范圍指示；

右邊下部  Q值調諧光帶指示。

四、結構特性

    ZJD-B/ZJD-C型Q表采用了較低的臺式機箱，面板采用PC絲印面板，美觀大方。

    各主要功能單元，除了顯示部分為了顯示方便和調諧測試回路，放大單元為了減小分布參數，安裝在面板上外，其余都安裝在機內底板上，詳見圖四面板示意圖。

A．ZJD-B/ZJD-C型前面板各功能鍵說明

圖  四  Q表前面板和外形示意圖

1．工作頻段選擇/1按鍵，每按一次，切換至低一個頻段工作；先按12鍵后,再按此鍵，功能為數字鍵1。

2. 工作頻段選擇/2按鍵，每按一次，切換至高一個頻段工作；先按12鍵后,再按此鍵，功能為數字鍵2。

3．Q值低一檔量程選擇（手動方式時有效）/3按鍵；先按12鍵后，再按此鍵，功能為數字鍵3。

4．Q值高一檔量程選擇（手動方式時有效）/4按鍵；先按12鍵后，再按此鍵，功能為數字鍵4。

5．諧振點頻率搜索/5按鍵，按此鍵顯示屏第四行左部出現SWEEP時，表示儀器正工作在頻率自動搜索被測量器件的諧振點，如需退出搜索，再按此鍵；先按12鍵后,再按此鍵，功能為數字鍵5。

6．ZJD-B：數字鍵6，先按12鍵后有效；

ZJD-C：諧振點電容搜索/6按鍵，按此鍵后，電容指示不斷在變化，步進馬達發出輕微的聲響時儀器正工作在電容自動搜索被測量器件的諧振點，如需退出搜索，再按此鍵；先按12鍵后,再按此鍵，功能為數字鍵6。

7．Q值合格范圍比較值設定/7按鍵，按此鍵后，顯示屏第三行右部出現COMP字符，當Q合格時，顯示OK，並同時鳴響蜂鳴器，Q不合格時，顯示NO。設置Q值合格范圍詳細說明見后頁。先按12鍵后,再按此鍵，功能為數字鍵7。

8．Q值量程自動/手動控制方式選擇/8按鍵，按此鍵后，顯示屏第四行左部出現D對應的指示：AUTO（自動），MAN（手動）；先按12鍵后,再按此鍵，功能為數字鍵8。

9．數字鍵9，先按12鍵后有效。

10．數字鍵0，先按12鍵后有效。

11．小數點鍵, 先按12鍵后有效。

12．復合鍵頻率/電容按鍵，*次按下（頻率指示數在閃爍）為頻率數輸入，單位為MHz。例：要輸入79.5MHz，按一次此鍵，頻率指示數在閃爍，然后輸入79.5，再按一下此鍵即可。第二次按下（電容指示數在閃爍）為電容數輸入，數輸入要滿4位。例：要輸入79.5P，按二次此鍵，電容指示數在閃爍，然后輸入0795，要輸入180.5P，輸入1805，有效數后為0的，可以不輸入0直接再按一下此鍵結束輸入。

13．頻率調諧數碼開關。

14．ZJD-B：主調電容調諧（長壽命調諧慢轉結構）；

   ZJD-C：主調電容調諧數碼開關。

15．電源開關。

16．液晶顯示屏。

17．測試回路接線柱：ZJD-B左邊兩個為電感接入端，右邊兩個為外接電容接入端；ZJD-C后邊兩個為電感接入端，前邊兩個為外接電容接入端。

18．電感測試范圍所對應頻率范圍表。

B．后面板各功能鍵說明

圖五  Q表后面板示意圖

1．～220V電源輸入三芯插座，內含保險絲0.5A／220V；

2．信號源工作頻率監測輸出端（阻抗1kΩ）。

五、使用方法

高頻Q表是多用途的阻抗測量儀器，為了提高測量精度，除了使Q表測試回路本身殘余參量盡可能地小，使耦合回路的頻響盡可能地好之外，還要掌握正確的測試方法和殘余參數修正方法。

1．測試注意事項

a．本儀器應水平安放；

b．如果你需要較精確地測量，請接通電源后，預熱30分鐘；

c．調節主調電容或主調電容數碼開關時，當接近諧振點時請緩調；

d．被測件和測試電路接線柱間的接線應盡量短，足夠粗，并應接觸良好、可靠，以減少因接線的電阻和分布參數所帶來的測量誤差；

e．被測件不要直接擱在面板頂部，離頂部一公分以上，必要時可用低損耗的絕緣材料如聚苯乙烯等做成的襯墊物襯墊；

f．手不得靠近試件，以免人體感應影響造成測量誤差，有屏蔽的試件，屏蔽罩應連接在低電位端的接線柱。

2．高頻線圈的Q值測量（基本測量法）

  A．直接法

  a．將被測線圈接在“L_x”接線柱上；

  b．選擇適當的工作頻段和工作頻率；

  c．先調調諧電容器到諧振點，即Q表讀數達大，此讀數即為被測電感的有效Q值(Q_e)，若需得到被測電感的真實Q值（Q_T），則應先測出線圈分布電容C₀，然后照下式修正

C₁是調諧電容器諧振時讀數，如諧振時C₁的讀數很大，C₀只占很小比例，則有效Q值(Q_e)和真實Q值(Q_T)差別可以忽略。

當Q值量程選擇自動切換時，在調諧時，如遇量程自動轉換，應停頓一下，待Q值穩定后，根據讀數值變大或變小，確定繼續調電容的方向。

B．變容法

a．照直讀法“a-d”進行，記下諧振時電容讀數C₁和Q₁；

b．調節主調電容數碼開關，使Q值二次指示均為Q₁的0.707時，記下此時兩次電容讀數的差數ΔC，

倘要得到精確結果，則線圈的分布電容應加在C₁之內，并應使主調電容作多次偏調，然后取其平均讀數。

測Q值較高的線圈時，Q值下降到0.707 Q₁時，電容偏調很小，讀數誤差較大，這時可將主電容作較大偏調(10％以內)，記下偏調數ΔC和偏調后的Q值讀數Q₂，這時Q值表達式為：

C. 變頻法

a．按直讀法“a-d”進行，記下諧振時讀數C₁和Q₁以及頻率讀數f₀；

b．改變信號源的頻率使Q值二次指示為Q₁的0.707(一次容性失諧，一次感性失諧)，記下此時二次頻率讀數差值Δf，這時回路的真實Q_T為：

考慮到線圈的分布電容時，線圈的有效Q值為

    變頻法測量Q值一般表達式為(未考慮分布電容)：

注：Δf是頻率偏調數，Q₁為諧振時Q表讀數，Q₂是偏調后Q表讀數。

3．高頻線圈電感值的測量

a．將被測線圈接在“L_x”接線柱上，接觸要良好；

b．根據線圈大約電感值，按所需選一個合適的頻率以保證能諧振；

c．如要得到真實電感數（L_T），必須先測得電感分布電容量C₀，如分布電容較小的話，在調到諧振點后，記下主調電容C₁，然后再將主調電容量調在“C₁+C₀”值上，這時指示的電感讀數，就是所求真實電感讀數，也可按以下公式計算求得：

f被測電感小于1μH時，按上法測得電感值還應減去儀器中測試回路本身剩余電感“L₀”（ZJD-B L0約26nH,，ZJD-CL0約7nH）。

4．高頻線圈分布電容C₀的測量

A．倍頻率法

如線圈的分布電容較大，可用此法作近似測試。

將被測線圈按在“L_x””接線柱上，調調諧電容器到大電容數值，調訊號源頻率到諧振，令諧振時頻率和指示調諧電容分別是f₁和C₁。然后將訊號源頻率調到f₂ (f₂=n f₁)，再調電容器度盤到諧振點，此時電容讀數為C₂，根據下式即可求出分布電容量（測量時微調電容到零）

如取n=2，則為：C₀=（C₁－4C₂）/ 3。

若取不同C₁進行多次測量后取一個平均值，則測試結果將較為準確。

   B．自然頻率法（此法可獲得較準確的結果）

   a．將被測線圈接在“L_x”接線柱上；

   b．調諧電容器度盤調到大電容值C₁；

   c．調訊號源頻率，使回路諧振，該頻率為f₁；

   d．取下被測線圈，換上一個能在調諧電容器調節范圍內和十倍于f₁頻率諧振的電感；

   e．訊號源調到10 f₁位置，調節調諧電容器到諧振點；

   f．將被測線圈接在“C_x”兩端，調節調諧電容器達諧振，此時視電容讀數是增加還是減小。若增加，則應將振蕩器頻率調高些，若減小，則頻率調低些；

   g．再取下被測線圈，調節主調電容達到諧振；

   h．重復步驟“f”、“g”直到某一頻率，被測線圈接上“C_x”兩端和不接上均不改變諧振點，這一頻率即為被測線圈的自然諧振頻率f₂，它的C₀數值為：

C₀=C₁ (f₁／f₂)2

  注：測量中所需輔助線圈可由LKI-l電感組提供便利。

  5．電容器容量的測量

  A. 在測量范圍內的小于主調電容量的電容器的測量

a．選一個適當的諧振電感接到“L_x”的兩端；

b．將調諧電容器調到大值附近，令這個電容是C₁，如未知電容是小數值的，C₁應調到較小電容值附近，以便達到盡可能高的分辨率；

c．調訊號源的頻率，使測試回路諧振，令諧振器Q的讀數為Q₁；

d．將被測電容接在“C_x”兩端，調節調諧電容器，使測試電路再諧振，令新的調諧電容值為C₂和指示Q值為Q₂。

被測電容的有效電容為：C_x= C₁－C₂

電容器損耗角正切為：

電容器的有效并聯電阻為：

C₀為回路諧振電感的自身電容。

B．大于調諧電容量的電容器用可替代法測量

a. 取一只適當容量的標準電容量，其容量為C₃，將它接在“C_x”接線柱上；

b．按5A／a-c各測試步驟；

c．取下標準電容器，將被測電容接到“C_x”接線柱，調節調諧電容器到諧振，此時主調電容量讀數為C₂，則C_x可由下式得到：

C_x=C₃+ C₁－C₂

6．Q合格范圍預置功能使用

Q合格范圍預置功能特別適用于工廠需大批量測試某同一規格元件的Q值，當該元件Q值超過某一給定值或在一定范圍內即為合格，這時液晶顯示屏顯示“OK”，儀器同時鳴叫提醒，這樣可減輕工人視力疲勞，同時大大加快了測試速度。

Q合格范圍預置的步驟（例150-170）：

a．選擇要求的測試頻率；

b．用一只合格元件或一只輔助線圈調諧主調電容，使Q值讀數指示在所需預置Q值位置上；例150，按一下Q值設置鍵，使顯示屏第三行顯示“comp OK”，同時儀器發出鳴叫聲，Q值小于150值時，液晶屏第三行顯示“comp ¹⁵⁰”；如果，這時要清除設置，只要在Q=0

的情況下，再按一次Q值設置鍵。

c．如果還要設定Q值的上限，再調諧主調電容，使Q值讀數指示在所需預置Q值位置上；例170，再按一下Q值設置鍵，液晶屏第三行顯示“comp ¹⁵⁰₁₇₀”，此時Q合格范圍預置功能的設置就結束了；

d．換上要測試的器件，微調諧振電容至諧振點，如果該器件的Q值在設定范圍內（例150-170），Q合格指示“comp OK”，同時

儀器發出鳴叫。如果該器件的Q值設定超出該范圍，Q合格指示

“comp¹⁵⁰₁₇₀”，如需取消已設置的合格值，只要再按一下設置鍵即可。

7．諧振點頻率自動搜索功能的使用

如果你對電感元件無法確定它的數值時，你就可用該功能來幫你尋找出它的諧振頻率點。步驟如下：

a．把元件接以接線柱上；

b．主調電容調到約中間位上；

c．按一下頻率搜索按鍵，顯示屏左下部顯示“sweep”，儀器就進入搜索狀態。

儀器從低工作頻率一直搜索到gao工作頻率，如果你的元件諧振點在頻率覆蓋區間內，搜索結束后，將會自動停在元件的諧振頻率點附近。

如果臨時要退出搜索狀態，可再按一次搜索鍵，儀器會退出搜索操作。

8．諧振點電容自動搜索功能的使用

如果你想在已知的頻率找出被測量器件的諧振頻率點時，你就可用該功能來幫你尋找出它的諧振點。步驟如下：

a．把元件接以接線柱上；

b．頻率設置為所需的頻率；

c．按一下電容搜索按鍵，儀器就進入電容搜索狀態，儀器從小電容一直搜索到大電容，如果你的元件諧振點在電容覆蓋區間內，搜索結束后，主電容將會自動停在元件的諧振頻率點附近。

如果臨時要退出搜索狀態，可再按一次搜索鍵，儀器會退出搜索操作。

9．頻率調諧開關的使用。

ZJD-B/ZJD-C的頻率調諧采用了數碼開關，它能辨別使用者的要求，來調節頻率變化的速率(頻率變化值／檔)。在你快速調節該開關時，頻率變化速率也加快，當你緩慢調節開關時，頻率變化速率也慢下來。因此在調諧時接近所需的頻率時，應放緩調節速度，當你調節的頻率超出工作頻段的頻率時，儀器會自動選擇低一個或高一個頻段工作。