介电常数测量仪器

1 概述

ZJD-B介电常数测量仪器数显Q表是一种多功能、多用途、多量程数字的化阻抗测试仪器。它是根据串联谐振原理，以电压比值刻度Q值的。

它能测量高频电感和谐振回路的Q值，电感器的电感量和分布电容量，电容器的电容量和损耗角。配以夹具ZJD-B介质损耗装置对绝缘材料的高频介质损耗，高频回路有效并联及串联电阻，传输线的特性阻抗等。

特点：

• 本公司创新的自动Q值读取技术，测Q精度和速度大大提高。
• 低至20nH残余电感，保证高频时直读Q值的误差较小。
• 特制LCD屏菜单式显示多参数：Q值，测试频率，调谐状态等。
• Q值量程自动/手动量程控制。
• 数字化Q值予置，能提高批量测试的可靠性和速度。
• VCO调节测试频率，其平滑的连续频率变化，能便捷的进行△f法测量Q值。

所以本仪器使用方便，具有较高测量精度和理想的稳定度。能广泛地用于科研机关、学校、工厂等单位。

2 工作特性

2.1 Q值测量：

2.1.1 Q值测量范围：5～999三位数显。 

2.1.2 Q值量程分档： 100、316、999，量程可自动切换。

2.1.3 标称误差：（※） 

  频率范围：50kHz～10MHz         频率范围：10MHz～25MHz

固有误差：±5%±满刻度的2%     固有误差:﹤±8%±满刻度的2%  

工作误差：±7%±满刻度的2%     工作误差:﹤±10%±满刻度的2%

频率范围：25MHz～50MHz           

固有误差：±12%±满刻度的2%

工作误差：±15%±满刻度的2%   

Q值误差说明：

※用经计量单位检定的标准线圈的标称有效Q值为标准，按变频法测得的均值为定标值（按照国家计量单位检定规程：JJF1073-2000高频Q表校准规范）。

具体修正系数见表1(P13)

2.2 电感测量：

2.2.1 测量范围：0.1μH～100mH

2.2.2 分六个量程：0.1～1μH、1～10μH、10～100μH、0.1～1mH，

1mH～10mH、10mH～100mH

• 测量误差：﹤5%±0.02μH

2.3 调谐电容器特性：

2.3.1 电容量范围：主调电容器：40～500pF

      刻度误差：≤±1% ±1pF

      微调电容器：-3PF～0～+3PF

      分辨率：0.2PF

2.4  频率范围及刻度误差：

2.4.1 50kHz～50MHz，分六档频段,四位数显。

2.4.2 工作误差：＜0.1%

2.5 Q合格指示预置：

预置范围5～999，设置误差：±1%。

2.6 正常工作条件：

环境温度：-0℃～+40℃

相对湿度：＜80%

大气压力：750±30mmHg

电源：220V±10%  50Hz±4%

2.7 其它：

消耗功率：约20W。

净重：7kg

外形尺寸：415(长)×180(高)×170(宽)（mm）

3 工作原理：

3.1 “Q"的定义：

符号“Q"表明一个元件或一个系统的质量，它等于每振荡一周间贮藏能量对损耗比值的2π倍。按数值计算它是在测试频率的电抗对电阻的比率。

通过一个简单的串联谐振电路说明“Q"表工作原理。

图（一）示回路中，串联引入一个幅度为e频率为f地电动势。谐振时：

（图一）

    如果e保持常数（已知电平）一个约定的电压表连于回路电容的两端，电压表的指示直接用回路Q的单位进行定标，从而能直接读出回路的Q值。

串联谐振电路中，有效电阻R，除被测电感有效电阻外，还包括Q表内部调谐电容器，指示电压表，宽带变压器和接线柱等损耗等效电阻值。所以Q表测得值将稍低于被测电感的实际的有效Q值。

基于上述理由，为了正确地测量元件的Q值，还需要考虑到测试回路中残余参数的影响。

本机测试回路中残余成分是很小的，对一般的测量可予忽略，即Q表指示读得值等于被测元件的有效Q值。对测试频率高于10MHz，又要较高精确度时，需按均值进行修正。均值的高低能直接表征Q表自身回路的品质优劣。不能提供均值的Q表，其测得Q值的有效性不能得到确认。Q表修正值见第13页的表格。

3.2 ZJD-B数显 Q表由以下几个基本部分组成：

（图二）

4 结构特性

为了便于操作，所有的控制旋钮均装在正前方的面板上，排列对称，美观大方，LCD显示屏直观易读。

4.1 前面板控制旋钮连接和显示器示意图，见图（三）

（图三）

(1) 自动量程键：开机默认状态为Q值手动量程(LCD屏右上角显示“⊙")。按该键即为Q值自动量程，此时“⊙"消失，再按该键，又为手动量程。

(2) 手动量程键：分高、中、低三档。高—LCD屏右上角显示“HIGH-Q"，Q值约在300-999。中—LCD屏显示“⊙"，Q值约在30-300。低—LCD屏显示“LOW-Q"，Q值约在5-100。

(3) Q记忆键：默认为手动测Q状态，按该键即为Q自动记忆状态，此时LCD屏右上方显示“AUTO",自动显示调谐过程中谐振峰值，即Q值。

(4) Q预置键，当按键后，即能把当时显示的Q值作为预置值，以后当测试超过该值时，会显示“GO"并蜂鸣，表示超过原预置值。适宜于批量元件测试。

(5) LCD显示屏，（另见4.3 LCD屏示意图）。

(6) 频率调节旋钮。

(7) 频率频段选择键（由于是稳幅信号源，在高频段时，将会有几秒的稳幅过程。）

(8) 信号输出端口：能输出测试信号，频率从50kHz至50MHz，幅值随Q量程变化，可用于监视。

(9) 电感测量频率表格，按该表格规定的频率点测试电感值，可以直接从右边刻度盘读出。

(10) 测试回路接线柱：左边是电感器接线柱，右边是接电容器接线柱。

(11) 调谐电容刻度（相应是电感刻度）

(12) 主调电容：同轴慢转调谐旋钮。

(13) 微调电容调谐旋钮。

4.2 后面板器件安装位置示意图。见图（四）

                               （图四）

（1）电源开关。

（2）保险丝座。

（3）电源插座(220V)。

4.3 LCD显示屏示意图。见图（五）

（图五）

5 使用方法

5.1 测试时的注意事项：

5.1.1仪器可水平或用支架成斜面安放。

5.1.2接通电源后，本仪器即能工作，但要保证测试精度，请预热30分钟后使用，仪器开机状态，如图(六)。

（图六）

5.1.3 调节测试频率和调谐电容量时，当刻度已到zui大或zui小时，不要用力继续再调，以免损坏刻度。

5.1.4被测件和测试电路接线柱间的接线应尽量短，足够粗，并应接触良好可靠，以减小因接线电阻和分布参数带来的测试误差。

5.1.5手不得靠近被测件，以免人体感应影响。有屏蔽罩的被测体，屏蔽罩应连接在低电位端接线柱上。

5.2 高频线圈的Q值测量（基本测量方法）：

5.2.1 直读法：

a）将被测线圈接在“Lx"接线柱上。

b）调整信号源的频率(7)、(6)到所需的测量频率点。

c）按“手动量程"键(3)可选择三档Q量程： ⊙为通常Q值档（30—300），LOW—Q为低Q值档（5—100），HIGH—Q为高Q值档（300—999）。

d) 调主调电器(12)到远离谐振点（使谐振指针在0%左右）。

e) 调主调电容器到谐振点附近，再调微调电容器到精确的谐振点，即谐振指针显示达zui大(当TUNE>35%时有效)，这时LCD屏显示Q值即为被测电感的有效Q值（Qe）。若需得到被测电感的真实Q值（QT）。则应先测出线圈分布电容Co，然后照下式修正。

f) 当按“Q记忆"键(3)后，在调节主调电容器到谐振的过程中，LCD屏“MAX Q值"能自动显示谐振点的Q值，使测试速度和精确度提高。

Ci是主调电容器谐振时读数（微调电容读数合计在内），如谐振时Ci读数很大，Co只占很小的比例。则有效Q值（Qe）和真实Q值（QT），差别可以忽略。

如测试小于1μH电感的Q值，则要考虑回路残感的修正：

式中Lo为本机剩余电感约20nH（0.02uH）

5.2.2 变容法：

a. 照直读法a—f进行，记下振谐时读数C1和Q1。

b. 转动主调谐电容，使Q值二次指示均为Q1的0.707时，记下此时两次电容读数的差数△C，

测Q值较高的线圈时，Q2值下降到Q1的0.707倍时，电容偏调很小，读数误差较大，这时可将主电容作较大偏调（10%以内）这时需要用Q值一般表达方式：

△C是偏调数，Q2是偏调后Q表的读数。

为了使变容法得到比较精确的结果，外接分辨率为0.004pF残感小的微调电容器。

5.2.3变频法：

a) 按直接读法a)～f)进行，记下谐振时读数C1和Q1以及频率读数fo。

b) 改变信号源的频率，使电表Q值二次指示为Q1的0.707倍（一次容性失谐、一次感性失谐）记下此时二次频率读数差值△f。这时回路的真实Q值：

考虑到线圈的分布电容时，线圈的有效Q值：

变频法测量Q值一般表达式：（未考虑分布电容）

• f是频率偏调数，Q1是谐振时Q表读数，Q2是偏调后Q表读数。

5.3 高频线圈电感值的测量：

5.3.1 将被测线圈接在“Lx"接线柱上，接触良好。

5.3.2 根据线圈大约电感值，在面板左上方对照“电感测量频率表"(9)上选择一测试频率点，然后将频率调节旋钮(7)调到这一频率点上。

5.3.3 置Q值“手动量程"(2)适当的档级上。

5.3.4 使微调电容指针（14）放在“0"上，调节主调电容(12)到谐振，这时刻度盘(11)所指示电容数是C1，对应度盘上指示电感值，乘以对照表(9)上所指的倍数，就是线圈有效电感值（Le）。Le值将会比用其他原理测得的电感值稍大，其原因是Q表谐振时被测电感的分布电容也相应起作用，故称之为有效电感值。这个有效电感概念对高频使用时更有实用价值。

2.3.5 非测量电感频率表（10）上，要测量电感值，可按以下公式计算

式中：f-MHz，Ce-pF .

5.3.6 如果要得到真实电感数（LT），必须先测得电感分布电量Co，如分布电容较小的话，可将主调电容器调在“C1+CO"上，这时度盘的电感读数乘以对应的倍数，就是所求真实电感读数。也可按：

计算求得真实电感LT。

5.3.7 被测电感小于1μH时，按上法测量电感值还应减去仪器中测试回路本身剩余电感“LO"（本机LO≌20nH）。

5.4 高频线圈分布电容Co的测量：

5.4.1倍频率法：

如线圈的分布电容较大，可用此法作近似测试。

将被测线圈接在“Lx"接线柱上，调主调电容器到zui大电容数值，调节信号源频率到谐振，令谐振时频率和调谐电容分别是f1和C1，然后将信号源频率调到f2（f2=nf1），再调电容器度盘到谐振点，此时电容读数为C2，根据下式即可求出分布电容量。（测量时微电容置零）

若取n=2，则为：C0=（C1-4C2）/3    （14）

若取不同C1进行多次测量后取一个平均值，则测试结果将较为精确。

5.4.2 自然频率法：（此法可获得较准确的结果）

a 将被测线圈接在“Lx"接线柱上。

b将微调电容器度盘调至零，主调电容器度盘调到zui大电容值记为C1。

c 调信号源频率，使回路谐振，该频率为f1。

d取下被测线圈，换上一个能在主调电容器调节范围内和十倍于f1频率谐振的辅助电感。

e信号源调到10倍f1位置，调节主调电容器到谐振点。

f) 将被测线圈接在“Cx"两端，调节主调电容器达谐振，此时视电容读数是增加还是减小。若增加，则应将振荡器频率调高些，若减小，则频率调低些。g）再取下被测线圈，调节主调电容达到谐振。

h）重复“f"、“g"直到某一频率，被测线圈接上“Cx"两端和不接上去均不改变谐振点，这一频率为被测线圈的自然谐振频率f2，它的Co数值：

注：测量中所需辅助线圈可自制或向Q表产生厂购买电感组。

5.5电容器参数的测量：

5.5.1 小于460pF电容器的测量：

a) 取一个适当的谐振电感连接到“Lx“端。

b) 将微调电容调至零，主调电容器调到zui大值附近，令这个电容是C1，如未知电容是小数值的，C1应调到较小电容值附近，以便得到尽可能高的分辨率。

c) 调信号源的频率，使测试回路谐振，令谐振时Q表的读数为Q1。

d) 将被测电容接在“Cx"两端，调主调电容器，使测试电路再谐振，令新的调谐电容值为C2和指示Q值Q2。

被测电容的有效电容由下式给出：

Cx=C1-C2            （16）    

电容器的损耗角正切tgδ由下式给出：

电容器的有效并联电阻：

Co是回路谐振电感的分布电容。

5.5.2大于460pF电容器用替代法测量：

a) 取一只适当容量的标准电容器，其容量为C3。将它接在Cx接线柱上。

b) 按5.5.1 a)～c)各条测试。

c) 取下标准电容器，将被测电容接到“CX"接线柱，调节主调电容器到谐振，此时主调电容器读数为C2，则CX可由下式给出

Cx=C3+C1-C2          （19）

5.6 Q预置的使用：

Q预置特别适用于工厂中需大批量测试电感器的Q值和电感值时，当该元件Q值超过某一给定值即为合格，这时合格显示（GO）和蜂鸣，这样可减轻工人视力疲劳，同时大大地加快了测试速度。

5.6.1 Q预置的步骤：

a) 在非“自动测Q"状态时， 用一只合格电感器或一只辅助线圈接至“LX"

端，调谐电容(12)使之谐振,再调微调电容(13),使Q值显示为需要预置值，例如Q为100。

b) 按“Q预置"键，LCD屏即显示“Q-PRE=100"

c) 以后测试过程中，当调谐到Q值大于预置值后，LCD屏原显示的“NOGO"变成“GO  "并发生蜂鸣，表示被测件Q值达到预置值要求。

Q预置功能也可以用于对批量电感器值允差快速测试。用一个标准电感器按基本测试方法测试出Q值和有效值。例：某电感器测得Q=160，Le=50µH。如该电感器的电感值允差±4%。调节主调电容器，使指标于48µH或52µH时，此时Q值的读数为：预置Q值，按“Q预置"键加以确认，再调主调电容器至指示50µH处。本机应显示“GO"并发蜂鸣声。完成上述设置后，就可以进行批量快速测试，凡测试电感器接上“LX"后本机发出蜂鸣的电感器即为合格品。

6 维修

6.1使用和保养：

ZJD-BQ表是比较精密的阻抗测量仪器，在合理使用和注意保养情况下，才能保证长期稳定和较高的测试精度。

6.1.1熟悉本说明书，正确地使用仪器。

6.1.2 使仪器经常保持清洁、干燥。

6.1.3 本仪器保修期12个月(除人为损坏外)，如发现仪器故障或精确超差，请原封不动返回本厂修理。

6.2 新购仪器的检查：

新购的仪器能先用辅助电感组，各个电感在各个不同频率测试Q值，把测试的情况，例使用的电感号，测试频率，Q读数，电容读数等多次测得数及测试时环境条件逐一详细记录，并把记录保存起来，以供以后维修时作参考。