北广精仪电桥电容率介电常数测试仪 BQS‑13

产品介绍

概述

在绝缘材料评估、高压电气设备检测相关工作当中，电容率（相对介电常数 ε）与介质损耗角正切 tgδ，是用来评判电介质材料电学表现的两个重要物理量。当绝缘材料处在交变电场环境下，一部分电场能量会被材料储存，另一部分能量会转化为热能消耗掉，电容率反映材料储存电场能量的能力，介质损耗角正切体现能量转化发热的占比情况。材料配方变化、环境温湿度改变、长期运行带来的老化、内部混入杂质，都会引起这两项参数出现波动，所以开展介电参数测试，成为材料研发、样品检验、设备状态评估工作里不可缺少的环节。

电桥电容率介电常数测试仪 BQS‑13 属于自动高压介损电桥，面向实验室场景开发，在原有传统电桥测量架构基础上做出调整，引入变频电源技术，结合单片机与现代电子电路完成自动频率变换、模 / 数转换以及数据运算处理流程。仪器可以完成电容量 Cx、介质损耗 tgδ、相对介电常数 ε 的直接读取，可用于电力相关设备以及各类绝缘试样的介电参数测试工作，测试过程遵循 GB5654、GB1409、GBT1693 相关标准给出的测试条件要求。

传统介损电桥在实际使用过程会遇到不少现实问题。老式手动电桥需要操作人员反复调节电桥臂实现电桥平衡，人为操作环节多，测试过程消耗时间，操作人员的操作习惯会对读数结果带来影响。部分仪器面对环境里的电磁耦合干扰信号，采集信号会发生偏移，测试数据前后复现效果不佳。部分设备的测试电压档位少，电容量测量区间覆盖有限，面对不同尺寸、不同类型试样，需要更换配套配件才能继续开展测试。BQS‑13 的电路与控制设计，针对上述现实使用问题做对应处理，把信号采集、数据换算流程交由仪器内部硬件与程序完成，减少人为介入的步骤，适配实验室常规的检测作业流程。

介电参数测试基础概念

开展仪器应用之前，需要理清几个基础物理概念，方便理解仪器输出数据代表的含义。相对介电常数，也常被称作电容率，当两块平行电极之间填充待测电介质，电极系统的电容与电极之间为真空状态下的电容二者比值，就是该材料的相对介电常数，该数值和材料分子极化特性相关，受测试频率、温度、试样内部含水率带来影响抖音百科。

介质损耗角正切 tgδ，用来描述交变电场作用下，电介质内部发生能量损耗的程度。交变电场作用于电介质时，介质内部偶极子发生转向运动、内部微弱离子迁移，会有一部分电能转变为热量释放出来。损耗角正切就是损耗电流分量与容性电流分量之间的比值。当材料出现受潮、老化、内部存在孔隙杂质的情况，tgδ 测量数值会出现上升变化，所以工程上会借助该参数变化观察绝缘介质状态改变。

电容量 Cx 是仪器同步输出的测量数值，被测样品接入电极回路之后形成等效电容，仪器测得该电容数值，结合试样几何尺寸（试样厚度、电极有效面积），仪器内部程序换算输出相对介电常数。如果测试对象是成型高压电气设备，直接读取 Cx 和 tgδ 即可，不需要换算介电常数。

工频 50Hz 是电力设备运行时的常见工作频率，在该频率条件获取的介电参数，可以对应设备实际服役工况下的电学表现。除 50Hz 标准测试点以外，仪器支持 40‑70Hz 区间变频模式，用来应对环境中存在工频干扰信号的场景，通过频率偏移方式降低外部电磁场对测量回路带来的影响，改善测量信号的稳定性。

BQS‑13 仪器工作流程

BQS‑13 电桥电容率介电常数测试仪依托变频电源模块、信号采集单元、模数转换模块、单片机运算单元、显示输出单元共同完成整套测量流程。整套工作可以划分为电压输出、信号采集、信号转换、数据运算、结果输出几个阶段。

第一阶段为电压输出。仪器内部电源模块，按照用户界面设定的参数输出交流测试高压，支持 50Hz 标准工频输出，也可在 40‑70Hz 区间选择其他工作频率，测试电压输出范围最高到 10kV，电压输出可以按照 1V 步长做调节。仪器提供内施高压、外施高压两种工作选择，用户根据被测样品类型、测试接线方案选定模式。内施高压模式代表高压源集成在仪器机身内部；外施高压模式则搭配外部高压装置完成升压工作，仪器负责信号采集处理。

第二阶段是信号采集。被测试样接入测量回路，在交流测试电压作用之下产生电流信号。仪器内部采集单元同步拾取回路电压信号、电流信号，记录两组信号幅值以及相位关系。环境当中会分布各类电磁耦合噪声，变频抗干扰机制在此阶段发挥作用，选取合适工作频率，规避环境中占比较高的干扰频率分量，降低噪声混入测量信号的程度。仪器最大输入电流 5A，适配不同阻抗被测对象带来的电流变化范围。

第三阶段为模数转换。采集得到的电压、电流都属于模拟信号，模拟信号送入模数转换器件，转化为数字信号，再传输至单片机处理单元。模数转换器件的性能会影响微小信号捕捉能力，也是仪器可以实现小分辨率读数的硬件基础。

第四阶段开展数据运算。单片机读取数字化之后的电压、电流数据，运行内置算法，完成电桥相关运算，完成必要的补偿计算，扣除部分回路固有参数带来的影响，计算得出 Cx、tgδ 数值。如果用户输入试样厚度、电极面积尺寸，程序代入计算公式，进一步输出相对介电常数 ε 的对应数值。

第五阶段为结果输出。运算完成的各项数值直接展示在仪器显示屏。仪器屏幕同步显示测试工况参数，包含测试频率、测试电压、工作模式，同时展示部分中间过程量。仪器设置 RS232 计算机接口，测量数据可以向外传输，搭配配套软件实现数据存储。仪器面板还设置存储、打印、数据上传、退出操作按键，满足本地保存与输出的需要。

整套流程启动之后，多数步骤由仪器自动执行，操作人员主要完成接线、设置测试条件、安放试样，不需要手动调节电桥平衡电位器，减少人工干预带来的变量。

仪器主要功能特点

1、变频抗干扰设计

测量环境当中，周边其他电气设备运行会向外释放交变电磁场，电磁场耦合到测量引线与试样，会叠加额外电流信号，造成测量结果发生偏移。BQS‑13 设置 40‑70Hz 变频工作区间，当 50Hz 工况下外部干扰较强，用户可以切换工作频率，避开环境干扰信号主频，以此降低干扰带来的影响。仪器最大输入电流 5A，可以承受回路出现的较大电流输入，维持信号采集链路正常工作。

2、多档位测量模式，覆盖较宽电容量区间

仪器区分内施高压、外施高压两套测量量程，不同电压等级对应不同电容量测量区间。内施高压适合搭配仪器自带高压源开展测试；外施高压模式，外接高压发生设备，用于部分特殊样品测试。当用户需要开展几千安培工况条件高压电器介损测试，可以外接量程扩展器，拓展仪器的测量适配范围。

3、读数分辨率表现

仪器电容量最高分辨率 0.001pF，输出 4 位有效数字，对于小电容试样，能够识别电容数值的小幅改变。介质损耗 tgδ 设置 0.000001 的分辨率，便于捕捉介质损耗出现的小幅变化，适合材料对比类测试工作。Cx、tgδ、ε 三项参数直接屏幕显示，不用操作人员手工代入公式计算。

4、内置高压输出，电压精细可调

仪器机身内置最高 10kV 测试高压输出，电压调节步长 1V。做对比试验的时候，可以设置多组不同测试电压，观察同一试样在不同电压条件下介电参数变化趋势。仪器界面显示高压工作状态提示，高压回路设置安全逻辑，界面提示高压开闭状态，引导操作人员留意高压操作风险。

5、数据交互能力

仪器配置标准 RS232 计算机接口，可连接外部计算机设备，实现测量数据向外传输。借助配套软件，实现批量测试数据保存，用于后续整理归档。仪器本地面板自带存储、打印功能，不连接计算机的条件下，也可以完成数据保存输出。

6、机箱结构形式

仪器采用 8U 标准机箱结构，8U 机箱属于工业仪器通用规格，可以放置在工作台，也可以安装到标准设备机柜。整机重量 25kg，便于实验室内部移位搬运。

仪器完整技术性能参数（原文原样保留）

技术指标 (Cx, tgδ, ε 直接显示):

准确度: Cx: ±(读数 × 0.5 %+0.5 pF)

tgδ: ±(读数 ×0.5%+0.00005) 分辨率 0.000001

ε: ±0.5%

抗干扰指标：变频抗干扰 (40‑70Hz), 最大输入电流 5A

内置最高 10KV 测试电压输出，可调分辨率 1V

电容量范围：内施高压：3pF~60000pF/10kV 60pF~1μF/0.5kV 外施高压：3pF~1.5μF/10kV 60pF~30μF/0.5kV

外接量程扩展器时可以测试几千安培下高压电器的介损值

分辨率：最高 0.001pF,4 位有效数字

计算机接口：标准 RS232 接口

外形尺寸：8U 标准机箱 仪器重量：25kg

对应相关测试标准说明

BQS‑13 电桥电容率介电常数测试仪在硬件指标、测量模式方面，对应 GB5654、GB1409、GBT1693 几份标准的相关测试要求。这些标准对绝缘材料介电性能测试的测试条件、试样处理、测量方法、记录内容做出说明。

GB5654 针对液体绝缘材料工频条件下电容率、介质损耗因数测试给出方法规范，规定测试电压、环境条件、接线方式等内容，仪器内置高压输出、工频测量模式，可用于液体绝缘油类样品的介电参数测试。

GB1409 给出固体绝缘材料在不同频率条件下电容率、介质损耗因数的测量方法，覆盖固体板材、薄膜、陶瓷等各类固体电介质，对电极结构、试样尺寸校正、误差来源分析给出描述，仪器输出的准确度指标，和标准中对测量设备的要求可以对应。

GBT1693 为硫化橡胶类绝缘材料的介电常数与介质损耗角正切测定标准，规定橡胶试样的制样要求，电桥法测量的操作要点，BQS‑13 电桥模式可以适配该标准下试样的检测工作。

需要注意，标准文件除仪器设备要求以外，还包含试样制备、环境温湿度控制、电极选型、接地屏蔽等配套条件。想要得到稳定可靠的测试记录，除仪器本身之外，试样处理、环境条件、屏蔽接地、引线布置同样会对最终读数带来影响，实际测试过程需要完整遵循标准文本全部条款。

常见测试对象与应用场景

1、高压电力设备检测

变压器、互感器、套管、电容器、避雷器这类电力设备，内部大量使用各类绝缘介质，包含绝缘纸、绝缘油、环氧树脂、陶瓷绝缘件等。设备运行过程当中，绝缘介质会受到电场、温度、水汽的持续作用，材料属性会逐步发生改变。开展介损测试，可以记录设备绝缘部分的 Cx、tgδ 数据，把多次测量记录做横向对比，观察参数变化趋势，为设备状态评估提供参考素材。测试可以在实验室样机试验，也可用于样品送检类检测工作。

2、绝缘材料样品测试

各类固体绝缘材料，比如绝缘橡胶、工程塑料、环氧浇注件、绝缘纸板、陶瓷介质、高分子薄膜，还有变压器油这类液态绝缘介质，都可以作为被测对象。在材料配方研究阶段，研究人员会制备多组不同配比试样，使用仪器获取各组样品电容率、介质损耗数据，对比配方改动带来的介电性能变化。在来料检验环节，对进厂原材料抽样测试，核对材料介电参数是否满足项目指标；在成品检验环节，对成型样品开展介电性能记录，积累产品性能档案。

测试固体试样时，除仪器本体之外，还需要配套测试电极组件。平行板三电极结构是固体样品常用电极形式，用来降低边缘效应对测量结果的干扰。测试液态绝缘介质，则需要搭配专用绝缘油杯电极，盛装液体样品完成测试。介电常数计算依赖试样厚度、电极有效面积输入，试样厚度测量偏差也会传导至 ε 计算结果，试样制样与尺寸测量环节需要做好管控。

3、科研与教学实验场景

高等院校、科研院所的电气、材料相关实验室，会开展电介质物理相关实验工作。BQS‑13 可用于教学实验演示，帮助实验人员理解交变电场下电介质极化、介质损耗的物理现象；也可用于课题实验，采集不同温度、不同电压条件下介电参数变化序列，形成实验数据集。仪器 RS232 接口支持数据导出，方便科研人员把测量数据导入计算机做后续图表绘制、数据统计工作。

4、第三方检验实验室

第三方检验实验室承接各类委托样品检测业务，需要按照现行标准开展测试，留存完整测试记录。仪器匹配多项绝缘测试标准，测量参数直接记录输出，数据可以存储导出，便于形成完整检测档案，用于样品检验工作。

5、电工产品生产企业内部检验

电工电器产品内部包含各类绝缘零部件，生产企业可以借助仪器对绝缘零部件、半成品开展介电性能记录，跟踪批次之间材料性能波动情况，为工艺调整提供参考信息。

仪器使用实操要点

前期准备工作

仪器摆放位置尽量保持环境干燥，减少粉尘堆积，避开腐蚀性气体。仪器周边尽量远离大功率电磁设备，虽然仪器具备变频抗干扰功能，但良好环境条件可以进一步降低外界干扰带来的影响。工作台面保持稳固，避免震动。高压测试需要做好接地处理，仪器接地端子可靠连接保护地线，接地质量会影响抗干扰效果与人身安全。

开展测试前确认被测样品状态。固体试样表面保持清洁干燥，去除表面灰尘油污；液态试样避免混入气泡。记录试样厚度，测试介电常数时需要把厚度数值输入仪器系统。选择对应电极组件，固体样品使用三电极，液体样品使用油杯电极。

测试模式选择

区分内施高压、外施高压两种模式。内施高压模式使用仪器机内高压源；外施高压模式搭配外部高压装置，仪器仅做信号采集。根据被测对象电容预估范围，对照仪器电容量范围参数，确认被测样品落在仪器量程区间。如果被测对象超出常规量程范围，考虑搭配量程扩展器使用。设置测试频率，优先选用 50Hz；当读数跳动明显，可切换 40‑70Hz 区间其他频率尝试改善信号状态。设置测试电压，电压数值参考对应标准或者技术文件给出的条件，不要超过试样允许承受电压。

测试操作过程

接线工作全部在断电状态完成，确认接线端子连接牢靠，高压引线做好绝缘隔离，避免引线触碰其他物体。接线完成之后再启动仪器，核对界面上频率、电压、高压模式参数无误。安放试样，保证试样和电极接触良好。确认现场人员远离高压回路之后，启动测量流程。仪器完成采集运算之后，屏幕输出 Cx、tgδ、ε 等数值。观察读数状态，如果读数波动幅度大，可以调整工作频率，检查接地、引线屏蔽、试样安装状态。

一组样品测试结束之后，需要执行高压泄压操作，等待高压完全释放，再接触试样和接线端子。可以选择本地存储或者通过 RS232 上传数据，保存本次测试记录。

后期维护与校准

仪器属于精密测量装置，需要定期开展性能校验，对照仪器技术指标核对 Cx、tgδ 测量偏差。清洁机身外壳与接口位置，避免灰尘堆积造成接触不良。测试线缆注意保护绝缘外皮，外皮破损之后及时更换线缆。仪器长期不使用的时候，断电存放于干燥环境，间隔一段时间通电运行一段时间，减少内部元器件受潮风险。

影响测试结果的各类因素

即便仪器本身指标正常，外部条件依旧会对读数带来变化，日常测试需要留意这些变量。 第一是环境温湿度。绝缘材料介电参数本身随温度发生改变，湿度升高会让材料表面吸潮，介质损耗数值上升。同一批样品对比测试，尽量维持环境温湿度条件接近。 第二是电磁干扰。周边大功率设备运行，空间电磁场耦合进测量引线，会造成读数漂移。改善方式包含完善接地屏蔽，使用变频模式，缩短高压引线长度。 第三是试样自身条件。试样厚度均匀性、表面洁净程度、内部气孔杂质都会改变测量结果。固体试样边缘效应，如果没有使用三电极，也会带来电容测量偏差。 第四是引线与回路杂散电容。测试引线存在固有电容，会叠加到测量回路当中，部分测试模式需要做屏蔽补偿，降低杂散电容带来的影响。 第五是测试电压。部分绝缘材料介电参数会随施加电压高低发生变化，对比试验要保持测试电压条件统一。

仪器选型参考思路

开展设备选型时，需要结合自身工作的主要测试对象，梳理测试条件。 如果主要工作是 50Hz 工频条件下绝缘材料、电力设备介电参数记录，需要同时读取 Cx、tgδ、ε，BQS‑13 的功能可以匹配这类需求。查看被测样品电容量大小，确认落在仪器量程区间；面对几千安培工况高压电器测试，需要配套量程扩展器。 如果工作场景以高频测试为主，则该仪器不完全适配高频段测量需求。如果样品电容长期超出仪器量程上限，要考虑配套扩展装置或者其他测量设备。

除仪器硬件之外，电极组件、油杯、屏蔽线缆、厚度测量工具属于配套条件，完整的配套部件，才能充分发挥仪器的测量能力。

总结

电桥电容率介电常数测试仪 BQS‑13 是一款自动高压介损电桥，基于变频电源、单片机数字化处理技术构建，改变传统手动电桥的操作模式。仪器可以直接输出 Cx、tgδ、ε 三项测量结果，设置 40‑70Hz 变频抗干扰，内置最高 10kV 高压输出，具备较宽的电容量测量区间，配备 RS232 数据接口，机身采用 8U 标准机箱。

仪器可以用于电力设备绝缘状态记录、各类绝缘材料介电性能测试、科研实验、委托检验等场景，测试条件可以契合 GB5654、GB1409、GBT1693 相关标准要求。仪器提供完整的技术指标，为样品测试、实验对比提供数据输出。同时需要注意，仪器读数除硬件本身之外，试样制备、环境温湿度、接地屏蔽、接线布置等外部条件同样左右测量记录质量，实际工作当中需要综合把控全部测试环节，以此获取稳定有效的测试记录。