介電常數測量儀器

1 概述

ZJD-B介電常數測量儀器數顯Q表是一種多功能、多用途、多量程數字的化阻抗測試儀器。它是根據串聯諧振原理，以電壓比值刻度Q值的。

它能測量高頻電感和諧振回路的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。配以夾具ZJD-B介質損耗裝置對絕緣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。

特點：

• 本公司創新的自動Q值讀取技術，測Q精度和速度大大提高。
• 低至20nH殘余電感，保證高頻時直讀Q值的誤差較小。
• 特制LCD屏菜單式顯示多參數：Q值，測試頻率，調諧狀態等。
• Q值量程自動/手動量程控制。
• 數字化Q值予置，能提高批量測試的可靠性和速度。
• VCO調節測試頻率，其平滑的連續頻率變化，能便捷的進行△f法測量Q值。

所以本儀器使用方便，具有較高測量精度和理想的穩定度。能廣泛地用于科研機關、學校、工廠等單位。

2 工作特性

2.1 Q值測量：

2.1.1 Q值測量范圍：5～999三位數顯。 

2.1.2 Q值量程分檔： 100、316、999，量程可自動切換。

2.1.3 標稱誤差：（※） 

  頻率范圍：50kHz～10MHz         頻率范圍：10MHz～25MHz

固有誤差：±5%±滿刻度的2%     固有誤差:﹤±8%±滿刻度的2%  

工作誤差：±7%±滿刻度的2%     工作誤差:﹤±10%±滿刻度的2%

頻率范圍：25MHz～50MHz           

固有誤差：±12%±滿刻度的2%

工作誤差：±15%±滿刻度的2%   

Q值誤差說明：

※用經計量單位檢定的標準線圈的標稱有效Q值為標準，按變頻法測得的均值為定標值（按照國家計量單位檢定規程：JJF1073-2000高頻Q表校準規范）。

具體修正系數見表1(P13)

2.2 電感測量：

2.2.1 測量范圍：0.1μH～100mH

2.2.2 分六個量程：0.1～1μH、1～10μH、10～100μH、0.1～1mH，

1mH～10mH、10mH～100mH

• 測量誤差：﹤5%±0.02μH

2.3 調諧電容器特性：

2.3.1 電容量范圍：主調電容器：40～500pF

      刻度誤差：≤±1% ±1pF

      微調電容器：-3PF～0～+3PF

      分辨率：0.2PF

2.4  頻率范圍及刻度誤差：

2.4.1 50kHz～50MHz，分六檔頻段,四位數顯。

2.4.2 工作誤差：＜0.1%

2.5 Q合格指示預置：

預置范圍5～999，設置誤差：±1%。

2.6 正常工作條件：

環境溫度：-0℃～+40℃

相對濕度：＜80%

大氣壓力：750±30mmHg

電源：220V±10%  50Hz±4%

2.7 其它：

消耗功率：約20W。

凈重：7kg

外形尺寸：415(長)×180(高)×170(寬)（mm）

3 工作原理：

3.1 “Q"的定義：

符號“Q"表明一個元件或一個系統的質量，它等于每振蕩一周間貯藏能量對損耗比值的2π倍。按數值計算它是在測試頻率的電抗對電阻的比率。

通過一個簡單的串聯諧振電路說明“Q"表工作原理。

圖（一）示回路中，串聯引入一個幅度為e頻率為f地電動勢。諧振時：

（圖一）

    如果e保持常數（已知電平）一個約定的電壓表連于回路電容的兩端，電壓表的指示直接用回路Q的單位進行定標，從而能直接讀出回路的Q值。

串聯諧振電路中，有效電阻R，除被測電感有效電阻外，還包括Q表內部調諧電容器，指示電壓表，寬帶變壓器和接線柱等損耗等效電阻值。所以Q表測得值將稍低于被測電感的實際的有效Q值。

基于上述理由，為了正確地測量元件的Q值，還需要考慮到測試回路中殘余參數的影響。

本機測試回路中殘余成分是很小的，對一般的測量可予忽略，即Q表指示讀得值等于被測元件的有效Q值。對測試頻率高于10MHz，又要較高精確度時，需按均值進行修正。均值的高低能直接表征Q表自身回路的品質優劣。不能提供均值的Q表，其測得Q值的有效性不能得到確認。Q表修正值見第13頁的表格。

3.2 ZJD-B數顯 Q表由以下幾個基本部分組成：

（圖二）

4 結構特性

為了便于操作，所有的控制旋鈕均裝在正前方的面板上，排列對稱，美觀大方，LCD顯示屏直觀易讀。

4.1 前面板控制旋鈕連接和顯示器示意圖，見圖（三）

（圖三）

(1) 自動量程鍵：開機默認狀態為Q值手動量程(LCD屏右上角顯示“⊙")。按該鍵即為Q值自動量程，此時“⊙"消失，再按該鍵，又為手動量程。

(2) 手動量程鍵：分高、中、低三檔。高—LCD屏右上角顯示“HIGH-Q"，Q值約在300-999。中—LCD屏顯示“⊙"，Q值約在30-300。低—LCD屏顯示“LOW-Q"，Q值約在5-100。

(3) Q記憶鍵：默認為手動測Q狀態，按該鍵即為Q自動記憶狀態，此時LCD屏右上方顯示“AUTO",自動顯示調諧過程中諧振峰值，即Q值。

(4) Q預置鍵，當按鍵后，即能把當時顯示的Q值作為預置值，以后當測試超過該值時，會顯示“GO"并蜂鳴，表示超過原預置值。適宜于批量元件測試。

(5) LCD顯示屏，（另見4.3 LCD屏示意圖）。

(6) 頻率調節旋鈕。

(7) 頻率頻段選擇鍵（由于是穩幅信號源，在高頻段時，將會有幾秒的穩幅過程。）

(8) 信號輸出端口：能輸出測試信號，頻率從50kHz至50MHz，幅值隨Q量程變化，可用于監視。

(9) 電感測量頻率表格，按該表格規定的頻率點測試電感值，可以直接從右邊刻度盤讀出。

(10) 測試回路接線柱：左邊是電感器接線柱，右邊是接電容器接線柱。

(11) 調諧電容刻度（相應是電感刻度）

(12) 主調電容：同軸慢轉調諧旋鈕。

(13) 微調電容調諧旋鈕。

4.2 后面板器件安裝位置示意圖。見圖（四）

                               （圖四）

（1）電源開關。

（2）保險絲座。

（3）電源插座(220V)。

4.3 LCD顯示屏示意圖。見圖（五）

（圖五）

5 使用方法

5.1 測試時的注意事項：

5.1.1儀器可水平或用支架成斜面安放。

5.1.2接通電源后，本儀器即能工作，但要保證測試精度，請預熱30分鐘后使用，儀器開機狀態，如圖(六)。

（圖六）

5.1.3 調節測試頻率和調諧電容量時，當刻度已到zui大或zui小時，不要用力繼續再調，以免損壞刻度。

5.1.4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，以減小因接線電阻和分布參數帶來的測試誤差。

5.1.5手不得靠近被測件，以免人體感應影響。有屏蔽罩的被測體，屏蔽罩應連接在低電位端接線柱上。

5.2 高頻線圈的Q值測量（基本測量方法）：

5.2.1 直讀法：

a）將被測線圈接在“Lx"接線柱上。

b）調整信號源的頻率(7)、(6)到所需的測量頻率點。

c）按“手動量程"鍵(3)可選擇三檔Q量程： ⊙為通常Q值檔（30—300），LOW—Q為低Q值檔（5—100），HIGH—Q為高Q值檔（300—999）。

d) 調主調電器(12)到遠離諧振點（使諧振指針在0%左右）。

e) 調主調電容器到諧振點附近，再調微調電容器到精確的諧振點，即諧振指針顯示達zui大(當TUNE>35%時有效)，這時LCD屏顯示Q值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Co，然后照下式修正。

f) 當按“Q記憶"鍵(3)后，在調節主調電容器到諧振的過程中，LCD屏“MAX Q值"能自動顯示諧振點的Q值，使測試速度和精確度提高。

Ci是主調電容器諧振時讀數（微調電容讀數合計在內），如諧振時Ci讀數很大，Co只占很小的比例。則有效Q值（Qe）和真實Q值（QT），差別可以忽略。

如測試小于1μH電感的Q值，則要考慮回路殘感的修正：

式中Lo為本機剩余電感約20nH（0.02uH）

5.2.2 變容法：

a. 照直讀法a—f進行，記下振諧時讀數C1和Q1。

b. 轉動主調諧電容，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△C，

測Q值較高的線圈時，Q2值下降到Q1的0.707倍時，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）這時需要用Q值一般表達方式：

△C是偏調數，Q2是偏調后Q表的讀數。

為了使變容法得到比較精確的結果，外接分辨率為0.004pF殘感小的微調電容器。

5.2.3變頻法：

a) 按直接讀法a)～f)進行，記下諧振時讀數C1和Q1以及頻率讀數fo。

b) 改變信號源的頻率，使電表Q值二次指示為Q1的0.707倍（一次容性失諧、一次感性失諧）記下此時二次頻率讀數差值△f。這時回路的真實Q值：

考慮到線圈的分布電容時，線圈的有效Q值：

變頻法測量Q值一般表達式：（未考慮分布電容）

• f是頻率偏調數，Q1是諧振時Q表讀數，Q2是偏調后Q表讀數。

5.3 高頻線圈電感值的測量：

5.3.1 將被測線圈接在“Lx"接線柱上，接觸良好。

5.3.2 根據線圈大約電感值，在面板左上方對照“電感測量頻率表"(9)上選擇一測試頻率點，然后將頻率調節旋鈕(7)調到這一頻率點上。

5.3.3 置Q值“手動量程"(2)適當的檔級上。

5.3.4 使微調電容指針（14）放在“0"上，調節主調電容(12)到諧振，這時刻度盤(11)所指示電容數是C1，對應度盤上指示電感值，乘以對照表(9)上所指的倍數，就是線圈有效電感值（Le）。Le值將會比用其他原理測得的電感值稍大，其原因是Q表諧振時被測電感的分布電容也相應起作用，故稱之為有效電感值。這個有效電感概念對高頻使用時更有實用價值。

2.3.5 非測量電感頻率表（10）上，要測量電感值，可按以下公式計算

式中：f-MHz，Ce-pF .

5.3.6 如果要得到真實電感數（LT），必須先測得電感分布電量Co，如分布電容較小的話，可將主調電容器調在“C1+CO"上，這時度盤的電感讀數乘以對應的倍數，就是所求真實電感讀數。也可按：

計算求得真實電感LT。

5.3.7 被測電感小于1μH時，按上法測量電感值還應減去儀器中測試回路本身剩余電感“LO"（本機LO≌20nH）。

5.4 高頻線圈分布電容Co的測量：

5.4.1倍頻率法：

如線圈的分布電容較大，可用此法作近似測試。

將被測線圈接在“Lx"接線柱上，調主調電容器到zui大電容數值，調節信號源頻率到諧振，令諧振時頻率和調諧電容分別是f1和C1，然后將信號源頻率調到f2（f2=nf1），再調電容器度盤到諧振點，此時電容讀數為C2，根據下式即可求出分布電容量。（測量時微電容置零）

若取n=2，則為：C0=（C1-4C2）/3    （14）

若取不同C1進行多次測量后取一個平均值，則測試結果將較為精確。

5.4.2 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將微調電容器度盤調至零，主調電容器度盤調到zui大電容值記為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，換上一個能在主調電容器調節范圍內和十倍于f1頻率諧振的輔助電感。

e信號源調到10倍f1位置，調節主調電容器到諧振點。

f) 將被測線圈接在“Cx"兩端，調節主調電容器達諧振，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“f"、“g"直到某一頻率，被測線圈接上“Cx"兩端和不接上去均不改變諧振點，這一頻率為被測線圈的自然諧振頻率f2，它的Co數值：

注：測量中所需輔助線圈可自制或向Q表產生廠購買電感組。

5.5電容器參數的測量：

5.5.1 小于460pF電容器的測量：

a) 取一個適當的諧振電感連接到“Lx“端。

b) 將微調電容調至零，主調電容器調到zui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，以便得到盡可能高的分辨率。

c) 調信號源的頻率，使測試回路諧振，令諧振時Q表的讀數為Q1。

d) 將被測電容接在“Cx"兩端，調主調電容器，使測試電路再諧振，令新的調諧電容值為C2和指示Q值Q2。

被測電容的有效電容由下式給出：

Cx=C1-C2            （16）    

電容器的損耗角正切tgδ由下式給出：

電容器的有效并聯電阻：

Co是回路諧振電感的分布電容。

5.5.2大于460pF電容器用替代法測量：

a) 取一只適當容量的標準電容器，其容量為C3。將它接在Cx接線柱上。

b) 按5.5.1 a)～c)各條測試。

c) 取下標準電容器，將被測電容接到“CX"接線柱，調節主調電容器到諧振，此時主調電容器讀數為C2，則CX可由下式給出

Cx=C3+C1-C2          （19）

5.6 Q預置的使用：

Q預置特別適用于工廠中需大批量測試電感器的Q值和電感值時，當該元件Q值超過某一給定值即為合格，這時合格顯示（GO）和蜂鳴，這樣可減輕工人視力疲勞，同時大大地加快了測試速度。

5.6.1 Q預置的步驟：

a) 在非“自動測Q"狀態時， 用一只合格電感器或一只輔助線圈接至“LX"

端，調諧電容(12)使之諧振,再調微調電容(13),使Q值顯示為需要預置值，例如Q為100。

b) 按“Q預置"鍵，LCD屏即顯示“Q-PRE=100"

c) 以后測試過程中，當調諧到Q值大于預置值后，LCD屏原顯示的“NOGO"變成“GO  "并發生蜂鳴，表示被測件Q值達到預置值要求。

Q預置功能也可以用于對批量電感器值允差快速測試。用一個標準電感器按基本測試方法測試出Q值和有效值。例：某電感器測得Q=160，Le=50µH。如該電感器的電感值允差±4%。調節主調電容器，使指標于48µH或52µH時，此時Q值的讀數為：預置Q值，按“Q預置"鍵加以確認，再調主調電容器至指示50µH處。本機應顯示“GO"并發蜂鳴聲。完成上述設置后，就可以進行批量快速測試，凡測試電感器接上“LX"后本機發出蜂鳴的電感器即為合格品。

6 維修

6.1使用和保養：

ZJD-BQ表是比較精密的阻抗測量儀器，在合理使用和注意保養情況下，才能保證長期穩定和較高的測試精度。

6.1.1熟悉本說明書，正確地使用儀器。

6.1.2 使儀器經常保持清潔、干燥。

6.1.3 本儀器保修期12個月(除人為損壞外)，如發現儀器故障或精確超差，請原封不動返回本廠修理。

6.2 新購儀器的檢查：

新購的儀器能先用輔助電感組，各個電感在各個不同頻率測試Q值，把測試的情況，例使用的電感號，測試頻率，Q讀數，電容讀數等多次測得數及測試時環境條件逐一詳細記錄，并把記錄保存起來，以供以后維修時作參考。