介電常數(shù)測試儀

一、概述

ZJD-C介質(zhì)損耗及介電常數(shù)測試儀能在較高的測試頻率條件下，測量高頻電感或諧振回路的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正切值，電工材料的高頻介質(zhì)損耗，高頻回路有效并聯(lián)及串聯(lián)電阻，傳輸線的特性阻抗等。該儀器廣泛地用于科研機關(guān)、學(xué)校、工廠等單位。

ZJD-C介質(zhì)損耗及介電常數(shù)測試儀是中航時代公司研制的產(chǎn)品。它以DDS數(shù)字直接合成方式產(chǎn)生信號源，頻率達160MHz，信號源具有信號失真小，頻率精確、信號幅度穩(wěn)定的優(yōu)點，更保證了測量精度的精確性，主電容調(diào)節(jié)用步進馬達控制，頻率和電容值可設(shè)置，電容、電感、Q值、頻率、量程都用數(shù)字顯示。在某一頻率下，只要能找到諧振點，都能直接讀出電感、電容值，大大擴展了電感的測量范圍，而不再是固定的幾個頻率下才能測出電感值的大小。ZJD-C*的諧振點頻率自動搜索或電容自動搜索功能，能幫助你在使用時快速地找到被測量器件的諧振點，自動讀出Q值和其它參數(shù)。Q值量程可手動或自動轉(zhuǎn)換。

二、工作特性

   1．Q值測量

   a．Q值測量范圍：2～1023。

   b．Q值量程分檔：30、100、300、1000、自動換檔或手動換檔。

c．標稱誤差

頻率范圍（100kHz～10MHz）： 頻率范圍（10MHz～160MHz）：

固有誤差：≤5％±滿度值的2% 固有誤差：≤6％±滿度值的2%

工作誤差：≤7％±滿度值的2% 工作誤差：≤8％±滿度值的2%

   2．電感測量范圍：4.5nH~7.9mH

3．電容測量：1~205

主電容調(diào)節(jié)范圍：18～220pF

準確度：150pF以下±1.5pF； 150pF以上±1%

   注：大于直接測量范圍的電容測量見后頁使用說明

   4．信號源頻率覆蓋范圍

 頻率范圍CH1:0.1～0.999999MHz, CH2: 1～9.99999MHz,

 CH3:10～99.9999MHz, CH1 :100～160MHz,

   5．Q合格指示預(yù)置功能:      預(yù)置范圍：5～1000。

   6．-B測試儀正常工作條件

   a.  環(huán)境溫度：0℃～+40℃；

   b．相對濕度：<80％；

   c．電源：220V±22V，50Hz±2.5Hz。

   7．其他

   a．消耗功率：約25W；

   b．凈重：約7kg；

   c. 外型尺寸：（l×b×h）mm：380×132×280。

三、工作原理

     1．“Q”的定義

     ZJD-C測試儀是根據(jù)串聯(lián)諧振原理設(shè)計，以諧振電壓的比值來定位Q值。

“Q”表示元件或系統(tǒng)的“品質(zhì)因數(shù)”，其物理含義是在一個振蕩周期內(nèi)貯存的能量與損耗的能量之比。對于電抗元件(電感或電容)來說，即在測試頻率上呈現(xiàn)的電抗與電阻之比。

或   …………………………… (1)

圖  一

在圖（一）所示的串聯(lián)諧振電路中，所加的信號電壓為Ui，頻率為f，在發(fā)生諧振時：

 或  ………………………………(2)

    回路中電流  ……………………………………………(3)

故電容兩端的電壓 

                  …………………………………(4)

 即諧振時電容上的電壓與輸入電壓之比為Q。

    -B測試儀就是按上述原理設(shè)計的。

    2．-B測試儀整機工作原理（見圖二）

圖  二

ZJD-C型測試儀的工作原理框圖如圖二所示。它以ATM128單片計算機作為控制核心，實現(xiàn)對各種功能的控制。DDS數(shù)字直接合成信號源為Q值測量提供了一個優(yōu)質(zhì)的高頻信號。信號源輸出一路送到程控衰減器和自動穩(wěn)幅放大控制單元，該單元根據(jù)CPU的指令對信號

衰減后送往信號激勵放大器，同時對信號檢波后送出一直流控制信號到壓控信號源實現(xiàn)自動穩(wěn)幅。信號激勵部分輸出送到一個寬帶分壓器，由分壓器饋給測試調(diào)諧回路一個恒定幅度的信號。當測試回路處于諧振狀態(tài)時，在調(diào)諧電容CT兩端的信號幅度將是分壓器提供的信號幅度Q倍。在CT兩端取得的調(diào)諧信號被信號放大單元適當放大后送到檢波和數(shù)字取樣單元，檢波后送到控制中心CPU去進行數(shù)據(jù)處理。

調(diào)諧電容有步進馬達帶動，根據(jù)不同電容值由CPU計算脈沖數(shù)去控制馬達。電容值可預(yù)置并可電容搜索。  

工作頻率值、頻段、主調(diào)電容器值、諧振電感值、Q值、Q值比較設(shè)置狀態(tài)、Q值量程、手/自動狀態(tài)、頻率或電容搜索指示、Q值調(diào)諧指示帶、，都顯示液晶屏上，如圖三所示。

圖  三

整個顯示屏共分為四行

先進行：左邊  信號源頻率指示，共6位

        右邊  信號源虛擬頻段指示（1-4）

第二行：左邊  調(diào)諧電容指示值，4位

        右邊  電感指示值，4位

第三行：左邊  Q值指示值    

右邊  Q值合格比較狀態(tài) 

第四行：左邊  Q值量程，手動/自動切換指示/調(diào)諧點自動搜索指示

右邊上部  Q值量程范圍指示 

右邊下部  Q值調(diào)諧光帶指示 

四、結(jié)構(gòu)特性

    ZJD-C測試儀采用了較低的臺式機箱，面板采用PC絲印面板，美觀大方。

    各主要功能單元，除了顯示部分為了顯示方便和調(diào)諧測試回路、放大單元為了減小分布參數(shù)，安裝在面板上外，其余都安裝在機內(nèi)底板上。見圖四面板示意圖。 

A．前面板各功能鍵說明：

                    四  ZJD-C測試儀前面板和外形示意圖

1．工作頻段選擇/1按鍵，每按一次，切換至低一個頻段工作；先按12鍵后,再按此鍵，功能為數(shù)字鍵1。

2. 工作頻段選擇/2按鍵，每按一次，切換至高一個頻段工作；先按12鍵后,再按此鍵，功能為數(shù)字鍵2。

3．Q值低一檔量程選擇（手動方式時有效）/3按鍵；先按12鍵后,再按此鍵，功能為數(shù)字鍵3。

4．Q值高一檔量程選擇（手動方式時有效）/4按鍵；先按12鍵后,再按此鍵，功能為數(shù)字鍵4。

5．諧振點頻率搜索/5按鍵，按此鍵顯示屏第四行左部出現(xiàn)SWEEP時，表示儀器正工作在頻率自動搜索被測量器件的諧振點，如需退出搜索，再按此鍵；先按12鍵后,再按此鍵，功能為數(shù)字鍵5。

6．諧振點電容搜索/6按鍵，按此鍵后，電容指示不斷在變化、步進馬達發(fā)出輕微的聲響時儀器正工作在電容自動搜索被測量器件的諧振點，如需退出搜索，再按此鍵；先按12鍵后,再按此鍵，功能為數(shù)字鍵6。

7．Q值合格范圍比較值設(shè)定/7按鍵，按此鍵后，顯示屏第三行右部出現(xiàn)COMP字符，當Q合格時，顯示OK，並同時鳴響蜂鳴器，Q不合格時，顯示NO。設(shè)置Q值合格范圍詳細說明見后頁。先按12鍵后,再按此鍵，功能為數(shù)字鍵7。

8．Q值量程自動/手動控制方式選擇/8按鍵，按此鍵后，顯示屏第四行左部出現(xiàn)D對應(yīng)的指示：AUTO（自動），MAN（手動）；先按12鍵后,再按此鍵，功能為數(shù)字鍵8。

9．數(shù)字鍵9，先按12鍵后有效。

10．數(shù)字鍵0，先按12鍵后有效。

11．小數(shù)點鍵, 先按12鍵后有效。

12．復(fù)合鍵頻率/電容按鍵，*次按下（頻率指示數(shù)在閃爍）為頻率數(shù)輸入，單位為MHz。例：要輸入79.5MHz，按一次此鍵，頻率指示數(shù)在閃爍，然后輸入79.5，再按一下此鍵即可。第二次按下（電容指示數(shù)在閃爍）為電容數(shù)輸入，數(shù)輸入要滿4位。例：要輸入79.5P，按二次此鍵，電容指示數(shù)在閃爍，然后輸入0795，要輸入180.5P，輸入1805，有效數(shù)后為0的，可以不輸入0直接再按一下此鍵結(jié)束輸入。

13．頻率調(diào)諧數(shù)碼開關(guān)。

14．電容調(diào)諧數(shù)碼開關(guān)。

15．電源開關(guān)。

16．液晶顯示屏。

17．測試回路接線柱，AS28563A后邊兩個為電感接入端，前邊兩個為外接電容接入端。

18．電感測試范圍所對應(yīng)頻率范圍表。

B．后面板各功能鍵說明

圖  五  ZJD-C測試儀后面板示意圖

1．～220V電源輸入三芯插座，內(nèi)含保險絲0.5A／220V。

2．信號源工作頻率監(jiān)測輸出端（阻抗1kΩ）。

五、使用方法

高頻ZJD-C測試儀是多用途的阻抗測量儀器，為了提高測量精度，除了使-B測試儀測試回路本身殘余參量盡可能地小，使耦合回路的頻響盡可能地好之外，還要掌握正確的測試方法和殘余參數(shù)修正方法。

1．測試注意事項

a．本儀器應(yīng)水平安放。

b．如果你需要較精確地測量，請接通電源后，預(yù)熱30分鐘。

c．調(diào)節(jié)主調(diào)電容數(shù)碼開關(guān)時，當接近諧振點時請緩調(diào)。

d．被測件和測試電路接線柱間的接線應(yīng)盡量短，足夠粗，并應(yīng)接觸良好、可靠，以減少因接線的電阻和分布參數(shù)所帶來的測量誤差。

e．被測件不要直接擱在面板頂部，離頂部一公分以上，必要時可用低損耗的絕緣材料如聚苯乙烯等做成的襯墊物襯墊。

f．手不得靠近試件，以免人體感應(yīng)影響造成測量誤差，有屏蔽的試件，屏蔽罩應(yīng)連接在低電位端的接線柱。

2．高頻線圈的Q值測量(基本測量法)

  A．直接法

  a．將被測線圈接在“Lx”接線柱上；

  b．選擇適當?shù)墓ぷ黝l段和工作頻率；

  c．先調(diào)調(diào)諧電容器到諧振點，即ZJD-C測試儀讀數(shù)達zui大，此讀數(shù)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(yīng)先測出線圈分布電容C0，然后照下式修正：

C1是調(diào)諧電容器諧振時讀數(shù)，如諧振時C1的讀數(shù)很大，C0只占很小比例，則有效Q值(Qe)和真實Q值(QT)差別可以忽略。

當Q值量程選擇自動切換時，在調(diào)諧時，如遇量程自動轉(zhuǎn)換，應(yīng)停頓一下，待Q值穩(wěn)定后，根據(jù)讀數(shù)值變大或變小，確定繼續(xù)調(diào)電容的方向。

B．變?nèi)莘?/span>

a．照直讀法“a-d”進行，記下諧振時電容讀數(shù)C1和Q1；

b．調(diào)節(jié)主調(diào)電容數(shù)碼開關(guān)，使Q值二次指示均為Q1的0.707時，記下此時兩次電容讀數(shù)的差數(shù)ΔC。

倘要得到精確結(jié)果，則線圈的分布電容應(yīng)加在C1之內(nèi)，并應(yīng)使主調(diào)電容作多次偏調(diào)，然后取其平均讀數(shù)。

測Q值較高的線圈時，Q值下降到0.707 Q1時，電容偏調(diào)很小，讀數(shù)誤差較大，這時可將主電容作較大偏調(diào)(10％以內(nèi))，記下偏調(diào)數(shù)ΔC和偏調(diào)后的Q值讀數(shù)Q2，這時Q值表達式為：

C. 變頻法

a．按直讀法“a-d”進行，記下諧振時讀數(shù)C1和Q1以及頻率讀數(shù)f0。

b．改變信號源的頻率使Q值二次指示為Q1的0.707(一次容性失諧，一次感性失諧)，記下此時二次頻率讀數(shù)差值Δf。這時回路的真實QT為：

考慮到線圈的分布電容時，線圈的有效Q值為：

    變頻法測量Q值一般表達式(未考慮分布電容)：

注：Δf是頻率偏調(diào)數(shù)，Q1為諧振時-B測試儀讀數(shù)，Q2是偏調(diào)后-B測試儀讀數(shù)。

3．高頻線圈電感值的測量

a．將被測線圈接在“Lx”接線柱上，接觸要良好；

b．根據(jù)線圈大約電感值，按所需選一個合適的頻率以保證能諧振；

c．如要得到真實電感數(shù)(LT)，必須先測得電感分布電容量C0，如分布電容較小的話，在調(diào)到諧振點后，記下主調(diào)電容C1，然后再將主調(diào)電容量調(diào)在“C1+C0”值上，這時度盤的電感讀數(shù)乘以對應(yīng)的倍數(shù)，就是所求真實電感讀數(shù)，也可按以下公式計算求得：

f被測電感小于1μH時，按上法測得電感值還應(yīng)減去儀器中測試回路本身剩余電感“L0”(QBG-3D L0=26nH)。

4．高頻線圈分布電容C0的測量

A．倍頻率法

如線圈的分布電容較大，可用此法作近似測試。

將被測線圈按在“Lx”接線柱上，調(diào)調(diào)諧電容器到zui大電容數(shù)值，調(diào)訊號源頻率到諧振，令諧振時頻率和指示調(diào)諧電容分別是f1和C1。然后將訊號源頻率調(diào)到f2(f2=n f1)，再調(diào)電容器度盤到諧振點，此時電容讀數(shù)為C2，根據(jù)下式即可求出分布電容量(測量時微調(diào)電容到零)。

如取n=2，則為：C0=（C1－4C2）/ 3

若取不同C1進行多次測量后取一個平均值，則測試結(jié)果將較為準確。

   B．自然頻率法(此法可獲得較準確的結(jié)果)

   a．將被測線圈接在“Lx”接線柱上；

   b．將微調(diào)電容器度盤調(diào)至零，調(diào)諧電容器度盤調(diào)到zui大電容值C1； 

   c．調(diào)訊號源頻率，使回路諧振，該頻率為f1；

   d．取下被測線圈，換上一個能在調(diào)諧電容器調(diào)節(jié)范圍內(nèi)和十倍于f1頻率諧振的電感；

   e．訊號源調(diào)到10 f1位置，調(diào)節(jié)調(diào)諧電容器到諧振點；

   f．將被測線圈接在"Cx”兩端，調(diào)節(jié)調(diào)諧電容器達諧振，此時視電容讀數(shù)是增加還是減小。若增加，則應(yīng)將振蕩器頻率調(diào)高些，若減小，則頻率調(diào)低些。

   g．再取下被測線圈，調(diào)節(jié)主調(diào)電容達到諧振；

   h．重復(fù)步驟“f”、“g”直到某一頻率，被測線圈接上“Cx”兩端和不接上均不改變諧振點，這一頻率即為被測線圈的自然諧振頻率f2，它的C0數(shù)值為：

C0=C1 (f1／f2)2

  注：測量中所需輔助線圈可由LKI-l電感組提供便利。

  5．電容器容量的測量

  A. 在測量范圍內(nèi)的小于主調(diào)電容量的電容器的測量

a．選一個適當?shù)闹C振電感接到“Lx”的兩端；

b．將調(diào)諧電容器調(diào)到zui大值附近，令這個電容是C1，如未知電容是小數(shù)值的，C1應(yīng)調(diào)到較小電容值附近，以便達到盡可能高的分辨率；

c．調(diào)訊號源的頻率，使測試回路諧振，令諧振器Q的讀數(shù)為Q1；

d．將被測電容接在“Cx”兩端，調(diào)節(jié)調(diào)諧電容器，使測試電路再諧振，令新的調(diào)諧電容值為C2和指示Q值為Q2。

被測電容的有效電容為 Cx= C1－C2

電容器損耗角正切為

電容器的有效并聯(lián)電阻為

C0為回路諧振電感的自身電容。

B．大于調(diào)諧電容量的電容器用可替代法測量

a. 取一只適當容量的標準電容量，其容量為C3，將它接在“Cx”接線柱上。

b．按5A／a-c各測試步驟；

c．取下標準電容器，將被測電容接到"Cx”接線柱，調(diào)節(jié)調(diào)諧電容器到諧振，此時主調(diào)電容量讀數(shù)為C2，則Cx可由下式

得到：

               Cx=C3+ C1－C2

6．Q合格范圍預(yù)置功能使用

Q合格范圍預(yù)置功能特別適用于工廠需大批量測試某同一規(guī)格元件的Q值，當該元件Q值超過某一給定值或在一定范圍內(nèi)即為合格，這時液晶顯示屏顯示“OK”，儀器同時嗚叫提醒，這樣可減輕工人視力疲勞，同時大大加快了測試速度。

Q合格范圍預(yù)置的步驟（例150-170）：

a．選擇要求的測試頻率；

b．用一只合格元件或一只輔助線圈調(diào)諧主調(diào)電容，使Q值讀數(shù)指示在所需預(yù)置Q值位置上；例150，按一下Q值設(shè)置鍵，使顯示屏第三行顯示“COMP OK”，同時儀器發(fā)出嗚叫聲，Q值大于150值，液晶屏第三行顯示“COMP 150”。

 c．再調(diào)諧主調(diào)電容，使Q值讀數(shù)指示在所需預(yù)置Q值位置上；例170，再按一下Q值設(shè)置鍵，液晶屏第三行顯示“COMP 170150”，此時Q合格范圍預(yù)置功能的設(shè)置就結(jié)束了。

d．換上要測試的器件，微調(diào)諧振電容至諧振點，如果該器件的Q值在設(shè)定范圍內(nèi)（例150-170），Q合格指示“comp OK”，同時儀器發(fā)出嗚叫。如果該器件的Q值設(shè)定超出該范圍，Q合格指示“comp NO”，如需取消已設(shè)置的合格值，只要再按一下設(shè)置鍵即可。

7．諧振點頻率自動搜索功能的使用

如果你對電感元件無法確定它的數(shù)值時，你就可用該功能來幫你尋找出它的諧振頻率點。步驟如下：

a．把元件接以接線柱上；

b．主調(diào)電容調(diào)到約中間位上；

c．按一下頻率搜索按鍵，顯示屏左下部顯示“FSWEEP”，儀器就進入搜索狀態(tài)。

儀器從zui低工作頻率一直搜索到zui高工作頻率，如果你的元件諧振點在頻率覆蓋區(qū)間內(nèi)，搜索結(jié)束后，將會自動停在元件的諧振頻率點附近。

如果臨時要退出搜索狀態(tài)，可再按一次搜索鍵，儀器會退出搜索操作。

8．諧振點電容自動搜索功能的使用

如果你想在已知的頻率找出被測量器件的諧振頻率點時，你就可用該功能來幫你尋找出它的諧振點。步驟如下：

a．把元件接以接線柱上；

b．頻率設(shè)置為所需的頻率；

c．按一下電容搜索按鍵，儀器就進入電容搜索狀態(tài)，顯示屏左下部顯示“CSWEEP”，

儀器從zui小電容一直搜索到zui大電容，如果你的元件諧振點在電容覆蓋區(qū)間內(nèi)，搜索結(jié)束后，主電容將會自動停在元件的諧振頻率點附近。

如果臨時要退出搜索狀態(tài)，可再按一次搜索鍵，儀器會退出搜索操作。

9．頻率調(diào)諧開關(guān)的使用。

ZJD-C的頻率調(diào)諧采用了數(shù)碼開關(guān)，它能辨別使用者的要求，來調(diào)節(jié)頻率變化的速率(頻率變化值／檔)，在你快速調(diào)節(jié)該開關(guān)時，頻率變化速率也加快。當你緩慢調(diào)節(jié)開關(guān)時，頻率變化速率也慢下來。因此在調(diào)諧時接近所需的頻率時，應(yīng)放緩調(diào)節(jié)速度。當你調(diào)節(jié)的頻率超出工作頻段的頻率時，儀器會自動選擇低一個或高一個頻段工作。

六、維修

1．新購儀器的檢查

新購的儀器能先用LKI-2電感組，將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(shù)，電容讀數(shù)等多次測得數(shù)及測試環(huán)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。

LKI-2電感組是測試時作輔助電感用的，不能把這些電感當作高精度的標準電感看待。隨著測試環(huán)境條件不同，測得電感器Q值和分布電容可能略有不同。

2．使用和保養(yǎng)

高頻ZJD-C測試儀是比較精密的阻抗測量儀器，在合理使用和注意保養(yǎng)情況下，才能保證長期穩(wěn)定和較高的測試精度。

a．熟悉本說明書，正確地使用儀器；

b．使儀器經(jīng)常保持清潔、干燥；

c．本儀器保用期為18個月，如發(fā)現(xiàn)機械故障或失去準確度，可以原封送回本廠，免費修理。

3．電感組

    LKI-2電感組是測試作輔助用的，它含有10個屏蔽罩屏蔽的電感。這些電感具有較高的Q值。各電感的電感量等數(shù)據(jù)如附表一。

附表一  LKI-2電感組，ZJD-C選配電感

七、產(chǎn)品的交收檢驗

1．檢驗環(huán)境要求

a．環(huán)境溫度：20℃±2℃  相對濕度<50％；

b．供電電源：220V±10V  50Hz±1Hz；

c．被檢設(shè)備要預(yù)熱30分鐘以上。

2．檢驗設(shè)備要求

a. 設(shè)備應(yīng)在計量后的有效使用期內(nèi)；

b. 檢驗設(shè)備應(yīng)按儀器規(guī)定預(yù)熱。

3．Q值指示檢驗

a．檢驗設(shè)備：BQG-2標準線圈一套；

b．把標準Q值線圈接入ZJD-C測試儀電感接線柱上；

c．選擇標準Q值線圈所規(guī)定的檢定頻率；

d．ZJD-C測試儀的Q值讀數(shù)的相對誤差應(yīng)符合二.1.C條固有誤差所規(guī)定。

4．調(diào)諧電容器準確度檢驗

a. 測試時如發(fā)現(xiàn)干擾，應(yīng)斷開內(nèi)部信號源。 

b．設(shè)備連接如圖六所示，連接線應(yīng)盡量短，盡可能減小分布電容；

圖  六

c．電容測試儀技術(shù)指標

   測試范圍：10-550pF、±5pF；

   測試精度：10-550pF±0.1％、±5pF±0.05pF；

d．調(diào)諧電容器刻度盤上指示值與電容測試儀指示值之間誤差應(yīng)符合二.3.條規(guī)定。

5．頻率指示誤差檢驗

a．設(shè)備連接如圖七所示

圖  七

b．從后面板的頻率監(jiān)測端用BNC電纜連至頻率計數(shù)器輸入端；

c．頻率計數(shù)器技術(shù)要求

   測量范圍：10Hz-1000MHz；

    測量誤差：<1×10-6；

    測量靈敏度：<30mV；

d．測試線要求：高頻電纜$YV-50-3；

e．-B測試儀頻率指示值與頻率計數(shù)器讀數(shù)值間的誤差應(yīng)符合二.4.條規(guī)定。

附：貼片元件測試夾具使用方法

當采用我公司生產(chǎn)的QBG-3D/3E及ZJD-C測試儀及配上相應(yīng)的貼片元件測試夾具時可對貼片電容及貼片電感進行電容量、電感量及Q值、tgδ值的測量，測量時只要將測試夾具接入相應(yīng)的Lx或Cx接線柱內(nèi)，然后按說明書中“3”高頻線圈電感值的測量及“5”電容器電容量的測量方法進行測量。

注意：因貼片元件尺寸較小，規(guī)格又不盡相同，因此放入夾具時應(yīng)保持盡量居中并保證接觸良好。

在測量小電感時，為了測試值的正確性，測得的讀數(shù)應(yīng)減去儀器的測試回路的剩余電感值，QBG-3D約27nH，QBG-3E約26nH，ZJD-C約7nH（包括測試夾具）。