QS30工頻介電常數(shù)介質(zhì)損耗測試儀(高精密高壓電容電橋)

1.QS30高精密電橋 工頻介電常數(shù)測定儀? 概 述

1.1 簡介

本說明書是QS30型高精密高壓電容電橋的安裝和使用說明書。（包括QS30-3型量程擴(kuò)展器及SP-A型打印機(jī)）。

QS30型高精密高壓電容電橋有如下特點(diǎn)。主電橋主要采用電流比較儀的原理并結(jié)合計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理，具有操作方便可靠、測量精度高、讀數(shù)位數(shù)多、線性度好，不受環(huán)境濕度影響，儀器內(nèi)部的計(jì)算機(jī)能自動(dòng)對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，直接在面板上顯示電容值及介損值tgδ和測試電壓及流經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)電容的電流（Is），并可通過打印機(jī)將測試結(jié)果打印出來或通過RS232接口將測試結(jié)果傳給電腦等優(yōu)點(diǎn)，它不僅能測電容器的電容量、介損量，還能測量電抗器的電感量和Q值是目前國內(nèi)精度較高、穩(wěn)定性好、操作方便、用途廣泛的高壓電橋。

1.2QS30高精密電橋 工頻介電常數(shù)測定儀? 性能

QS30型高壓電橋?yàn)閷?shí)驗(yàn)室用高精密高壓電橋。主要采用電流比較儀的原理，使它在測量上具有較高的比率精度和穩(wěn)定性，這是一般西林電橋不能達(dá)到的。再加上計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理，使測量更加直觀。本電橋可與各類高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器配合組成高壓電容電橋，適宜于在高電壓下測量電力電纜、高壓套管、電力電容器、互感器等高壓電力設(shè)備的電容量及損耗角正切值tgδ，以及各種固體或液體絕緣材料的介電常數(shù)（ε）及損失角正切值，也可測量高壓變壓器或電壓互感器的比差和角差。電橋可外接電流互感器以擴(kuò)大量程，測量大電容時(shí)本電橋?yàn)樗亩藴y量具有引線補(bǔ)償裝置，使測量精度提高，消除接線電阻引起的附加誤差。本電橋還可測量電抗器的電感量及Q值。QS30-3型量程擴(kuò)展器（供選購）能使主橋體的電容比從1000：1擴(kuò)大到10⁶：1。

1.3 結(jié)構(gòu)

本電橋放在一個(gè)金屬箱體內(nèi)，指零儀安放在適宜人眼觀察的水平位置。靈敏度調(diào)節(jié)開關(guān)在表頭的旁邊，橋體安放在指零儀下面，電容比值和介質(zhì)損耗角正切值讀數(shù)調(diào)節(jié)開關(guān)固定在面板上。在主橋體與指零儀的之間，是被測試品的電容量量、介損量、測試電壓或測試電流的顯示窗，在其旁邊是電容量的預(yù)置盤。電橋本體的環(huán)形電流比較儀裝在一個(gè)磁屏蔽盒內(nèi)，它的鐵芯采用超高導(dǎo)磁材料卷饒成環(huán)形，對內(nèi)外磁場有較好的抗干擾性能，具有很高精度的比差和角差。主運(yùn)算放大器、引線補(bǔ)償放大器及微機(jī)處理器都在箱體內(nèi)部一個(gè)金屬屏蔽盒內(nèi)，電橋工作電源采用了開關(guān)電源，具有很寬的工作范圍，也安裝在金屬屏蔽盒內(nèi)。

連接標(biāo)準(zhǔn)電容器與被測試品的插座在儀器背部，接地端鈕前后共有兩處，外接線采用屏蔽電纜，電橋裝置箱體作為靜電屏蔽以免干擾。

1.4 主要技術(shù)指標(biāo)

l 電橋電容比Cx/Cs（當(dāng)額定比率為1：1時(shí)）為0到1.111110，步級(jí)0.000001，倍率（K）變化范圍為1000、500、200、100、50、20、10、5、2、1共十檔，電容的測量范圍取決于標(biāo)準(zhǔn)電容器Cs的大小電容值，即Cx=Cs·K·（Cx/Cs）

l 電容比率值的測量準(zhǔn)確度：電容比率讀數(shù)D一只盤為滿度時(shí)應(yīng)不大于

當(dāng) tgδ< 3×10^-3 為±0.00005

tgδ≥3×10^-3 為±0.00005±0.005×tgδx

l 電橋tgδ范圍為-0.111110到+0.111110，步級(jí)為0.000001。

l tgδx測量準(zhǔn)確度不大于±0.5% tgδx±5×10^-5

l 被測電容量顯示：Cx=（0.1~1111.1110）Cn

顯示為被測電容量的前6位有效數(shù)字。

l 被測電容介損顯示：tgδ= -1.11×10^-1到1.11×10^-1 顯示為被測電容介損的前3位有效數(shù)字并結(jié)合科學(xué)記數(shù)法。

l 電容量及介損顯示精度：電容量：±0.5% Cx±0.00005。介損：±0.5% tgδx±5×10^-5

l 電橋Z大工作電流：電橋標(biāo)準(zhǔn)臂Z大允許電流為15mA。通過被測臂Z大電流與倍率位置有關(guān)，見表1。 表1

注意：被測Z大不超過2A，如測試需要?jiǎng)t需外接電流互感器。

l 分辨率：當(dāng)通過標(biāo)準(zhǔn)電容器的電流為0.1mA時(shí)，且電容比率讀數(shù)D一只盤為滿度時(shí)，在電橋*平衡時(shí)，其電容比及介損盤的分辨率均為5×10^-5。

l 標(biāo)準(zhǔn)電容量預(yù)置范圍：0000.00到1999.99pF。

l 電橋內(nèi)有過電壓保護(hù)措施，氖泡起輝電壓不超過交流30伏。

l 試驗(yàn)電壓顯示：范圍0到49.9kV 分辨率為0.1Kv。

l 電橋內(nèi)附指零儀，其主要技術(shù)特性如下：

1.電壓零敏度 2μV/格。

2.輸入阻抗80kΩ。

3.三次諧波抑制 -60dB。

注：以上的所有技術(shù)指標(biāo)都是在基本測試頻率50±0.2Hz下的。

l 電源電壓為220V允差10%，頻率為50±2Hz消耗功率約40W。電壓頻率為50±0.2Hz。

l RS232接口：按一個(gè)鍵就可將測試數(shù)據(jù)傳輸給電腦，便于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與存儲(chǔ)。

l 外形尺寸：560（寬）*410（深）*390（高）毫米。

l 重量：約35公斤。

l QS30-3型量程擴(kuò)展器（外接， 供選購）主要技術(shù)指標(biāo)。

l a.次級(jí)1000匝、初級(jí)100匝、輔助1000匝，具有供串繞線匝的穿孔。

l b.比值和Z大電流的額定值

10，000：1 10安 量程擴(kuò)大器上可以使用。

100，000：1 100安 串繞10箍。

1000，000：1 1000安 串繞1箍。（用串繞箍數(shù)，可得中間比值。）

c.精度：（當(dāng)電橋量范在1000：1時(shí)）±1×10^-5。

l SP-A打印機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)：

1.打印寬度：40字符/行。

2.打印速度：0.4行/秒。

3.打印紙：57.5mm寬，40mm直徑的普通白紙紙圈。

4.外形尺寸：111×62×128（mm）。

2. 安 裝

2.1 驗(yàn)收檢查

在出廠前，儀器進(jìn)了*的機(jī)械和電氣檢查，其中包括一段時(shí)間的老化，Z后經(jīng)過嚴(yán)格的檢驗(yàn)，合格后才出廠的。所以在收到儀器時(shí)，儀器不應(yīng)該有損傷和故障。然而，由于運(yùn)輸過程中可能會(huì)發(fā)生問題，故用戶在收到儀器后應(yīng)首先檢查是否有結(jié)構(gòu)上的損傷，并盡快的進(jìn)行電氣試驗(yàn)。如發(fā)現(xiàn)問題，用戶應(yīng)馬上與本公司，切勿自行開機(jī)處理。

2.2 安裝

將電橋安放在牢固的操作臺(tái)上，首先將電橋的接地端與大地可靠的連接好，然后把儀器的電源線插到適合的電源上。

2.3 初步試驗(yàn)

l 將標(biāo)準(zhǔn)電容器預(yù)置盤調(diào)整到目前所使用的標(biāo)準(zhǔn)電容量的數(shù)值。

l 將電源開關(guān)打開，指零儀的指針會(huì)向上擺動(dòng)一下，然后再回到另位。同時(shí)顯示窗口會(huì)有顯示、打印機(jī)會(huì)發(fā)出馬達(dá)的聲音，然后打印機(jī)的在線指示燈會(huì)亮。

l 調(diào)節(jié)電容比率盤到0.555555，介損盤到0.005555，此時(shí)電容顯示窗應(yīng)顯示標(biāo)準(zhǔn)電容量預(yù)盤的數(shù)值與電容比率盤的乘積的前6位有效數(shù)字；介損顯示窗應(yīng)顯示：“5.55-3”。

l 觀察實(shí)驗(yàn)電壓顯示窗：應(yīng)為“000.0”，按下DC按鈕，應(yīng)顯示“00.00”。

3. 操 作

3.1 外形結(jié)構(gòu)介紹(見圖1)

1.電源插座：220V/50Hz

2.保險(xiǎn)絲：2A

3.接地端鈕（背面上2只）：使用時(shí)要確保可靠的大地連接，保證操作安全。

4.Cs插孔：接標(biāo)準(zhǔn)電容器。

5.Cxp插孔：被測Cx電位插孔，四端測量大電容時(shí)為被測電位端。

6.CxI插孔：被測Cx電流插孔，三端測量時(shí)為被測端，四端測量時(shí)為被測電流端。

7.Cx放電管：起輝電壓不大于交流30伏。

8.試驗(yàn)電壓顯示微調(diào)電位器：在試驗(yàn)時(shí)如發(fā)現(xiàn)顯示的試驗(yàn)電壓與實(shí)際電壓誤差過大，可通過調(diào)節(jié)此電位器，來調(diào)整所顯示的電壓值，倘若有一些誤差不會(huì)影響測量精度，一般情況在出廠時(shí)已調(diào)整，故操作人員可不用調(diào)整。

9.DC電平：此按鈕是選擇在試驗(yàn)電壓顯示窗是顯示試驗(yàn)電壓還是流經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)電容器的電流Ics。

10.Cx微調(diào)按鈕。

11.Cx微調(diào)電位器：當(dāng)四端測量需消除引線影響時(shí)，按下“Cx微調(diào)按鈕”，

調(diào)節(jié)電位器，使指零儀指示盡可能小，具體使用可見后章。

12.標(biāo)準(zhǔn)電容器選擇開關(guān)：共有兩檔，100pF和1000pF，當(dāng)四端測量時(shí)，并需要引線補(bǔ)

償時(shí)，選用100pF作標(biāo)準(zhǔn)時(shí)置于“100pF”，若選用1000pF作標(biāo)準(zhǔn)時(shí)置于“1000pF”。

13.測量形式選擇開關(guān)：當(dāng)三端測量時(shí)置于“3”，當(dāng)四端測量時(shí)置于“4”。

圖1

14.指零儀表頭：平衡時(shí)表針指零，使用時(shí)不要使表頭指針超滿偏，以免損壞。在測量接線完畢后，緩慢升起電壓，如接線的屏蔽、接地良好，那么指零儀的靈敏的開關(guān)在零位時(shí)，指針指示也應(yīng)該為零。通過此可檢查屏蔽和接地是否良好，如發(fā)現(xiàn)指針與試驗(yàn)電壓一起在升高，必須馬上切斷高壓，檢查測量回路接線，倍率開關(guān)位置是否合適。

15.試驗(yàn)電壓顯示窗：能在高壓試驗(yàn)時(shí)顯示試驗(yàn)電壓，單位為kV。在DC電平按下時(shí)，還可顯示流經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)電容器的電流單位為mA，本電橋通過標(biāo)準(zhǔn)電容器的電流Z大為15mA。

16.靈敏度轉(zhuǎn)換開關(guān)：共有7檔，調(diào)節(jié)平衡時(shí)逐漸增大靈敏度，直到所需要的讀數(shù)分辨率為止。

17.標(biāo)準(zhǔn)電容量預(yù)置盤：電橋內(nèi)部的計(jì)算機(jī)將通過這里給定的標(biāo)準(zhǔn)電容量的值，對所測試的結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后在顯示窗上顯示出被測試品的電容量及介質(zhì)損耗值。

18.損耗角正切tgδ平衡調(diào)節(jié)電位器。

19.損耗角正切tgδ平衡調(diào)節(jié)盤。

20.電容比率調(diào)節(jié)平衡盤（Cx/Cs）：共6位讀數(shù)，平衡后直讀電容比率值。

21.電源按鈕開關(guān)：按下接通電源，紅燈亮。

22.介質(zhì)損耗角正切值tgδ“+”“-”選擇開關(guān)：當(dāng)被測tgδ大于標(biāo)準(zhǔn)tgδ時(shí)置于“+”；當(dāng)被測tgδ小于標(biāo)準(zhǔn)tgδ時(shí)或測電抗器時(shí)置于“-”。

23.Cx倍率轉(zhuǎn)換開關(guān)（K）：共有十檔量程。

24.打印機(jī)：可打印出測試結(jié)果，具體操作詳見附錄。

25.被測試品介質(zhì)損耗顯示窗。

26.被測試品電容量顯示窗。

注意：

在試驗(yàn)前，電橋必須可靠與大地連接，靈敏度開關(guān)必須回零位，否則在試驗(yàn)時(shí)電

橋會(huì)發(fā)生過大的不平衡，造成指零儀的指針過分偏轉(zhuǎn)而損壞。一般可在外回路沒有施加任何電壓的條件下，進(jìn)行初次平衡。因?yàn)楸緝x器的高靈敏度能使系統(tǒng)在周圍始終存在的電磁場下得到利用。

流經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)電容器及被測電容器的電流必須符合技術(shù)指標(biāo)的要求。以防止電流比較儀的線路損壞。

3.2 電容測試

3.2.1準(zhǔn)備工作：預(yù)置

先將此盤示值調(diào)節(jié)到所使用的標(biāo)準(zhǔn)電容器實(shí)際電容量值。然后將接地端鈕與大地可靠連接，電源線接到合適的電源上，指零儀的靈敏度開關(guān)置零。Z后按下按鈕接通電源，紅燈亮。

3.2.2電容與損耗角正切值tgδ的三端測量

（1) 在標(biāo)準(zhǔn)電容側(cè)的Z大電流不得超過15mA（特殊訂貨可達(dá)30mA），在試驗(yàn)時(shí) 應(yīng)引起注意。為了獲得Z大的分辨率，Ics不應(yīng)小于1mA。

（2) 用測量電纜線將標(biāo)準(zhǔn)電容接到電橋背面Cs插座，被測試品接到CxI插座見圖9。

（3) 將倍率開關(guān)置于相應(yīng)的位置上，再將Cx測量型式開關(guān)（圖1序13）置于“3”（三端測量）。

（4) 接線完閉后，緩慢升起電壓，如接線的屏蔽、接地良好，那么指零儀的靈敏度開關(guān)在零位時(shí)，指針指示也應(yīng)該為零。通過此可檢查屏蔽和接地是否良好，如發(fā)現(xiàn)指針與試驗(yàn)電壓在一起升高，必須馬上切斷高壓，檢查測量回路接線、倍率開關(guān)位置是否合適。

（5) 在未加試驗(yàn)電壓之前，逐漸增加靈敏度，利用電橋的高靈敏度而進(jìn)行初步平衡，尋找出一接近平衡的數(shù)值，以避免施加試驗(yàn)電壓后由于極大不平衡而造成的困難。當(dāng)Ins指示1mA時(shí)即當(dāng)Cs=100pF試驗(yàn)電壓為30kV時(shí)，本電橋分辨率無論是電容比值或tgδ均能達(dá)到1×10^-6，倍率選擇可按表2所示預(yù)置。 若標(biāo)準(zhǔn)電容為1000pF則被測相應(yīng)增大10倍。

例1 如果Cx=400pF Cs=100pF 倍率“K”置于“5”；

則測量盤Cx/Cs讀數(shù)為0.800000

例2 如果Cx=30pF Cs=100pF 倍率“K”置于“1”

則測量盤Cx/Cs讀數(shù)為0.300000

如果被測電容器的值不知道，開始時(shí)好將測量計(jì)數(shù)盤置于0.500000的位置，然后改變倍率K，使指零儀指向較小的偏轉(zhuǎn)，增大靈敏進(jìn)一步調(diào)節(jié)讀數(shù)

盤使電橋逐步平衡，然后計(jì)得被測值，若要獲六位讀數(shù)按此被測容量值，選擇適當(dāng)?shù)谋堵?/span>K。 表2

（6) 施加試驗(yàn)電壓逐漸增大靈敏度，反復(fù)調(diào)節(jié)Cx/Cs讀數(shù)盤及tgδ讀數(shù)盤直到指零儀表頭指針置于零點(diǎn)。此時(shí)電橋達(dá)*平衡，只需滿足使用者所需要的讀數(shù)能分辨即可，不一定要將靈敏度置于Z大“7”檔。此時(shí)電容量及介損顯示窗將顯示被測的電容量及介損值。也可以用打印機(jī)將有關(guān)數(shù)據(jù)打印出來。打印格式如下：

打印單說明：U-TEXT：打印時(shí)的測試電壓

Ics：流經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)電容器的電流

Cn：面板上“Cn”所置的標(biāo)準(zhǔn)電容量值

Cx：被測試品的電容量。（與Cn所置的量有關(guān)）

tgδ：被測試品的介損值。

還可根據(jù)電橋的測量盤示值來計(jì)算。

被測電容值按下式計(jì)算：

Cx=K (Cx/Cs) Cs …………………………………………………（1）

其中：K——倍率開關(guān)指示值

Cx/Cs——電橋讀數(shù)

Cs——標(biāo)準(zhǔn)電容實(shí)際值

電橋tgδ盤讀數(shù)即為被測試品的tgδ值，但更精確的數(shù)值應(yīng)按下式計(jì)算：

tgδx=A tgδ（讀）+ tgδs ……………………………………(2)

式中：tgδ（讀）—— 電橋讀數(shù)值

tgδs ————標(biāo)準(zhǔn)電容的自身介損值

A ————— f'/f（f'：為實(shí)際頻率、f：50Hz）

3.2.3電容及損耗角正切值tgδ的四端測量

測量大電容時(shí)，電容器的阻抗很小，因此接線阻抗不能忽略。標(biāo)準(zhǔn)電容器的接線阻抗低于標(biāo)準(zhǔn)電容器阻抗的1×10^-7，電流比較儀繞組的內(nèi)部阻抗則為標(biāo)準(zhǔn)電容器阻抗的百萬分之幾。為了能在測量大容量時(shí)，保證測量精度，引線阻抗必須補(bǔ)償。其接法如圖2所示。

補(bǔ)償引線調(diào)零步驟如下：

（1) 標(biāo)準(zhǔn)電容Cs的低壓測量端用導(dǎo)線接到電橋Cs插座。

標(biāo)準(zhǔn)電容Cs高壓端用另一導(dǎo)線（此導(dǎo)線將作為Cx電位端的引線）接到接到Cxp插座。

（2) 按下電橋電源按鈕，電橋Cx/Cs數(shù)盤置于“10”，倍率開關(guān)置于相應(yīng)的位置。 電橋被測Cx測量形式開關(guān)置于“4”，標(biāo)準(zhǔn)電容Cs選擇開關(guān)置于與所選用標(biāo)準(zhǔn)電容量相一致的位置（例當(dāng)使用1000pF作標(biāo)準(zhǔn)電容時(shí)，此開關(guān)置于“1000pF”）。指零儀靈敏度置于“4”，然后按下Cx微調(diào)按鈕，并用螺絲批調(diào)節(jié)下面小孔內(nèi)的微調(diào)，使指零儀指針指于零（或Z小），此時(shí)調(diào)零補(bǔ)償引線結(jié)束。