QS37高压电桥/工频介电常数介质损耗测试仪

QS37型高压电容电桥

使用说明书

北京中航鼎力仪器设备有限公司

1.概  述                                                            

   QS37型高压电桥主要用于测量高压工业绝缘材料的介质损失角的正切值及电容量。其采用了西林电桥的经典线路。主要可以测量电容器，互感器，变压器，各种电工油及各种固体绝缘材料在工频高压下的介质损耗( tgd)和电容量( Cx)以，其测量线路采用“正接法”即测量对地绝缘的试品。本电桥特别适应测量各类绝缘油和绝缘材料的介损（tgd）及介电常数（ε）。

2.技术指标

2.1  测量范围及误差

2.2  电桥测量灵敏度

    电桥在使用过程中，灵敏度直接影响电桥平衡的分辨程度，为保证测量准确度，

希望电桥灵敏度达到一定的水平。通常情况下电桥灵敏度与测量电压、标准电容量

成正比。

    在下面的计算公式中，用户可根据实际使用情况估算出电桥灵敏度水平，在这

个水平上的电容与介质损耗因数的微小变化都能够反应出来。

          DC/C或Dtgd=Ig/U_wCn(1+Rg/R₄+Cn/Cx)   

         式中：Ｕ为测量电压                     伏特（Ｖ）

ω为角频率 2pf=314(50Hz)                            

          Ｃｎ标准电容器容量                    皮法（pＦ）

          Ｉｇ通用指另仪的电流5×10^-10           安培（Ａ）

          Ｒｇ平衡指另仪内阻约1500              欧姆（W）

          Ｒ₄桥臂R₄电阻值3183                  欧姆（W）

          Ｃｘ被测试品电容值                    皮法（ｐF）

2.3 工作电压说明

    本电桥原理上虽然不受实验电压的限制，但在实际使用中，高电压往往受副桥防护电压和桥臂功率以及标准电容的工作电压的限制，电压又要受到测量灵敏度的限制。在使用中，本电桥桥顶A，B对V点的电压高不超过11V（见图2）R3桥臂各盘的电流不超过下列规定：

          10X1kW            Imax£15mA

          10X100W           Imax£120mA

          10X10W            Imax£150mA

用户在使用前应注意以上的问题。如不清楚，可根据实验电压及标准电容量，按以下公式来计算出大概的工作电流。I=ωV C

2.4 电容量及介损显示精度：

    电容量： ±0.5%  Cx±3pF  

    介  损： ±0.5％tgd±1×10^-4

2.5 辅桥的技术特性：

    工作电压±12V，50Hz

    输入阻抗>10¹²　W

    输出阻抗>0.6 W

    放大倍数>0.99

    不失真跟踪电压  0～12V（有效值）

2.6 指另装置的技术特性：

    工作电压±12V

    在50Hz时电压灵敏度不低于1×10^-6V／格， 电流灵敏度不低于2X10^-9A／格

    二次谐波  减不小于25db

三次谐波  减不小于50db

3.1电桥外形图

3.2电桥结构介绍

QS37型高压电桥外形见图（１）所示。桥体部分为提高抗外部电磁场的干扰，结构上采用双屏蔽，主体由Ｃｘ，Ｃｎ，Ｒ_３，Ｒ_４及Ｃ_４组成。QS37型高压电桥由Ｒ_３，Ｒ_４和Ｃ４两桥臂组成半桥，另外半桥由Ｃｘ，Ｃｎ两桥臂通过双屏蔽电缆线与Ｒ_３，Ｒ_４和Ｃ_４连接，组成完整的西林电桥。电桥通过在顶桥A、B之间产生的不平衡电压，并在指另仪的μA表上观察电桥平衡情况。为了消除寄生参数，提高测量精度，本电桥采用等电位方法来消除寄生参数对主桥影响。这一部分辅与指另仪在本电桥中，已和主桥体有机的结合为一体。

3.3 特点

①辅桥自动平衡，简化操作过程。

②桥体具有双层屏蔽，抗干扰能力强。

③电桥所用转换开关，均采用轻压力开关，具有分档清淅、手感好、接触性

能良好、摩擦小、使用寿命长、全封闭不用清洗等优点。

④电桥采用的一切外部插头，插座，均能与国外高压标准电容器通用。

⑤为使电桥在实际使用中处于安全工作状态在桥顶Ａ，Ｂ与地之间各有一个

放电管，起辉电压为交流６０Ｖ左右。

3.4桥体的组成

    电桥各臂的组成

    臂：由被测对象Ｃｘ组成Ｚ₁。

    第二臂：由高压标准电容器Ｃｎ组成Ｚ₂。

    第三臂：由十进电阻器１０×（１０００＋１００＋１０＋１＋０．１）欧姆

和滑线电阻（０－0.13）欧姆组成Ｚ₃。

    第四臂：由十进电容臂１０×（０.１＋０.０１＋０．００１＋０．０００１）

Ｕ_Ｆ和可变电容器１００ｐＦ组成Ｃ_４再与电组Ｒ_４并联组成Ｚ_４。

4.电桥工作原理

QS37型高压电桥采用典型的西林电桥线路。结构采用了双层屏蔽。并通过辅桥的辅助平衡，消除寄生参数对电桥平衡的影响。辅桥由电位自动电位跟踪器与内层屏蔽（Ｓ）组成。自动电位跟踪器由电子元器件组成。它在桥顶Ｂ处取一输入电压，通过放大后，在内屏蔽（Ｓ）产生一个与Ｂ电位相等的电压。当电桥平衡时，Ａ，Ｂ，Ｓ三点电位必然相等，从而达到自动跟踪的目的,见图2。本电桥在平衡过程中，辅桥采用自动电位跟踪，在主桥平衡过程的同时，辅桥也自动跟踪始终处于平衡的状态，用户只要对主桥平衡进行操作就能得到可靠的所需数据。同时也有效地抑制了电压波动对平所带来的影响。在指另部分，采用了指针式电表指示，视觉直观，分辨清楚，克服了以往振动式检流计的缺点。

4.1 测试原理及公式推导：

    本装置所得测试结果，是基于电桥处于平衡的基础上得到的数据。当电桥处于来平衡状态时（桥顶Ａ，Ｂ处于电位不相等）指另仪上就有电流指示。其表达式为：Ｉg={(Ｚ₂Ｚ₃-Ｚ₁Ｚ₄)／[Ｚg(Ｚ₁+Ｚ₂)+Ｚ₁Ｚ₂(Ｚ₃+Ｚ₄)Ｚ₃Ｚ₄(Ｚ₁+Ｚ₂)}Ｕ

式中： Ｕ为施加在桥体上的测量电压

       Ｚ₁,Ｚ₂,Ｚ₃,Ｚ₄分别为桥体四个桥臂的组抗。

       Ｚｇ为指另仪的输入阻抗。

要使电桥平衡（Ｉｇ）就必使表达式中的Ｚ₂Ｚ₃－Ｚ₁Ｚ₄=０，而以上阻抗又可通过换算，后得出以下结论：

       Ｃｘ＝Ｒ_４×Ｃｎ／Ｒ_３

       tgd = ω· Ｒ_４· Ｃ_４

为方便用户读数实际电桥中tgd的数据为直读

在10K/π为C4直读、1K/π为C4乘以0.1

我们采取相对固定Ｒ_４电阻，分别调节Ｒ_３和Ｃ_４使桥路平衡，从而测得试品

的电容值Ｃｘ和介质损耗ｔｇ。本电桥为了直读出损耗值，取电阻Ｒ_４的阻值为角

频率（ｆ＝５０Ｈｚ）若干倍。

4.2 公式说明

a．频率对介质损耗正公式：

        本电桥额定的工作频率ｆ＝５０Ｈｚ，在实际工作频率偏离额定频率时可

用修正式进行修正：

        ｔｇ＝ｆ'·tgd／f

   式中:ｆ为额定工作频率（ｆ＝５０Ｈｚ）

        ｆ'为实际工作频率

        tgd  为电桥测得损耗值

        tgd  为被测试品介质耗角正切的实际值 

b．电容值Ｃｘ的测量

             Ｃｘ＝Ｒ_４Ｃｎ／（Ｒ_３＋Ｒ_０）

                    Ｃｘ  被测电容值

              Ｒ_４，Ｃｎ  为电桥固有值  

                    Ｒ_３  为桥读数值  

              Ｒ_０为Ｒ_３桥臂上零电阻  

上式中可知Ｒ_３电阻越大，Ｒ_０对测量误差影响越小。

C.将平整干净的试样放入上、下电之间，试样应覆盖整个测量电表面，在高压电桥上测量并记录此时的电容C_X和损耗角tgδ，此时tgδ为直读值。ε_r以下式计算：

ε_r=C_X*h/(0.08854*A)

式中:

C_X---实测电容值(pF)

h----试样总厚度(cm)

A(电有效面积)-----π(d+0.2) ²/4(cm) ²

5.装置的成套性

①ＱＳ37型高压电桥                                      1套

②FY108型电位自动跟踪器                                 1台

③AZ21b型指零仪                                         1台

④双屏蔽测量电缆                                         2根

⑤转换接线盒                                             1只

⑥电源线                                                 1根

⑦使用说明书                                             1份

6.安全操作规程

①本仪器必须由专人负责保管，使用，非专职操作者应在使用前了解和熟悉

本说明书，以免造成不必要的损失和事故。

②每次使用前应仔细检查接地线是否完好，确保以后方可通电使用。

③接通电源前应将灵敏度开关调到位置。

④测量试品前应先对试品进行高压试验，证明在电桥工作电压下无噪声，电离等现象出现，然后才能进行测试（若试品已做过高压试验，该项可不必每次测量都做）。

⑤对试品施加高压时缓慢升高，不可以加突变电压。

⑥测试时操作人员必须集中思想，工作前做好一切准备工作，测试地点周围

应有明显的标记或金属屏蔽围成高压危险区，以防止非操作人员闯入。

⑦在测量过程中，如有放电管发光时，则必须及时切断电源，仔细检查接线

及试品都无击穿，待检查排除故障后，再进行高压测量工作。

7.操作方法

7.1测试前的准备工作

①按图（3）所示，连接标准电容Ｃｎ与被测电容Ｃｘ，并且将标准电容与被测电容尽可能远离，以防止互相之间干扰。如选用内部标准电容器，只需连接被测试品即可。

②检查周围是否有强电磁场干扰，应尽量避免。

③检查大地线是否牢靠，以保证操作人员的安全，应检查电桥上的（⊥）与大

地是否接触良好。

④检查电桥的灵敏度开关是否已回另位。

⑤检查试品的绝缘强度，应符合大于２Ｕ＋１的标准。

⑥对试品施加试验电压（按部标或所规定的专业标准进行）。

7.2试品的测试

①在不知道被测试品的大概容量及损耗时，可先施加少许的电压，找到粗平衡

点后，再把工作电压升到所需的值，然后再寻找细平衡点。

②在测量时，灵敏度开关是按从小到大的规律来调节的。

③在测量时，Ｒ_３开关时按从左至右的规律来调节的。 

④在测量时，Ｃ_４开关时按从右至左的规律来调节的。

⑤整个测量步絮：首先检查接线无误后，方可通电试验。第二升起试验电压，并调节灵敏度开关，使Ｕ_Ａ表头有明显的指示。此时表明电桥没有平衡。第三调节Ｒ_３开关，顺序从左至右。这时通过观察表头来观察电桥的平衡状况。如表头已回另，可再加大灵敏度。应总保持能明显地观察到调节Ｒ_３时，电桥的平衡状况。第四在某一点上用户会发现，调节Ｒ_３已无法使表头再回到另位。这时可调节Ｃ_４开关，顺序时从右至左，把表头指针调节到小位。第五用户在调节Ｃ_４到某一点时又会发现无法将指针调回另位。这时又要去调节Ｒ_３开关，调节的位数是上一次调节Ｒ３的后位，然后又会出现第四点时的问题，又必须要调节Ｃ_４开关．．．就这样来回往复地调节Ｒ_３和Ｃ_４两组开关，直至灵敏度开关时，并指针回另（或指另仪指示到小）。表明电桥已达到平衡。

⑥测量完毕后或在暂停测量时，应将另仪的灵敏度开关降至“０”，再将测量电压降至另并切断电源开关，根据计算公式，算出被测试品的容量及介损值。 

8.护保管及免费修理期限

①装置在运输过程中或放置仪器时应避免受剧烈震动。

②放置或储存仪器的地点应保持干燥，清洁，避免腐蚀性气体侵入仪器。

③若仪器在长时间不用（若不常用）应定期给仪器通电，以防止内部受潮。

④本电桥为高精度实验室高压电桥，应注意保管，其环境温度为0~+40℃，相对湿度不超过８５％，且在空气中不应含有足以引起会集腐蚀的有害物质。

⑤产品自制造厂发货日期起36个月内，当用户在*遵守使用说明书中所规定的保管及使用规则下，发现产品质量问题和不能正常工作时，制造厂应负责免费给予修理或更换。

⑥制造厂负责终身维修。