ZJD系列介質損耗因數(shù)測試儀 QS系列介質損耗因數(shù)測試儀
1、范圍：
本標準規(guī)定了介電常數(shù)和介質損耗角正切值的兩種測定方法。方法A為工頻（50Hz）下的測定方法，方法B為高頻電場下的測定方法。
2、規(guī)范性引用文件：
下列文件中的條款通過本標準的引用而成為本標準的條款。凡是注日期的引用文件，其隨后所有的修改（不包括勘誤的內(nèi)容）或修訂版均不適用于本標準，然而，鼓勵根據(jù)本標準達成協(xié)議的各方研究是否可使用這些文件的新版本。凡是不注日期的引用文件，其版本適用于本標準。
GB/T 2941 橡膠物理試驗方法試樣制備和調節(jié)通用程序（GB/T 2941-2006，ISO 23529：2004，IDT）
3、術語和定義：
下列術語和定義適用于本標準。
3.1
介質損耗 dielectric loss
絕緣材料在電場作用下，由于介質電導和介質極化的滯后效應，在其內(nèi)部引起的能量損耗。
3.2
損耗角 δloss angleδ
在交變電場下，電介質內(nèi)流過的電流向量和電壓向量之間的夾角（功率因數(shù)角φ）的余角（δ）。
3.3
損耗角正切 tanδ loss tangentδ
介質損耗因數(shù) dielectric loss factor
介質損耗角正切值。
3.4
介電常數(shù) εdielectric constant
絕緣材料在電場作用下產(chǎn)生極化，電容器極板間有電介質存在時的電容量C、與同樣形狀和尺寸的真空電容量C0之比。
注：不同試樣、不同電極的真空電容和邊緣校正的計算參見附錄A。
4、測試電極：
4.1 電極材料
見表1。
表 1 電極材料
電極材料 | 規(guī)格要求 | 適應范圍 |
鋁箔和錫箔 | 鋁箔和錫箔應退火，厚度為0.01mm左右，用凡士林、變壓器油、硅油或其他合適油作為粘接劑 | 接觸電極用 |
導電橡膠 | 體積電阻系數(shù)不大于300Ω·cm（交流），邵爾A硬度為40～60，表面應光滑 | 接觸電極用 |
銅 | 表面可鍍防腐蝕的金屬層，但鍍層應均勻*，工作面粗糙度Ra值應不低于3.2 | 一般做輔助電極用，對軟質膠可直接作接觸電極用 |
導電粉末 | 石墨粉，銀粉，銅粉等 | 管狀試樣內(nèi)電極用 |
4.2 電極尺寸
4.2.1 板狀試樣電極
4.2.1.1 方法A：板狀電極尺寸見表2，電極如圖1所示。
表 2 板狀試樣電極尺寸 單位為毫米
D1 | D2 | D3 | D4 | H1 | H2 |
25.0±0.1 | 29.0±0.1 | 40 | ≥40 | 30 | 5 |
50.0±0.1 | 54.0±0.1 | 74 | ≥74 |
1——測量電極；
2——保護電源；
3——試樣；
4——高壓電極。
圖 1 板狀試樣電極配置（工頻）
4.2.1.2 方法B：采用二電極系統(tǒng)。電極尺寸大小與試樣尺寸相等，或電極小于試樣尺寸。板狀試樣電極直徑為φ38.0mm±0.1mm、φ50.0mm±0.1mm、φ70.0mm±0.1mm。
4.2.2 管狀試樣電極
4.2.2.1 方法A：管狀試樣電極尺寸見表3，電極如圖2所示。
表 3 管狀試樣電極尺寸
L1 | L2 | L3 | g |
25 | 5 | ≥40 | 2.0±0.1 |
50 | 10 | ≥74 |
1——保護電極；
2——測量電極；
3——高壓電極；
4——試樣。
圖 2 管狀試樣電極配置（工頻）
4.2.2.2 方法B：管狀試樣電極尺寸，電極如圖3所示。
管狀試樣的電極長度為50.0mm±0.1mm或70.0mm±0.1mm。
1——試樣；
2——上電極；
3——下電極。
圖 3 管狀試樣電極配置（高頻）
4.3 電極裝置
在進行高頻測試時，根據(jù)測試頻率與測試要求可用支架電極（如圖4），當頻率大于或等于1MHz且小于10MHz時，宜用測微電極（如圖5）；當頻率大于或等于10MHz時，應用測微電極。
1——上蓋螺釘；
2——上蓋板；
3——升降螺桿；
4——上電極導軌；
5——螺帽；
6——導筒；
7——導槽螺釘；
8——絕緣桿；
9——高壓電極；
10——試樣；
11——測量電極；
12——保護電極；
13——絕緣板（聚四氟乙烯板）；
14——絕緣支腳；
15——有機玻璃板。
圖 4 支架電極
1——微調管形電容器；
2——測試樣品電容器；
3——上支撐板；
4——上電極；
5——試樣；
6——下電極；
7——底板。
圖 5 測微電極
5、測試儀器：
5.1 方法A
5.1.1 測試儀器為工頻高壓電橋，其原理圖如圖6所示。
T 試驗變壓器；
C3 標準電容器；
C5 試樣；
R3 可變電阻；
C2、C4 可變電容；
R4 固定電阻；
G- 電橋平衡指示器；
P 放電器。
圖 6 工頻高壓電橋原理圖
5.1.2 測量范圍
損耗角正切（tanδ）：0.001～1；電容（C）：40pF～2000pF。
5.1.3 電橋測量誤差
測量時誤差不超過10%，當試樣tanδ小于0.001時測量誤差不超過0.0001，電容的測量誤差不超過5%，標準電容器的tanδ應小于0.0001。
5.1.4 電橋必須有良好的屏蔽接地裝置。
5.2 方法B
5.2.1 方法B的測試儀器有兩種：一種是諧振升高法（Q表），另一種時變電鈉法。
5.2.1.1 諧振升高法（Q表）
其測試原理圖如圖7所示。
A 電流表；
R0 耦合電阻；
L 輔助線圈；
C 標準電容；
C0 試樣；
V、V1 電壓表（用Q值表示）。
圖 7 Q表原理圖
5.2.1.1.1 測量范圍
頻率為50Hz～50MHz，電容40pF～500pF，Q值10～600。
5.2.1.1.2 測量誤差
電容誤差：±（0.5%C+0.1pF），Q值±10%；有關儀器的測量誤差均為±10%。
5.2.1.2 變電鈉法
其測試原理如圖8所示。
C——可調電容；
L——諧振線圈；
CT——管形微調電容；
Cu——主電容；
Cx——試樣。
圖 8 高頻介質損耗儀原理圖
6、試樣：
6.1 試樣尺寸
6.1.1 方法A試樣尺寸見表4。
表 4 試樣尺寸 單位為毫米
試樣 | 尺寸 | 厚度 |
板狀 | 圓形：φ100 正方形：邊長100 | 軟質橡膠1.0±0.1 硬質橡膠2.0±0.2 |
管狀 | 管長100 |
6.1.2 方法B試樣尺寸見表5。
表 5 試樣尺寸 單位為毫米
試樣 | 尺寸 | 厚度 |
板狀 | 圓形：φ38，φ50、φ100 正方形：邊長100 | 軟質橡膠1.0±0.1 硬質橡膠2.0±0.2 |
管狀 | 管長50，管長70 |
6.2 試樣的制備
試樣的制備應符合GB/T 2941的規(guī)定，也可以在符合試樣厚度尺寸的膠板上用旋轉刀進行裁切，制樣方法的不同，其試驗結果無可比性。
6.3 試樣數(shù)量
試樣的數(shù)量不少于3個。
7、硫化與試驗之間的時間間隔：
試樣在硫化與試驗之間的時間間隔按GB/T2941的規(guī)定執(zhí)行。
8、試驗條件：
8.1 試樣表面應清潔、平滑，無裂紋、氣泡和雜質等，試樣表面應用蘸有無水乙醇的布擦洗。
8.2 試樣應在標準實驗室溫度及濕度下至少調節(jié)24h。
8.3當試樣處理有特殊要求時，可按其產(chǎn)品標準規(guī)定的進行。
9、試驗步驟：
9.1 方法A
9.1.1 試驗電壓為1000V～3000V，一般情況下為1000V，電源頻率為50Hz。
9.1.2 按設備說明書正確的連接。
9.1.3 接通電源預熱30min。
9.1.4 將試樣接人電橋C、的橋臂中，加上試驗電壓，根據(jù)電橋使用方法進行平衡，讀取R3和tanδ或C4的值。
9.2 方法B—諧振升高法（Q表法）
9.2.1 按照Q表的操作規(guī)程調整儀器，選定測量頻率，測定C1和Q1的值。
9.2.2 將試樣放入測試電極中，并調節(jié)電容器C，使電路諧振，達到大Q值記下調諧電容量C2和Q2的值。
9.2.3 將試樣從測試電極中取出，調節(jié)C或測試電極的距離，使電路重新諧振，記下C、或測試電極的校正電容值與Q值，并根據(jù)測試值計算出損耗角tanδ與介電常數(shù)ε。
9.2.4 其他高頻測試儀器按其說明書進行操作，通過測試值計算出損耗角tanδ和介電常數(shù)ε。
10、試驗結果：
10.1 方法A
10.1.1 介質損耗角正切值（tanδ）可在電橋上直接讀數(shù)，按式（1）進行計算：
tanδ=2πfR4C4×10-6…………………………（1）
式中：
π——3.14；
f——頻率50Hz；
R4——固定電阻阻值，單位為歐姆（Ω）；
C4——可變電容值，單位為微法（μF）；
10.1.2 介電常數(shù)（ε）的計算見表6。
表 6 介電常數(shù)的計算
tanδ | 板狀試樣 | 管狀試樣 |
≤0.1 | …………（2） | …………（3） |
>0.1 | …………（4） | …………（5） |
式中： d 試樣厚度，單位為厘米（cm）； CR 標準電容器電容量，單位為皮法（pF）， R4 固定電阻阻值，單位為歐姆（Ω）； R3 可變電阻阻值，單位為歐姆（Ω）； S 電極有效面積單位為平方厘米（cm2）； ……………………………（6）
L1 管狀試樣測量電極長度，單位為厘米（cm）； D 測量電極有效直徑，單位為厘米（cm）； DB 管外徑，單位為厘米（cm）； DA 管內(nèi)徑，單位為厘米（cm）； g 測量電極與環(huán)電極間距，單位為厘米（cm）； ln 自然對效； π 3.14。 | ||
10.2 方法B
10.2.1 電容的計算
10.2.1.1 諧振升高法
應用支架電極時按式（7）計算：
Cx=C1-C2+Ca…………………………………（7）
應用測微電極時按式（8）計算：
Cx=C’1-C’2+Ca……………………………（8）
10.2.1.2 變電納法（配用測微電極）：
按式（9）、式（10）計算：
Cx=C1-C2+Ca…………………………………（9）
其中：Ca= …………………………（10）
當電極直徑為38mm時，則Ca=1/d
式中：
Cx——試樣的并聯(lián)等值電容，單位為皮法（pF）；
C1——電極間距為試樣厚度d，且無試樣時諧振電容量，單位為皮法（pF）；
C2——有試樣時諧振電容量，單位為皮法（pF）；
C'1——極的校正電容值，單位為皮法（pF）；
C'——有試樣時，測微電極間距等于試樣厚度時，測微電極的校正電容值，單位為皮法（pF）；
C——試樣的幾何電容量，單位為皮法（pF）；
S——電極面積單位為平方厘米（cm2）；
d——試樣厚度，單位為厘米（cm）。
10.2.2 介電常數(shù)ε的計算
按式（11）計算：
………………………（11）
式中：
Cx——試樣的并聯(lián)等值電容，單位為皮法（pF）；
d——試樣的厚度，單位為厘米（cm）；
D——電極的直徑，單位為厘米（cm）。
10.2.3介質損耗角正切tanδ值的計算
10.2.3.1諧振升高法（Q表法）按式（12）計算：
……………………（12）
10.2.3.2 變電納法：各種高頻損耗測試儀配用測微電極使用時按式（I3）計算：
………………………（13）
式中：
C’——無電極時，諧振回路標準電容器指示值單位為皮法（pF）；
Q1——無試樣時，電極間距為d時，諧振Q值；
Q2——電極間有試樣時的諧振Q值；
△Ci—有試樣時兩次衰減至諧振峰0.707時，微調電容變化量，單位為皮法（pF）；
△C0——無試樣時兩次衰減至諧振峰0.707時，微調電容變化量，單位為皮法（pF）；
Cx——試樣的并聯(lián)等值電容，單位為皮法（pF）。
10.2.4 管狀試樣測試結果計算
10.2.4.1 試樣電容量按式（14）計算：
Cx=C1-C2…………………………（14）
式中：
C1——無試樣時，諧振電容量；
C2——有試樣時，諧振電容量。
10.2.4.2試樣介電常數(shù)按式（15）式（16）計算：
…………………………（15）
其中：…………………（16）
式中：
L——電極長度，單位為厘米（cm）；
D1、D2——管外徑和內(nèi)徑，單位為厘米（cm）。
10.2.4.3 損耗角正切值的計算
與Q表接線柱直接連線時按式（17）計算：
………………………（17）
當高頻介質損耗角測試儀與測微電極連接時按式（l8）計算：
………………………（18）
式中：
C1、Q1——無試樣時，諧振電容量及Q值；
C2、Q2——有試樣時，諧振電容量及Q值；
△Ci——有試樣時兩次衰減至諧振峰0.707時，微調電容變化量，單位為皮法（pF）；
△C0——無試樣時兩次衰減至諧振峰0.707時，微調電容變化量，單位為皮法（pF）。
注：不同試驗環(huán)境對試驗結果的影響因素參見附錄B。
10.3 試驗結果以每組試驗結果的中位數(shù)表示，取兩位有效數(shù)字。
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