ZJD-A高頻介電常數介質損耗測定儀

一、概述

ZJD-A型高頻介電常數介質損耗測定儀是我公司新一代通用、多用途、多量程的阻抗測試儀器。它以單片計算機作為儀器的控制、測量核心，真正實現了介質損耗及介電常數測試儀的數字化，電容、電感、Q值、信號源頻率都在一個液晶屏上展示出來。在你操作時，再也不用去注意量程和換算單位。在任何頻率下，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。采用DDS數字直接合成方式的內部信號源，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。另外還采用了標準頻率測試點自動設定，諧振點自動搜索，Q值量程手動或自動轉換，自動穩幅等新技術，改進了調諧回路，使得調諧測試回路的殘余電感減至低，使得新表在使用時更為方便，測量值更為精確。

ZJD-A型介電常數介質損耗測定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。

二、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：14.5nH~8.14H

3．電容測量：1~ 460

注：大于直接測量范圍的電容測量見使用規則

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．介質損耗及介電常數測試儀正常工作條件

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：（l×b×h）mm：380×132×280。

三、工作原理

1．介質損耗及介電常數測試儀整機工作原理（見圖二）

圖  二

ZJD-A型介質損耗及介電常數測試儀的工作原理框圖如圖二所示。它以ATM128單片計算機作為控制核心，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CT兩端的信號幅度將是分壓器提供的信號幅度Q倍。在CT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，

調諧電容傳感器，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。   

為了頻率調諧方便，CPU將信號源頻率范圍虛擬分為4個頻段。工作頻率值、頻段、主調電容器、諧振電感值、Q值、Q值比較設置狀態、Q值量程、手/自動狀態、Q值的量程、Q值調諧指示帶、，都由CPU送到液晶顯示屏，同時顯示出來，液晶顯示屏如圖三所示

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。

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（COMP OK 或 COMP NO）

第四行：左邊  Q值量程，手動/自動（man/auto）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-A型介質損耗及介電常數測試儀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。見圖四面板示意圖。面板左半部是頻率和Q值顯示，操作按鍵和頻率調諧旋紐所在部位。面板右半部是調諧回路的調諧電容器所在部位。

儀器的頻段控制，標頻設定，諧振點搜索，Q值合格點設置都以輕觸按鍵實現控制，頻率調諧由數碼開關完成，面板上無一可調電位器，*地簡化了操作，又提高了可靠性。

A．前面板各功能鍵說明：

 圖 四  前面板和外形示意圖

1．液晶顯示屏。

2．工作頻段選擇按鍵，每按一次，切換至低一個頻段工作。

工作頻段選擇按鍵，每按一次，切換至高一個頻段工作。

3．工作頻段內，標準測試頻率設置按鍵，各段內標準測試頻率見面板功能部分。

4．器件諧振點搜索按鍵，顯示屏第四行左部出現SWEEP時表示儀器正工作在自動搜索。如需退出搜索，再按此鍵。

5．頻率調諧數碼開關。

6．Q值合格比較值設定按鍵。

7．對應各工作頻段的頻率范圍和標準測試頻率表。

8．調諧回路的電容調諧旋鈕。

9．電源開關

10．Q值量程自動/手動控制方式選擇按鍵。

11.  Q值量程手動方式時，低一檔量程選擇按鍵。

Q值量程手動方式時，高一檔量程選擇按鍵。

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

介質損耗及介電常數測試儀是多用途的阻抗測量儀器，為了提高測量精度，除了使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，將調諧電容從小到大緩慢地調一次，CPU將自動對顯示的電容進行溫度補償，然后再進行測試。

c．調節主調電容的電容量時，特別注意當刻度調到大或小值時，不要用力繼續再調．

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，必要時可用低耗損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．將按測線圈接在“Lx”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(Qe)，若需得到被測電感的真實Q值(Qt)，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(Qe)和真實Q值(QT)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-c”進行，記下諧振時電容讀數C1和Q1；

b．轉動主調電容，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。

要想得到精確結果，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-c”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QT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(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“Lx”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(LT)，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，這時顯示屏L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”(QBG-3D L0=26nH)。

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“Lx”接線柱上，調調諧電容器到大電容數值，調信號源頻率到諧振，當諧振時頻率和指示調諧電容分別是f1和C1。然后將信號源頻率調到 f2(f2=nf1)，調電容器到諧振點，此時電容讀數為C2，根據下式即可求出分布電容量。

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“Lx”接線柱上；

b．調諧電容器調到大電容值C1； 

c．調信號源頻率，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．信號源調到10 f1位置，調節調諧電容器到諧振點；

f．將被測線圈接在“Cx”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”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“Lx”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．調信號源的頻率，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“Cx”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Cx = 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“Cx”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“Cx”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Cx可由下式得到：

               Cx = C3 + C1－C2

6．Q合格預置功能使用

Q合格預置功能特別適用于工廠需大批量測試某同規格元件的Q值時，當該元件Q值超過某一給定值即為合格，這時液晶顯示屏顯示“OK”，儀器同時嗚叫提醒，這樣可減輕工人視力疲勞，同時大大加快了測試速度。

Q合格預置的步驟：

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測試回路，使Q值讀數指示在所需預置Q值位置上；

c．按一下Q值合格比較按鍵，使顯示屏第三行右邊顯示“COMP OK或NO”，同時儀器發出嗚叫聲，此時該功能設置就結束了；

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值大于設定的Q值，Q合格指示“OK”，同時儀器發出嗚叫。如需取消已設置的合格值，只要再按一下設置鍵即可。