電容率介電常數(shù)介質(zhì)損耗測(cè)試儀 BQS-13 是一種面向固體絕緣材料、液體絕緣介質(zhì)、橡膠、塑料、陶瓷、薄膜、絕緣油等試樣的高壓自動(dòng)介損電橋。其在工頻、音頻及 40Hz–70Hz 變頻條件下，對(duì)試樣的電容量 Cx、介質(zhì)損耗角正切 tgδ、相對(duì)電容率（相對(duì)介電常數(shù)）εr 進(jìn)行測(cè)量與直讀，常用于材料研發(fā)、來(lái)料驗(yàn)收、出廠檢驗(yàn)、老化對(duì)比及第三方檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室的介電性能歸檔。

本文圍繞 BQS-13 的測(cè)試原理、三電極 / 油杯電極系統(tǒng)、性能參數(shù)、操作流程、標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)關(guān)系、周期校準(zhǔn)、異常排查、樣品制備及網(wǎng)頁(yè)收錄優(yōu)化結(jié)構(gòu)進(jìn)行整理，供檢測(cè)人員、資料員、設(shè)備管理員與內(nèi)容編輯參考。

一、BQS-13 的基本定位與適用對(duì)象

電容率介電常數(shù)介質(zhì)損耗測(cè)試儀BQS-13屬于自動(dòng)抗干擾精密介損電橋的一類。其區(qū)別于傳統(tǒng)手動(dòng)西林電橋之處在于：采用變頻電源、單片機(jī)控制、模 / 數(shù)轉(zhuǎn)換與數(shù)字運(yùn)算，代替人工調(diào)平衡過(guò)程，在 40Hz–70Hz 區(qū)間內(nèi)通過(guò)異頻或雙變頻方式壓制工頻及其諧波干擾，從而獲得較穩(wěn)定的 Cx、tgδ、εr 測(cè)量值 。

其典型被測(cè)對(duì)象包括：

固體絕緣材料：環(huán)氧板、酚醛紙板、聚四氟乙烯、聚丙烯薄膜、聚酯薄膜、聚酰亞胺薄膜、云母片、氧化鋁陶瓷、滑石瓷、玻璃纖維板等；

液體絕緣介質(zhì)：變壓器絕緣油、電容器浸漬油、硅油、液態(tài)環(huán)氧樹脂、部分低導(dǎo)電液態(tài)樹脂；

高分子：硫化橡膠、硅橡膠、EPDM 密封件等，可參照 GB/T 1693-2007 路徑 ；

電工制品試樣：小型陶瓷電容介質(zhì)、薄膜電容介質(zhì)、PCB 基板切片、套管絕緣件小樣等。

需要說(shuō)明，BQS-13 的主架構(gòu)覆蓋的是工頻、音頻附近的電容率與介損電橋法測(cè)量，不是寬頻微波介電譜儀；若需 MHz–GHz 級(jí) Dk/Df 曲線，應(yīng)另配諧振腔、矢量網(wǎng)絡(luò)分析或同軸探頭系統(tǒng)補(bǔ)充。

二、介電常數(shù)、電容率與介質(zhì)損耗角正切的基礎(chǔ)概念

1、電容率與相對(duì)介電常數(shù)

真空電容率 ε0 約為 8.854×10?12 F/m。某均勻介質(zhì)的電容率為 ε，相對(duì)介電常數(shù)（相對(duì)電容率）為：

εr = ε / ε0

在平行板電極、邊緣效應(yīng)可忽略條件下，試樣夾于兩電極之間時(shí)：

εr = Cx / C0

也可寫為：

εr = Cx · d / (ε0 · A)

其中 Cx 為含試樣時(shí)的電極系統(tǒng)電容，C0 為同幾何條件下的空氣 / 真空參考電容，d 為試樣厚度，A 為測(cè)量電極有效面積 。

BQS-13 在錄入試樣厚度、電極直徑或有效面積后，可直讀 εr；未錄入幾何參數(shù)時(shí)，先讀 Cx，再按上式手算。

2、介質(zhì)損耗角 δ 與 tanδ

理想電容器中，電流超前電壓 90°。真實(shí)絕緣介質(zhì)存在偶極子極化滯后、界面極化、漏導(dǎo)、吸附水分、微氣孔、局部放電等過(guò)程，使電流與電壓間出現(xiàn)小于 90° 的相位差余角 δ，即介質(zhì)損耗角。

介質(zhì)損耗角正切：

tanδ = 有功電流分量 / 容性電流分量 = Ir / Ic = G / (ωC)

對(duì)絕緣油、環(huán)氧澆注件、橡膠等而言，tanδ 常隨溫度升高、受潮、碳化、局放發(fā)展而增大，因此被列為介電狀態(tài)監(jiān)督參數(shù)之一 。

3、復(fù)介電常數(shù)表達(dá)

完整介電響應(yīng)可寫為：

ε* = ε′ ? jε″

其中 ε′ 與儲(chǔ)能有關(guān)，ε″ 與損耗有關(guān)，tanδ = ε″ / ε′。BQS-13 在多數(shù)工程檢測(cè)中主要輸出 Cx、tgδ、εr，不直接給出全頻復(fù)介電譜；如需多頻點(diǎn) ε′、ε″ 曲線，可在 40Hz–70Hz 內(nèi)逐頻點(diǎn)測(cè)試后整理。

三、BQS-13 的測(cè)量原理與結(jié)構(gòu)組成

1、正接法高壓電橋路徑

BQS-13 常用內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)、內(nèi)高壓、正接法：儀器內(nèi)高壓源輸出同一交變電壓，一路至機(jī)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)電容器 CN，一路至被試品 Cx；系統(tǒng)采集 Cx 支路電流，分解為與 CN 支路同相的有功分量和正交的容性分量，由此算出 tgδ，再結(jié)合電壓、電流、頻率算 Cx；若已錄入幾何尺寸，則換算 εr 。

2、變頻抗干擾

現(xiàn)場(chǎng)常存在鄰近變壓器、電機(jī)、變頻器、焊機(jī)等帶來(lái)的 50Hz 及倍頻干擾。BQS-13 支持：

40Hz–70Hz 單頻任意設(shè)定，如 48.7Hz；

50±0.1Hz 至 50±10Hz 自動(dòng)雙變頻；

60±0.1Hz 至 60±10Hz 自動(dòng)雙變頻；

頻率精度 ±0.01Hz 。

通過(guò)在兩個(gè)相近頻率下分別測(cè)量并比較 Cx、tgδ，可削弱同頻干擾混入試樣響應(yīng)的程度。

3、主要組成模塊

按公開資料整理，BQS-13 通常包含：變頻電源、內(nèi)高壓升壓與保護(hù)模塊、內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)電容器、Cx 低壓屏蔽采樣支路、模 / 數(shù)轉(zhuǎn)換、單片機(jī)和運(yùn)算單元、彩色觸摸液晶屏、U 盤存儲(chǔ)、微型熱敏打印機(jī)、RS232 通訊口、接地與急停保護(hù)回路 。

四、BQS-13 性能參數(shù)

1、測(cè)量準(zhǔn)確度

Cx：±（讀數(shù)×0.5% + 0.5pF）

Cx 配合三電極測(cè)試系統(tǒng)時(shí)：±（讀數(shù)×0.2% + 0.5pF）

tgδ：±（讀數(shù)×0.5% + 0.00005）

tgδ 配合三電極測(cè)試系統(tǒng)時(shí)：±（讀數(shù)×0.2% + 0.00005）

測(cè)試絕緣材料時(shí)相對(duì)介電常數(shù) ε 直接顯示；配合三電極系統(tǒng)測(cè)試時(shí)，ε：（讀數(shù)×0.5%）

2、分辨率

電容分辨率：0.001pF

電容顯示有效數(shù)字：4 位

tgδ 分辨率：0.00001（部分資料標(biāo) 0.000001 為顯示位級(jí)，歸檔時(shí)以設(shè)備銘牌 / 出廠證書為準(zhǔn)）

tgδ 測(cè)量范圍：不限，可自動(dòng)識(shí)別電容、電感、電阻三類試品

3、電容量范圍

內(nèi)施高壓：

3pF～60000pF / 10kV

60pF～1μF / 0.5kV

外施高壓：

3pF～1.5μF / 10kV

60pF～30μF / 0.5kV

4、內(nèi)施高壓參數(shù)

設(shè)定電壓范圍：0.5kV～10kV

輸出電流：200mA

升降壓方式：電壓可隨意設(shè)置，如 5123V、7380V 等

電壓調(diào)節(jié)分辨率：1V

試驗(yàn)頻率：40Hz～70Hz 單頻隨意設(shè)置；50±0.1Hz 至 50±10Hz 自動(dòng)雙變頻；60±0.1Hz 至 60±10Hz 自動(dòng)雙變頻

頻率精度：±0.01Hz

5、外施高壓參數(shù)

接線時(shí)試驗(yàn)電流：5A

試驗(yàn)電壓：按外接標(biāo)準(zhǔn)電容器與外接高壓源能力，可配合至 500kV 級(jí)工頻或 40Hz–70Hz 變頻外電源

外接量程擴(kuò)展器 / 電流互感器時(shí)，可擴(kuò)展至大電流高壓電器介損測(cè)試

6、試驗(yàn)電流與測(cè)量時(shí)間

直接測(cè)量電流范圍：5μA～5A

典型測(cè)量時(shí)間：約 40s，與變頻次數(shù)、試樣容量、穩(wěn)定判據(jù)有關(guān)

7、輸入電源與環(huán)境條件

輸入電源：180V～270V AC，50Hz±1%，可接市電或發(fā)電機(jī)

工作環(huán)境溫度：-10℃～50℃

相對(duì)濕度：資料多標(biāo) ＜90%，實(shí)際按高壓現(xiàn)場(chǎng)安全與試樣防潮要求控制

外形尺寸：8U 標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱

整機(jī)重量：25kg

8、數(shù)據(jù)與接口

計(jì)算機(jī)接口：標(biāo)準(zhǔn) RS232

存儲(chǔ)導(dǎo)出：U 盤插口，自動(dòng)存儲(chǔ)測(cè)量數(shù)據(jù)

打?。何⑿蜔崦舸蛴C(jī)，帶日歷時(shí)鐘

顯示：彩色觸摸液晶屏，可顯示頻率、模式、電壓、回路電流、Cx、tgδ、εr、相位角、功率因數(shù)、有功功率、時(shí)間戳等

五、三電極與液體油杯電極系統(tǒng)

1、固體試樣三電極結(jié)構(gòu)

三電極系統(tǒng)由高壓電極、測(cè)量電極、保護(hù)電極組成。保護(hù)電極環(huán)繞測(cè)量電極外側(cè)，吸納沿試樣表面的泄漏電流，使測(cè)量電極主要反映體積電容與體積損耗，從而削弱邊緣效應(yīng)、表面污漬、指印濕度帶來(lái)的誤差 。

典型固體圓片試樣要求：

直徑常不小于 Φ60mm，以減小邊緣占比；

厚度按材料硬度和測(cè)試電壓選取，常見 1mm、2mm、3mm；

表面平整、無(wú)氣泡、無(wú)劃痕、無(wú)碳痕；

測(cè)試前用無(wú)水乙醇擦拭，必要時(shí)在 23℃±2℃、50%RH 左右平衡 24h。

2、液體絕緣油杯

液體油、硅油、液態(tài)樹脂多用同軸圓柱油杯：內(nèi)電極、外電極、屏蔽電極形成徑向均勻電場(chǎng)，減少氣泡附著處場(chǎng)強(qiáng)集中。操作上需先空杯記基線，再注油、靜置排氣、恒溫后測(cè)試；不同牌號(hào)油不混杯。

3、薄膜疊層試樣

對(duì)十幾微米級(jí) PET、PP、PI 膜，單層電容過(guò)小，可疊至總厚 0.5mm 以上再測(cè)總 Cx 后折算單層 εr；疊層時(shí)需均勻施壓、避免層間氣隙。

六、BQS-13 可參照的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

GB/T 1409-2006：測(cè)量電氣絕緣材料在工頻、音頻、高頻下電容率和介質(zhì)損耗因數(shù)的推薦方法，BQS-13 主要在電橋 / 電容比較路徑上與之對(duì)應(yīng) 。

GB/T 5654-2007：液體絕緣材料相對(duì)電容率、介質(zhì)損耗因數(shù)和直流電阻率測(cè)量，BQS-13 配液體油杯可承擔(dān)其中 εr、tgδ 部分 。

GB/T 1693-2007：硫化橡膠介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切值測(cè)定，BQS-13 在三電極下可用于橡膠圓片檢測(cè) 。

IEC 60250 / IEC 60247：分別為固體、液體絕緣材料介電性能國(guó)際方法，出口材料、外審、CNAS 報(bào)告可與上述國(guó)標(biāo)并列寫入方法依據(jù)。

正式報(bào)告建議寫為：「本次測(cè)試采用BQS-13，參照 GB/T 1409-2006 電橋法路徑，于 50Hz、2kV、正接法、三電極條件下測(cè)量……」避免把設(shè)備表述為覆蓋所有頻段或所有材料類型的手段。

七、BQS-13 常規(guī)測(cè)試操作流程（內(nèi)高壓、正接法）

接保護(hù)地：先接黃綠接地夾到獨(dú)立接地樁或建筑保護(hù)地，確認(rèn)接地導(dǎo)通。

檢查 HV、Cx、CN 屏蔽線外皮無(wú)破損，插頭無(wú)氧化發(fā)黑。

裝樣：固體片夾入三電極；液體注入油杯并排氣。

開機(jī)設(shè)參：模式正接、內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)、內(nèi)高壓；設(shè)電壓 0.5kV–10kV；頻率 50Hz 或雙變頻；錄入厚度、電極直徑。

啟動(dòng)升壓：屏幕刷新電壓、電流、Cx、tgδ、εr；達(dá)穩(wěn)定后自動(dòng)記錄。

若跳變、放電聲、冒煙、碳化，立即急停、降壓、放電后再查線。

結(jié)束自動(dòng)降壓、內(nèi)部放電完成后拆線；打印或 U 盤導(dǎo)出 CSV / TXT，RS232 可上傳上位機(jī)。

八、影響 BQS-13 結(jié)果的主要因素

溫度：極性聚合物、環(huán)氧、橡膠的 tanδ 常隨溫度上升而增大；

水分：受潮紙、棉層壓板、未封端 PI、吸濕陶瓷會(huì)使 tanδ 從 10?? 量級(jí)抬升；

電壓：含氣孔、雜質(zhì)、半導(dǎo)電相的復(fù)合材料在 10kV 下 tanδ 可能高于 2kV 下結(jié)果；

頻率：偶極子弛豫使部分橡膠、PVC、改性環(huán)氧在 40Hz–60Hz 間 tanδ 隨頻率下降而上升；

接觸與雜散電容：Cx 線過(guò)長(zhǎng)、夾具未接地、試樣與電極間氣隙都會(huì)引入附加誤差，非儀器單方可消除。

九、周期校準(zhǔn)與維護(hù)

每日：關(guān)機(jī)后擦 HV/Cx 插頭、觸屏、端子排，記異常試樣。

每月：空載 0.5kV、5kV、10kV 點(diǎn)檢；用標(biāo)準(zhǔn)電容比對(duì) Cx、tgδ。

年度：連續(xù)使用 12 個(gè)月送具計(jì)量資質(zhì)機(jī)構(gòu)做 Cx、tgδ、頻率、高壓、εr 換算、保護(hù)功能校準(zhǔn)；證書歸檔。

維修后：換高壓板、采樣板、標(biāo)準(zhǔn)電容、主板后，不直接出正式報(bào)告，先重校再恢復(fù)使用資格。

十、常見異常與排查

開機(jī)不升高壓：查接地連鎖、接地樁銹層、發(fā)電機(jī)零線。

Cx 跳變：緊 Cx 接頭、換屏蔽線、查爬電 / 碳化、切雙變頻。

tgδ 偏大：試樣未烘、保護(hù)環(huán)未接、油杯殘油混用、手指碰低壓側(cè)、濕度超標(biāo)。

U 盤不導(dǎo)出：用 FAT32、8GB–32GB 普通 U 盤，等“傳輸完成"再拔。

RS232 不上傳：核對(duì)波特率 / 校驗(yàn)位 / 停止位，換配套屏蔽串口線。

十一、BQS-13 在幾類材料檢測(cè)中的適用說(shuō)明

1、絕緣油與浸漬液

配恒溫油杯可做常溫、90℃、100℃ 下 εr、tgδ 對(duì)比，作為油務(wù)監(jiān)督中擊穿電壓、水分、酸值的輔助判據(jù)之一。

2、環(huán)氧澆注件

干變、互感器、電抗器小型環(huán)氧樣在 10kV 內(nèi)高壓下做介損篩查，可初判氣泡、未固化、微裂紋，再?zèng)Q定是否解剖。

3、硫化橡膠

GB/T 1693 路徑下比較新料、回用料、熱老化后橡膠的 εr、tanδ；不與拉伸、硬度、局放單獨(dú)等同成壽命結(jié)論。

4、薄膜電容介質(zhì)

PP、PET 電容膜取平板圓片測(cè) tanδ；讀數(shù)偏高先排電極壓力、邊緣毛刺、疊層氣隙，再做材料判定。

5、PCB 基板與陶瓷封裝

FR-4、氧化鋁、氮化鋁可做來(lái)料低頻介損初篩；GHz 級(jí) Dk/Df 仍需網(wǎng)絡(luò)分析或諧振腔補(bǔ)充。