在電氣絕緣材料性能研究、無機非金屬新材料性能分析的相關(guān)領(lǐng)域中，介電常數(shù)與介質(zhì)損耗角正切值是評估材料電學特性的兩項核心物理指標，諸多科研場景與工業(yè)檢測環(huán)節(jié)，都需要依托穩(wěn)定可靠的測試設備完成相關(guān)參數(shù)的精準采集。70MHZ高頻介電常數(shù)測試儀GDAT-A，正是對應GB/T 1409-2006《測量電氣絕緣材料在工頻、音頻、高頻（包括米波波長在內(nèi)）下電容率和介質(zhì)損耗因數(shù)的推薦方法》研發(fā)的專用測試設備，可滿足科研機關(guān)、各類院校、工業(yè)生產(chǎn)單位對無機非金屬新材料性能的應用研究需求，為研究人員梳理影響介質(zhì)損耗和介電常數(shù)的各類相關(guān)因素、優(yōu)化材料制備工藝、提升材料綜合使用性能提供扎實的測試數(shù)據(jù)支撐。

一、產(chǎn)品概述

在各類電工電瓷、裝置瓷、電容器陶瓷的研發(fā)生產(chǎn)過程中，以及各類新型復合材料的電學性能驗證環(huán)節(jié)，介質(zhì)損耗與介電常數(shù)的測試結(jié)果是判斷材料是否符合使用場景要求的重要依據(jù)。如果材料的介質(zhì)損耗參數(shù)不符合預期，在長期高頻工況下可能出現(xiàn)異常發(fā)熱、性能衰減的問題；而介電常數(shù)的參數(shù)波動，也會直接影響電容類元件的儲能表現(xiàn)、絕緣材料的電場分布特性。
過往傳統(tǒng)的相關(guān)測試設備，往往存在操作流程繁瑣、調(diào)諧回路殘余電感偏高、人工搜索Q值耗費時間長、不同量程切換需要手動反復調(diào)試的問題，不僅大幅拉長了單次測試的周期，也容易引入人為操作帶來的測試誤差，難以適配當下新材料研發(fā)過程中批量試樣的高效測試需求。測試儀GDAT-A依托高頻諧振法設計，搭配單片計算機作為整機的控制核心，整合了多項成熟的測控技術(shù)，在簡化操作流程的同時保障了測試結(jié)果的可靠性，能夠適配多場景下的高頻介電性能測試需求。
這款設備的適用場景覆蓋了多個領(lǐng)域的測試需求：在高校的材料類、電氣類實驗室中，可支撐相關(guān)專業(yè)的教學實驗與課題研究，幫助學生和研究人員直觀理解介電性能相關(guān)的理論知識，完成各類新型試樣的參數(shù)采集；在科研院所的新材料研發(fā)項目中，可作為長期測試設備，為不同配方、不同制備工藝下的試樣提供連續(xù)穩(wěn)定的測試數(shù)據(jù)，輔助研發(fā)人員篩選出性能更優(yōu)的材料方案；在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，可用于電工絕緣材料、電子陶瓷、高性能復合材料的入廠抽檢、出廠性能核驗環(huán)節(jié)，保障產(chǎn)品批次的性能一致性。

二、測試原理說明

70MHZ高頻介電常數(shù)測試儀GDAT-A采用高頻諧振法作為核心測試原理，搭建了通用、多用途、多量程的阻抗測試框架。整機以單片計算機作為儀器的控制核心，測量環(huán)節(jié)搭載了頻率數(shù)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(zhuǎn)換、數(shù)值顯示等多項技術(shù)，同時對傳統(tǒng)的調(diào)諧回路進行了優(yōu)化改進，讓調(diào)諧測試回路的殘余電感降至更低水平，同時保留了原有Q表中的自動穩(wěn)幅相關(guān)技術(shù)，讓設備在日常使用時操作更簡便，最終獲取的測量值也更為穩(wěn)定。
在較高的測試頻率條件下，這款儀器可以完成多類電學參數(shù)的測試工作：包括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(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，覆蓋了相關(guān)領(lǐng)域大部分常規(guī)高頻電學參數(shù)的測試需求。
配套的本測試裝置由二只測微電容器組成，其中平板電容器主要用來夾持固定被測樣品，另一只園筒電容器是分辨率高達0.0033pF的線性可變電容器，搭配主機作為指示儀器完成數(shù)據(jù)采集。絕緣材料的損耗角正切值，是通過采集被測樣品放進平板電容器和不放進樣品兩種狀態(tài)下的Q值變化，結(jié)合園筒電容器的刻度讀值變化值換算得到的；與此同時，介電常數(shù)參數(shù)可以通過平板電容器的刻度讀值變化換算得到，整個數(shù)據(jù)換算流程依托主機內(nèi)置的程序自動完成，不需要人工進行復雜的手動計算，降低了人為計算帶來的誤差風險。

三、儀器性能參數(shù)

核心技術(shù)指標

1. 信號源參數(shù)：搭載DDS信號發(fā)生模塊，頻率覆蓋范圍為10KHz-70MHz

2. Q值測量范圍：2～1023

3. Q值量程分檔：30、100、300、1000，支持自動換檔或手動換檔兩種切換模式

4. 電感測量范圍：4.5nH-10mH

5. 電容直接測量范圍：1～460pF

6. 主電容調(diào)節(jié)范圍：30～540pF

7. 電容準確度：150pF以下±1.5pF；150pF以上±1%

8. 頻率指示誤差：1×10-6 ±1

9. Q值合格指示預置功能范圍：5～1000

10. Q值操作特性：支持Q值自動鎖定，無需人工搜索

11. 平板電容器參數(shù)：極片尺寸覆蓋φ25.4mm、φ50mm兩種規(guī)格，極片間距可調(diào)范圍≥10mm，分辨率為±0.01mm

12. 園筒電容器參數(shù)：電容量線性為0.33pF / mm±0.05 pF，長度可調(diào)范圍0～20mm，分辨率為±0.01mm

13. 夾具插頭間距：25mm±1mm

14. 夾具損耗角正切值：≤4×10－4（1MHz 測試條件下）

15. 數(shù)顯電極：設備搭載數(shù)顯電極模塊，測試狀態(tài)與采集參數(shù)可直接通過數(shù)字界面直觀展示

正常工作條件

1. 環(huán)境溫度：0℃～+40℃

2. 相對濕度：<80％

3. 電源輸入要求：220V±22V，50Hz±2.5Hz

其他整機參數(shù)

1. 消耗功率：約25W

2. 凈重：約7kg

3. 外型尺寸（長×寬×高）：380mm×132mm×280mm

產(chǎn)品配置清單

1. 測試主機一臺

2. 配套電感一套

3. 專用測試夾具一套

四、相關(guān)配套設備參數(shù)說明

在實際的測試場景中，除測試儀GDAT-A主機外，還可搭配對應的配套測試裝置拓展測試能力，不同的配套組件可以適配不同形態(tài)、不同尺寸試樣的測試需求：
其中BH916測試裝置的平板電容極片提供Φ50mm、Φ25.4mm兩種規(guī)格可選，極片間距可調(diào)范圍≥15mm，夾具插頭間距控制在25mm±0.01mm的區(qū)間內(nèi)，測微桿分辨率可達0.001mm，夾具損耗角正切值同樣滿足≦4×10-4（1MHz測試條件）的要求，可以適配厚度更大的塊狀固體試樣的夾持需求。
同系列的高頻Q表也提供不同的可選頻率范圍版本，覆蓋20KHz-100MHz、20KHz-70MHz、200KHz-160MHz多個頻段選項，其頻率指示誤差為3×10-5±1個字，主電容調(diào)節(jié)范圍覆蓋30-500pF、18-220pF等區(qū)間，主調(diào)電容誤差小于1%或1pF，Q測試范圍同樣為2～1023，研究人員可以根據(jù)自身的常用測試頻段選擇適配的版本，和GDAT-A主機搭配使用拓展測試能力。
針對液體形態(tài)的絕緣材料試樣，還可搭配專用液體電極組件完成測試，無需對液態(tài)試樣進行預成型處理，就可以直接采集對應的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗參數(shù)，解決了部分液態(tài)介質(zhì)難以適配固體夾具的測試難點，進一步拓寬了設備的可測試樣品類覆蓋范圍。

五、設備的日常使用與維護保養(yǎng)說明

測試儀GDAT-A的測試裝置由精密機械構(gòu)件組成測微設備，在日常使用和存放過程中需要注意多項要點，保障設備的長期使用精度：
首先，設備在使用和保存時要避免受到強烈振動和外力碰撞，需要放置在不含腐蝕氣體、環(huán)境干燥的區(qū)域使用和存放，非專業(yè)維修人員不要自行拆裝設備，否則設備的工作性能將難以得到保證。如果測試夾具不慎受到碰撞，或者需要開展定期精度檢查，可按照以下幾個指標逐一完成檢測校驗：

檢測平板電容器兩個極片的平行度，誤差值不能超過0.02mm，避免因極片傾斜導致試樣夾持受力不均，引入額外的測試誤差。

檢測園筒電容器的軸和軸的同心度，誤差不能超過0.1mm，保證可變電容調(diào)節(jié)過程的順滑度，保障刻度讀值的準確性。

確認兩個測微桿的0.01mm分辨率正常，調(diào)節(jié)過程中示數(shù)跳轉(zhuǎn)順暢，沒有卡頓跳數(shù)的情況。

搭配分辨率為±0.01pF的精密電容測量儀，對園筒電容器的電容線性特性進行校驗，從0~20mm的可調(diào)行程區(qū)間內(nèi)，每隔1mm測試一個點，所有測試點的參數(shù)都需要符合對應的工作特性要求。
在日常的測試操作過程中，也有一些細節(jié)要點需要操作人員留意：放置被測試樣之前，需要先確認平板電容器的極片表面清潔，沒有殘留的前次測試留下的試樣碎屑、灰塵或者油污，避免這些雜質(zhì)填充在極片和試樣之間，影響最終的測試結(jié)果精度；夾持試樣時要輕緩調(diào)節(jié)測微桿，讓試樣和兩個極片貼合，不需要施加過大的擠壓外力，避免部分脆性的陶瓷類試樣被壓碎，同時也能防止試樣因受力形變改變自身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，帶來不必要的參數(shù)偏差。測試完成之后，要及時將極片之間的間距調(diào)大，避免長期處于壓緊狀態(tài)下讓測微桿的精密螺紋發(fā)生形變，影響長期的調(diào)節(jié)精度。
設備如果長期閑置不用，需要將其放置在原有的包裝防塵罩內(nèi)，定期在環(huán)境通風的區(qū)域通電運行一到兩個小時，避免內(nèi)部的電子元器件受潮出現(xiàn)性能衰減，保障設備下次啟用時可以正常進入工作狀態(tài)。如果長時間不使用設備之后再次啟動，建議先按照定期校驗的流程完成幾個核心指標的核查，確認參數(shù)都符合要求之后再正式開展試樣測試，避免因為設備長期存放出現(xiàn)的隱性性能變化影響測試數(shù)據(jù)的可靠性。

六、設備的典型應用場景與實用價值

在電氣絕緣材料的相關(guān)研究領(lǐng)域中，介電常數(shù)和介質(zhì)損耗的測試數(shù)據(jù)有著非常廣泛的使用場景。對于電容器用陶瓷材料來說，介電常數(shù)的數(shù)值直接關(guān)系到同體積下電容元件的容量大小，而介質(zhì)損耗角正切值則決定了電容在高頻工作場景下的發(fā)熱程度，如果介質(zhì)損耗參數(shù)過高，電容長期工作過程中持續(xù)發(fā)熱，會大幅縮短元件的使用壽命，甚至帶來安全隱患。使用測試儀GDAT-A，研發(fā)人員可以對比不同配方摻雜比例下陶瓷材料的介電性能變化，篩選出兼顧高介電常數(shù)和低介質(zhì)損耗的材料配方，優(yōu)化對應的燒結(jié)工藝參數(shù)，最終制備出性能更符合使用需求的電容器陶瓷元件。
對于高頻工況下使用的絕緣材料，比如高頻通訊設備內(nèi)部的絕緣支撐構(gòu)件、高壓輸電線路的絕緣包覆材料，材料在高頻電場作用下的介質(zhì)損耗直接關(guān)系到整個設備的運行能耗和長期穩(wěn)定性。使用這款設備完成不同頻率點下的介電性能測試，研究人員可以獲取材料在不同高頻區(qū)間內(nèi)的性能變化曲線，評估材料在目標工作頻段下的實際表現(xiàn)，為材料的選型提供充分的數(shù)據(jù)支撐。
在復合材料的研發(fā)過程中，不同的填充相、不同的基體相搭配比例，都會直接影響復合材料整體的介電性能。通過GDAT-A完成不同配比下試樣的參數(shù)測試，研發(fā)人員可以建立材料配方和介電性能之間的對應關(guān)系，按照實際的使用需求調(diào)整材料的組分比例，定制出符合特定介電性能要求的復合材料產(chǎn)品。
在高校的相關(guān)實驗教學環(huán)節(jié)，這款設備的自動化操作模式可以降低學生的上手難度，不需要花費大量時間學習復雜的傳統(tǒng)調(diào)諧操作，就可以快速完成多個試樣的測試，將更多的時間投入到對介電性能相關(guān)理論的理解和數(shù)據(jù)分析當中，提升相關(guān)實驗課程的教學效率。
在工業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)控環(huán)節(jié)，使用這款設備對每一批次的原材料進行入廠抽樣測試，可以及時發(fā)現(xiàn)不同批次材料的性能波動，避免不合格的原材料流入生產(chǎn)環(huán)節(jié)，最終導致成品的性能不符合要求，降低整個生產(chǎn)流程的質(zhì)控成本，保障最終產(chǎn)出的產(chǎn)品批次性能穩(wěn)定。

七、配套相關(guān)測試體系說明

針對材料電性能的完整測試需求，測試儀GDAT-A可以和其他相關(guān)的電性能檢測設備搭配使用，搭建完整的材料電學性能測試體系，覆蓋更多維度的性能測試需求：
搭配電壓擊穿試驗儀，可以同步完成材料的介電強度、泄漏電流參數(shù)測試；搭配體積表面電阻率測定儀，可以獲取材料的體積電阻率、表面電阻率相關(guān)參數(shù)；搭配工頻介電常數(shù)測試儀，可以補充完成工頻50Hz頻率下的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗測試，形成從工頻到高頻的全頻段介電性能測試能力；搭配耐電弧試驗儀、高壓漏電起痕試驗儀，可以進一步拓展獲取材料的耐電弧性能、耐電痕化相關(guān)參數(shù)，完成電工絕緣材料的電學性能評估。
多設備組合使用之后，研究人員僅在同一個實驗室場景內(nèi)，就可以完成材料大部分常規(guī)電學性能的全套測試，不需要將不同的試樣送往多個不同的測試機構(gòu)，既降低了測試的綜合成本，也避免了試樣在轉(zhuǎn)運過程中出現(xiàn)損壞、沾染雜質(zhì)的問題，保障所有測試環(huán)節(jié)的試樣狀態(tài)保持一致，不同維度的測試數(shù)據(jù)之間具備更高的可比性，更便于研究人員梳理材料不同電學性能之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。
在實際的測試流程搭建過程中，操作人員可以根據(jù)自身的測試優(yōu)先級，制定適合自己實驗室的標準化測試流程：先完成試樣的外觀尺寸測量，做好試樣的表面清潔處理，之后使用測試儀GDAT-A完成不同頻率點下的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗測試，隨后依次完成其他電學性能項目的測試，整套流程銜接順暢，可以大幅提升整體的測試工作效率。