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合格指示預置功能:      預置范圍：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．本儀器應水平安放。

b．如果你需要較精確地測量，請接通電源后，預熱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盡量短，足夠粗，并應接觸良好、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，以免人體感應影響造成測量誤差，有屏蔽的試件，屏蔽罩應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加在C1之內(nèi)，并應使主調(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合格范圍預置功能使用

Q合格范圍預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)備要預熱30分鐘以上。

2．檢驗設(shè)備要求

a. 設(shè)備應在計量后的有效使用期內(nèi)；

b. 檢驗設(shè)備應按儀器規(guī)定預熱。

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，應斷開內(nèi)部信號源。 

b．設(shè)備連接如圖六所示，連接線應盡量短，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）。