工頻電橋介電常數(shù)測試儀概述：西林電橋,主要用于測量高壓工業(yè)絕緣材料的介質(zhì)損失角的正切值及電容量。其采用了西林電橋的經(jīng)典線路。主要可以測量電容器，互感器，變壓器，各種電工油及各種固體絕緣材料在工頻高壓下的介質(zhì)損耗( tgd)和電容量( Cx)以，其測量線路采用“正接法"即測量對地絕緣的試品。電橋由橋體、指另儀、電位跟蹤器組成，本電橋特別適應(yīng)測量各類絕緣油和絕緣材料的介損（tgd）及介電常數(shù)（ε）。

工頻電橋介電常數(shù)測試儀技術(shù)指標(biāo)：2.1  測量范圍及誤差
本電橋的環(huán)境溫度為20±5℃，相對濕度為30％－80％條件下，應(yīng)滿足下列表中的技術(shù)指示要求。在Cn＝100pF    R4＝3183.2（W）（即10K/π）時

測量項(xiàng)目            測量范圍                測量誤差

電容量Cx           40pF--20000pF         ±0.5%  Cx±2pF

介損損耗tgδ        0-1                 ±1.5%  tgδx±0.0001

在Cn＝100pF      R4＝318.3（W）（即1K/π）時

測量項(xiàng)目         測量范圍        測量誤差    

電容量Cx         4pF—2000pF      ±0.5%  Cx±3pF

介損損耗tgδ       0-0.1           ±1.5%  tgδx±0.0001

2.2 電容量及介損顯示精度：

電容量： ±0.5%  

介  損： ±1.5％tgdx±1×10^-4

標(biāo)準(zhǔn)電容器（SF₆）

概述：在每個高壓實(shí)驗(yàn)室和試驗(yàn)中，壓縮氣體標(biāo)準(zhǔn)電容器是一種必要的儀器。在這些場合中，它有許多重要的作用。在電橋電路中壓縮氣體電容器被用來測量電容器、電纜、套管、絕緣子、變壓器繞組及絕緣材料的電容和介質(zhì)損耗角正切值（tgδ）。而且，還可以用作高壓測量電容分壓裝置的高壓電容。在某些條件下，還可以在局部放電測量中作高壓耦合電容器

特點(diǎn)：電容極穩(wěn)定 、氣壓和溫度的變化對電容的影響可以忽略、介質(zhì)損耗極小

結(jié)構(gòu)簡介：

外殼由絕緣套筒及鋼板制成的底和蓋組成，底和蓋用螺栓及環(huán)緊固在絕緣套筒的兩端。在電容器的上下兩端有防暈罩。

電容器外殼內(nèi)裝有同軸高度拋光的圓柱形高低壓電極

電容器設(shè)有壓力表及氣閥，供觀察內(nèi)部壓力及充放氣使用

技術(shù)參數(shù)：

電容器安裝運(yùn)行海拔不超過1000米，使用周圍空氣溫度-10℃~40℃，相對濕度不超過70%

電容器的工作頻率為100Hz/50HZ

電容器實(shí)測值誤差不大于±0.05%，與標(biāo)稱值誤差不大于±3%

電容器溫度系數(shù) ≤ 3×10^-5 /℃

電容器壓力系數(shù) ≤ 3×10^-3Mpa

電容器的損耗角正切值不大于1×10^-5 、2×10^-5 、5×10^-5 三檔

電容器內(nèi)充SF₆氣體。在20℃時，壓力為0.4±0.1Mpa

固體電極簡介：

本電極適用于固體電工絕緣材料如絕緣漆、樹脂和膠、浸漬纖制品、層壓制品、云母及其制品、料、電纜料、薄膜復(fù)合制品、陶瓷和 玻璃等的相對介電系數(shù)（ε）與介質(zhì)損耗角正切值（tgδ）的測試本電極主要用于頻率在工頻50Hz下測量試品的相對介電系數(shù)（ε）和介質(zhì)損耗角正切值（tgδ

本電極的設(shè)計主要是參照國標(biāo)GB1409。本電極采用的是三電極式結(jié)構(gòu)，能有效的消除表面漏電流的影響，使測量電極下的電場趨于均勻電場

主要技術(shù)指標(biāo)

環(huán)境溫度：20±5℃
相對濕度：65±5%
高低壓電極之間距離：0~5mm可調(diào)
百分表示值誤差：0.01mm(一粒1.5V氧化銀電池供電)
測量極直徑：70±0.1mm
空極tgδ：≤5×10^-5
空極電容量：40±1pF
Z高測試電壓：2000V
實(shí)驗(yàn)頻率：50/100Hz
體積：Ф210mm H180mm

重量：6kg

高壓電源：

熱釋電材料都具有壓電性，有些還具有鐵電性，其介電常數(shù)與測試頻率有關(guān)，同時還與溫度、壓力、濕度、測試電壓強(qiáng)度以及樣品的老化過程等有關(guān)。

因此在測量低頻介電常數(shù)時，對上述有關(guān)條件應(yīng)做出明確規(guī)定。測試條件測試的大氣條件條件如下：——溫度：15℃~35℃；——相對濕度：25%~75%；——大氣壓力：86kPa~106kPa。

仲裁測試的大氣條件如下：——溫度：25℃±2℃；——相對濕度：25%~75%；——大氣壓力：86kPa~106kPa。

一、簡介

高壓電源采用*數(shù)字電路技術(shù)，測試電壓、漏電流均為數(shù)字顯示，可以直觀、準(zhǔn)確、快速、

安全的輸出高壓。

二、技術(shù)規(guī)格

1.輸出電壓(交流）0～10kV（±3%±3個字.a型為0～5KV）
2.漏電流(交流）MAX  20mA（±3%±3個字,可調(diào)）
3.變壓器容量：1000VA
4.輸出波形：100Hz正弦波
5.工作電壓：AC220V±10%
6.使用環(huán)境：
環(huán)境溫度：0～40℃
相對濕度：（20～90）%消
7.耗功率：大75VA
8.外形尺寸：320mm（寬）×170mm（高）×245mm（深）
9.重量：10Kg

西林電橋
A.1.1 概述
西林 電橋 是測量電容率和介質(zhì)損耗因數(shù)的經(jīng)典的裝置。它可使用從低于工頻(50H z-60H z)
直至100 kHz的頻率范圍，通常測定50 pF-1 000 pF的電容(試樣或被試設(shè)備通常所具有的電容)
這是 一 個 四臂回路(圖A.1) 。其中兩個臂主要是電容(未知電容Cx和一個無損耗電容C,)。另外
兩臂(通常稱之為測量臂)由無感電阻R，和R:組成，電阻R,在未知電容Cx的對邊上，測量臂至少被
一個電容C,分流一般地說，電容C:和兩個電阻R,和R:中的一個是可調(diào)的
如果 采 用 電阻R、和(純)電容 C 的串聯(lián)等值回路來表示電容 Cx，則圖A.1 所示的電橋平衡時
導(dǎo)出:
。。R
L兌= 七N . 二了~
x ,
·······。。。······。·············? ? (A.1)
和
如果電阻R,
tan入=.CsR,=.C,R, ························??(A. 2)
被一個電容磯分流，則tans的公式變?yōu)?/span>:
tan 入 = - C ,R 一 。C ZR 2 ··· ··· ··· ··· ··· ··· ··· ··· ··· ? ? (A . 3 )
由于 頻 率 范圍的不同，實(shí)際上電橋構(gòu)造會有明顯的不同。例如一個50p F-10 00p F的電容在
50 Hz時的阻抗為60 Md2-3 Md2，在100 kHz時的阻抗為3 000 Q-1 500 S1
頻率 為 100k Hz時，橋的四個臂容易有相同數(shù)量級的阻抗，而在50H z-60H z的頻率范圍內(nèi)則是
不可能的。因此，出現(xiàn)了低頻和(相對)高頻兩種不同形式的電橋。
A. 1. 2 低頻電橋
一般 為 高 壓電橋，這不僅是由于靈敏度的緣故，也因?yàn)樵诘皖l下正是高電壓技術(shù)特別對電介質(zhì)損耗
關(guān)注的問題。電容臂和測量臂兩者的阻抗大小在數(shù)量級上相差很多，結(jié)果，絕大部分電壓都施加在電容Cx和C}上，使電壓分配不平衡上面給出的電橋平衡條件只是當(dāng)?shù)蛪涸Ω邏涸帘螘r才成
立。同時，屏蔽必須接地，以保證平衡穩(wěn)定。如圖A. 2所示。屏蔽與使用被保護(hù)的電容C、和C、是一
致的，這個保護(hù)對于Ch來說是*的。
由于 選 擇 不同的接地方法，實(shí)際上形成了兩類電橋。
A.1.2.1 帶屏蔽的簡單西林電橋
橋 的 B 點(diǎn)(在測量臂邊的電源接線端子)與屏蔽相連并接地。
屏 蔽 能很 好地起到防護(hù)高壓邊影響的作用，但是增加了屏蔽與接到測量臂接線端 M和N的各根
導(dǎo)線之間電容.此電容承受跨接測量臂兩端的電壓這樣會引人一個通常使tans的測量精度限于
0.1%數(shù)量級的誤差，當(dāng)電容cx和Cw不平衡時尤為顯著。
A.1. 2. 2 帶瓦格納(Wagner)接地電路的西林電橋
圖 A. 2 示出了使電橋測量臂接線端與屏蔽電位相等的方法。這種方法是通過使用外接輔助橋臂
Z, .Z.(瓦格納接地電路)，并使這兩個輔助橋臂的中間點(diǎn)P接到屏蔽并接地。調(diào)節(jié)輔助橋臂(實(shí)際為
Zu)以使在Z,和Z?上的電壓分別與電橋的電容臂和測量臂兩端的電壓相等顯然，這個解決方法包
括兩個橋即主橋AMNB和輔橋AMPB(或ANPB)同時平衡。通過檢測器從一個橋轉(zhuǎn)換到另一個橋逐
次地逼近平衡而終達(dá)到二者平衡用這種方法精度可以提高一個數(shù)量級，這時，實(shí)際上該精度只決定
于電橋元件的精密度。

必 須 指 出，只有當(dāng)電源的兩端可以對地絕緣時才使用上述特殊的解決方法。如果不可能對地絕緣，
則必須使用更復(fù)雜的裝置(雙屏蔽電橋)
A.1.3 高頻西林電橋
這種 電 橋 通常在中等的電壓下工作，是比較靈活方便的一種電橋;通常電容CN是可變的(在高壓
電橋中電容C、通常是固定的)，比較容易采用替代法。
由于 不 期 望電容的影響隨頻率的增加而增加，因此仍可有效使用屏蔽和瓦格納接地線路
A.1 .4 關(guān)于檢測器的說明
當(dāng)西 林 電橋的 B點(diǎn)接地時，必須避免檢測器的不對稱輸人(這在電子設(shè)備中是常有的)。
然 而這 樣 的檢測器只要接地輸人端總是連接于P點(diǎn)，就能與裝有瓦格納接地線路的電橋一起
使用
A.2 變壓器電橋(電感比例臂電橋)
A. 2. 1 概述
這 種 電 橋的原理比西林電橋簡單。其結(jié)構(gòu)原理見圖A.3 .
當(dāng) 電橋 平 衡時，復(fù)電抗Z、和ZM之間的比值等于電壓矢量U 和U:間的比值。如果電壓矢量的比
值是已知的，便可從已知的Zx,推導(dǎo)出Zx。在理想電橋中比例U,/U :是一個系數(shù) K，這樣 ZK- K ZH
實(shí)際上ZM的幅角直接給出ax
變壓 器 電 橋比西林電橋有很大的優(yōu)點(diǎn)，它允許將屏蔽和保護(hù)電極直接接地且不需要附加的輔助
橋臂。
這 種 電橋 可在從工頻到數(shù)十MHz的頻率范圍內(nèi)使用。比西林電橋使用的頻率范圍寬。由于頻率
范圍的不同，橋的具體結(jié)構(gòu)也不相同
A.2.2 低頻電橋
通 常是 一 個高壓電橋(更精密，電壓U，是高壓，U:是中壓)，這種電橋的技術(shù)與變壓器的技術(shù)有關(guān)。
可 采 用 兩類電源:
l 電源 電壓直接加到一個繞組上，另一個繞組則起變壓器次級繞組的作用。
2) 將 電源加到初級繞組上(見圖A.3) ，而電橋的兩個繞組是由兩個分開的次級線路組成或是由
一個 帶 有 中 間 抽 頭 能使獲得電壓U,和U 的次級繞組組成
與所 有 的 測量變壓器一樣，電橋存在誤差(矢量比U,/U :與其理論值之間的差) 這種誤差隨負(fù)載
而變化尤其是U 和U2之間的相位差，它會直接影響tans的測量值。
因此 ，必 須對電橋進(jìn)行校正，這可以用一個無損耗電容CN(與在西林電橋中使用的相似)代替Z、進(jìn)
行。如果C、與Cx的值相同.這實(shí)際上是替代法，測試前應(yīng)校正。但由于C、很少是可調(diào)的，因此負(fù)載
的變化對Cx不再有效。電橋在恒定負(fù)載下工作是可能的，如圖A.4所示:當(dāng)測量CN時，用一個轉(zhuǎn)換開
關(guān)把CX接地，反之亦然。這時對于高壓繞組來說兩個負(fù)載的總和是恒定的。(嚴(yán)格地說，低壓邊也應(yīng)
該用一個相似的裝置，但由于連在低壓邊的負(fù)載很小，盡管采用這樣處理很容易，但意義小。)
另外 ，若 用并聯(lián)在電壓IJ上的一個純電容C、校正時，承受電壓U2的測量阻抗ZM組成如下:
) 如 果 U:和U,是同相的(理想情況)，則用一個純電容CM組成。
2) 如 果U:超前U,，則用一個電容C?和一個電阻R?組成
3) 如 果 Ue滯后于U,，則電阻Ret,應(yīng)變成負(fù)的 這就是說，為了重新建立平衡必須在U,一邊并
人 一 個 電 阻 形 成 電流分量。其實(shí)并不存在適用于高壓的可調(diào)高電阻，因此通常阻性電流分量
是用 一 個 輔 助 繞 組 來獲得的，這個輔助繞組提供一個與U,同相的低電壓U3(圖A.5 )
注 :不 可 在蛛 匕串接 一個電阻 因?yàn)槿绻麑㈦娮杞釉陔娙萜骱竺鏁茐?/span> C,測量極和保護(hù)極間的等電位;如果將
電 阻接 到 C、 前 面 的高壓導(dǎo)線上，則電阻(內(nèi))電流也將包括保護(hù)電路的電流，這就可能無法校正
這些 論 述 同 樣 適 用 于 上 述 第二 種情況的電阻R} 但在低壓邊容易將三個電阻R?R:和側(cè)以星形聯(lián)接來得到一個與電容并聯(lián)的可調(diào)高值電阻。如圖八.5下面的虛線所示。這時有

但 是 ，可 調(diào) 側(cè) 量 電 容C}必須是純電容性的或已知其損耗低(在西林電橋中的測量電容C:不需滿足這些苛刻要
求 )。
A.2.3 高頻電橋
上面 的 一 些敘述也同樣適用于高頻電橋。但由于它不再是一個高壓電橋，因此承受電壓U，的臂
能容易地引人可調(diào)元件;替代法在此適用
還應(yīng) 指 出，帶有分開的初級繞組的電橋允許電源和檢測器互換位置。其平衡與在次級繞組中對應(yīng)
的安匝數(shù)的補(bǔ)償相符
A.2.4 關(guān)于檢測器的說明
由于 測 量 臂的一端接地的，因此不必要使用對稱輸人的檢測器
A.3 并聯(lián)T型網(wǎng)絡(luò)
在 并 聯(lián) T型網(wǎng)絡(luò)橋路中，從振蕩器經(jīng)過兩個 T形網(wǎng)絡(luò)流向檢測器的兩股電流在檢測器輸人處是大
小相等而方向相反的。在這個電路中，振蕩器和檢測器都能有一端接地;且在有些可能電路中試樣和用
于平衡的每一個可變元件也有一端接地。
圖 A. 6 出示了只使用電阻和電容簡單的并聯(lián)T型網(wǎng)絡(luò)。測量電介質(zhì)材料常用的電路的原
理如圖A.7所示。這種電路的平衡條件如下(在開路的X,X端子之間)

實(shí)際上是將一個可變電容器接到X,X端，且其電容Cv和它的電導(dǎo)改變了L和RF的表觀值，使電
路達(dá)到平衡;然后再將試樣接到X,X端，通過調(diào)節(jié)電容Cv和C*恢復(fù)電橋平衡。
此 時 :
試樣電容等于Cv的減少量Acv;
試樣的電導(dǎo)G:

式 中 :
'IC ?- C,;的增量
在 50 k Hz到50M Hz的頻率范圍內(nèi)能方便地設(shè)計這種網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)也容易有效地屏蔽。但其缺
點(diǎn)是平衡隨頻率的變化太靈敏，以致于電源頻率的諧波很不平衡。為了能拓寬頻率范圍，必須改變或換
接電橋元件，在較高頻率下接線和開關(guān)阻抗(若使用開關(guān)時)會引人很大的誤差。
A. 4 諧振法(Q表法)
諧振 法 或 Q表法是在10k Hz到260M Hz的頻率范圍內(nèi)使用。它的原理是基于在一個諧振電路
中感應(yīng)一個已知的弱小電壓時，測量在該電路出現(xiàn)的電壓。圖A. 8表示這種電路的常用形式，在線路
中通過一個共用電阻R將諧振電路藕合到振蕩器上，也可用其他的禍合方法。
操作 程 序 是在規(guī)定的頻率下將輸人電壓或電流調(diào)節(jié)到一個已知值，然后調(diào)節(jié)諧振電路達(dá)到大諧振，觀察此時的電壓Uo 然后將試樣接到相應(yīng)的接線端上，再調(diào)節(jié)可變電容器使電路重新諧振，觀察新
的電壓U 的值。
在接 人 試 樣并重新調(diào)節(jié)線路時，只要R,G <Q 見圖A.8 )其 總電容幾乎保持不變。試樣電容近似于
AC，即是可變電容器電容的變化量
試樣 的損 耗因數(shù)近似為:

式中:
C— 電路中的總電容，包括電壓表以及電感線圈本身的電容;
Q,.Q o— 分別為有無試樣聯(lián)接時的 Q值。
測量誤差主要來自兩臺指示器的標(biāo)定刻度以及在連線中尤其是在可變電容器和試樣的連線中所引
人的阻抗。對于高的損耗因數(shù)值，R,G < 1的條件可能不成立，此時上面引出的近似公式不成立。
A.5 變電納法(變電抗法)
圖 1所 示 的測微計電極系統(tǒng)是哈特遜(Haztsh。二)改進(jìn)的，被用于消除在高頻下因接線和測量電容
器的串聯(lián)電感和串聯(lián)電阻對測量值產(chǎn)生的誤差。在這樣的系統(tǒng)中，是由于在測微電極中使用了一個與
試樣連接的同軸回路，不管試樣在不在電路中，電路中的電感和電阻總是相對地保持恒定。夾在兩電極
之間的試樣，其尺寸與電極尺寸相同或小于電極尺寸。除非試樣表面和電極表面磨得很平整，否則在試
樣放到電極系統(tǒng)里之前，必須在試樣上貼一片金屬箔或類似的電極材料。在試樣抽出后，調(diào)節(jié)測微計電
極，使電極系統(tǒng)得到同樣的電容。
按 電容 變 化仔細(xì)校正測微計電極系統(tǒng)后，使用時則不需要校正邊緣電容、對地電容和接線電容。其
缺點(diǎn)是電容校正沒有常規(guī)的可變多層平板電容器那么精密且同樣不能直接讀數(shù)。
在低 于 1MHz的頻率下，可忽略接線的串聯(lián)電感和電阻的影響，測微計電極的電容校正可用與測
微計電極系統(tǒng)并聯(lián)的一個標(biāo)準(zhǔn)電容器的電容來校正
在 接 和 未接試樣時電容的變化量是通過這個電容器來測得。
在測 微 計 電極中，次要的誤差來源于電容校正時所包含的電極的邊緣電容，此邊緣電容是由于插人
一個與電極直徑相同的試樣而稍微有所變化。實(shí)際上只要試樣直徑比電極直徑小2倍試樣厚度，就可
消除這種誤差
首 先將 試 樣放在測微計電極間并調(diào)節(jié)測量電路參數(shù)。然后取出試樣，調(diào)節(jié)測微計電極間距或重新
調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)電容器來使電路的總電容回到初始值。
按 表 2 計算試樣電容CP。

中:
AC— 接人試樣后，在諧振的兩側(cè)當(dāng)檢測器輸人電壓等于諧振電壓的抓習(xí)2時可變電容器M,
(圖 " 的 兩 個 電 容 讀數(shù)之差
AC— 在除去試樣后與上述相同情況下的兩電容讀數(shù)差。
值得注意的是在整個試驗(yàn)過程中試驗(yàn)頻率應(yīng)保持不變。
注:貼在試樣上的電極的電阻在高頻下會變得相當(dāng)大，如果試樣不平整或厚度不均勻，將會引起試樣損耗因數(shù)的明
顯增 加 。 這種變得明顯起來的頻率效應(yīng)，取決于試樣表面的平整度，該頻率也可低到 10M Hz,因此，必須在
10 M Hz 及更高的頻率下，且沒有貼電極的試樣上做電容的損耗因數(shù)的附加側(cè)量。假設(shè)Cw和tan丙 為不貼電
極的 試 樣 的電容和損耗因數(shù)，則計算公式為:

屏蔽
在 一 個 線路兩點(diǎn)之間的接地屏蔽，可消除這兩點(diǎn)之間的所有的電容，而被這兩個點(diǎn)的對地電容所代
替。因此，導(dǎo)線屏蔽和元件屏蔽可任意運(yùn)用在那些各點(diǎn)對地的電容并不重要的線路中;變壓器電橋和帶
有瓦格納接地裝置的西林電橋都是這種類型的電路
從 另 一 方面來說，在采用替代法電橋里，在不管有沒有試樣均保持不變的線路部分是不需要屏
蔽的。
實(shí) 際上 ，在電路中將試樣、檢測器和振蕩器的連線屏蔽起來。并盡可能將儀器封裝在金屬屏蔽里，
可以防止觀察者的身體(可能不是地電位或不固定)與電路元件之間的電容變化。
對于 100 k Hz數(shù)量級或更高的頻率，連線應(yīng)可能短而粗，以減小自感和互感;通常在這樣的頻率下
即使一個很短的導(dǎo)線其阻抗也是相當(dāng)大的，因此若有幾根導(dǎo)線需要連接在一起，則這些導(dǎo)線應(yīng)盡可能的
連接于一點(diǎn)。
如果 使 用 一個開關(guān)將試樣從電路上脫開，開關(guān)在打開時它的兩個觸點(diǎn)之間的電容必須不引人測量
誤差。在三電極測量系統(tǒng)中，要做到這點(diǎn)，可以在兩個觸點(diǎn)間接人一個接地屏蔽，或是用兩個開關(guān)串聯(lián)，
當(dāng)這兩個開關(guān)打開時，將它們之間的連線接地，或?qū)⒉唤拥厍姨幱跀嚅_狀態(tài)的電極接地。

電橋的振蕩器和檢測器
A. 7. 1 交流電壓源
滿足 總諧 波分量小于 1%的電壓和電流的任一電壓源。
A.7 .2 檢測器
下 列 各 類檢測器均可使用，并可以帶一個放大器以增加靈敏度:
1) 電 話(如需要可帶變頻器);
2) 電 子電壓表或波分析器;
3) 陰極 射線示波器;
4) “電 眼"調(diào)節(jié)指示器;
5) 振 動 檢流計(僅用于低頻)。
在 電橋 和檢測器中間需加一個變壓器，用它來匹配阻抗或者因?yàn)殡姌虻囊惠敵龆诵杞拥?/span>
諧波 可 能 會掩蓋或改變平衡點(diǎn)，調(diào)節(jié)放大器或引人一個低通濾波器可防止該現(xiàn)象 對測量頻率的
二次諧波有40 dB的分辨率是合適的