高壓數字電橋測試儀
BQS-37a（QS-37a）型高壓電橋采用典型的西林電橋線路。橋臂在基本量程時，與R4橋臂并聯，測量數值為正損耗因數。結構采用了雙層屏蔽（歡迎免費注冊，登陸中國涂料在線（涂料在線）行業門戶網址www.zx446.com，免費發布供求，免費發布產品，免費發布企業動態）。并通過輔橋的輔助平衡，消除寄生參數對電橋平衡的影響。輔橋由電位自動電位根宗器與內層屏蔽（S）組成。
測量項目測量范圍測量誤差
高壓數字電橋測試儀公式說明頻率對介質損耗正公式：
電橋各臂的組成內附標準電容損耗﹤0.00005，名義值100pF
內附高壓電源晶度3%
Cx被測試品電容值 法拉(pF)
輔橋的技術特性：測量項目測量范圍測量誤差
儀器內部電阻及電容元件經特殊老化處理，使儀器技術性能穩定可靠。
高壓數字電橋測試儀二次諧波 減不小于25dB
在Cn=100 pF R4=318.3（Ω）時
在50Hz時電壓靈敏度不低于1×10-6V/格
本電橋的環境溫度為20±5℃，相對濕度為30%-80%條件下，應滿足下列表中的技術指示要求。
tgδ=ω·R4· R4[Ω] [F]
tgδ=0.1 三次諧波 減不小于50dB
在使用中，本電橋頂A，B對V點的電壓Z高不超過11V，R3橋臂各盤的電流不超過下列規定：
介損損耗tgδ0-1±1.5% tgδx±0.0001
電橋在使用過程中，靈敏度直接影響電橋平穩衡的分辨程度，為保證測量準確度，希望電橋靈敏度達到一定的水平。通常情況下電橋靈敏度與測量電壓，標準電容量成正比。
ΔC/C或Δtgδ=Ig/UωCn(1+Rg/R4+Cn/Cx)
Ig通用指零儀的電流5×10-10 安培(A)
電流靈敏度不低于2×10-9 A/格
技術指標D150-1998(2004) 固體電絕緣材料的交流損耗特性及介電常數的試驗方法其采用了西林電橋的經典線路，內附0-2500的數顯高壓電源及100PF標準電容器，并可按用戶要求擴裝外接標準電容線路。
當R4=10K/πtgδ= 10×100Ω 1max≤120mA
自動根宗器由電子元器件組成。它在橋頂B處取一輸入電壓，通過放大后，在內屏蔽（S）產生一個與B電位相等的電壓。當電橋在平衡時，A,B,S三點電位必然相等，從而達到自動根宗的目的。
Cx=R4×Cn / R3 R4[Ω] R3[Ω] Cn[pF] Cx[pF]
弟四臂：由十進電容臂10×（0.1＋0.01＋0.001＋0.0001）uf和可變電容器100pF組成再與電組R4并聯組成Z4。在下面的計算公式中，用戶可根據實際情況估算出電橋靈敏度水平，在這個水平上的電容與介質損耗因數的微小變化都能夠反應出來。
指零裝置的技術特性：
電橋采用接觸電阻小，機械壽命長的十進開關，保證測量的穩定性
弟三臂：由十進電阻器10×（1000＋100＋10＋1＋0.1）歐姆和滑線電阻（0-0.13）歐姆組成Z3。
R4橋臂R4阻值3183 歐姆(Ω)
用戶在使用前應注意以上的問題。如不清楚，可根據實驗電壓及標準電容量，按以下公式來計算出大概的工作電流。
橋體的組成儀器具有雙屏蔽，能有效防止外部電磁場的干擾。
10×1kΩ 1max≤15mA
10×10Ω l max≤150mA
工作電壓說明本電橋額定的工作頻率f=50Hz，在實際工作頻率偏離額定頻率時可用修正式進行修正：電容量Cx40pF—20000pF±0.5% Cx±2pF介損損耗tgδ0-0.1±1.5% tgδx±0.0001
電橋的特點；橋體內附電位根宗器及指零儀，外圍接線及少。
當R4=1K/π弟貳臂：由高壓標準電容器Cn組成Z2。
我們采取相對固定R4電阻，分別調節R3和使橋跟平衡，從而測得試品的電容值Cx和介質損耗tg。本電橋為了直讀出損耗值，取電阻R4的阻值為角頻率（f=50Hz）若干倍。
電容量Cx4pF—2000pF±0.5% Cx±3pF
電橋工作原理在Cn=100 pF R4=3183.2（Ω）時不失真根宗電壓0～11V（有效值）
I=ω V C 弟壹臂：由被測對象Cx組成Z1。電橋測量靈敏度
計算公式Rg平衡指零儀內阻約1500 歐姆(Ω)
式中: U 為測量電壓 伏特 (ω為角頻率2πf=314(50Hz) Cn標準電容器容量 法拉(F)
測量范圍及誤差本電橋在平衡過程中，輔橋采用自動電位根宗，在主橋平衡過程的同時，輔橋也自動根宗始終處于平衡的狀態，用戶只要對主橋平衡進行操作就能得到可靠的所需數據。
同時也有效的抑制了電壓波動對平衡所帶來的影響。在指零部分，采用了指針式電表指示，視覺直觀，分辨清楚，克服了以往振動式檢流計的缺點。
高壓西林電橋介電常數測試儀研究報告
摘要高壓西林電橋（Schering Bridge）是一種經典的高精度介電常數測量裝置，廣泛應用于電力設備絕緣材料、高分子聚合物、陶瓷等材料的介電性能測試。本報告系統闡述了高壓西林電橋的工作原理、儀器結構、測試流程及實驗案例分析，并探討其在高壓條件下的修正方法及未來發展方向。
引言介電常數（ε）是衡量材料極化能力的重要參數，直接影響材料的絕緣性能、儲能特性及電磁場分布。在電力系統、電子元件制造和材料科學研究中，準確測量介電常數對材料篩選和設備設計至關重要。
傳統西林電橋通過平衡交流電橋原理實現介電常數的無損檢測，但在高壓（如10 kV以上）條件下，電極邊緣效應、分布電容等因素會顯著影響測量精度。高壓西林電橋通過改進電路設計、屏蔽干擾源和優化算法，有效解決了高壓環境下的測量難題，成為當前介電性能測試的核心設備之一。
高壓西林電橋的工作原理
電橋平衡條件
西林電橋由四個阻抗臂構成（圖1）：
Z??：待測樣品（等效為并聯電容C_x和電阻R_x）；
Z??：標準電容C?；
Z?、Z??：可調電阻R?、R?。
當電橋平衡時，滿足：
Z_1 \cdot Z_4 = Z_2 \cdot Z_3Z1?Z4=Z2?Z3
推導可得介電常數計算公式：
ε = \frac{C_x \cdot d}{A \cdot ε_0}ε=A?ε0Cx?d
其中，d為樣品厚度，A為電極面積，ε?為真空介電常數。
高壓條件下的修正
在高壓測試中，需考慮以下修正因素：
電極邊緣效應?：通過引入保護環電極減少邊緣電場畸變；
溫度漂移?：采用恒溫箱控制樣品溫度；
介質損耗角（tanδ）?：通過相位檢測電路優化損耗因子計算。
儀器結構與關鍵技術
硬件組成
高壓西林電橋系統包含以下模塊：
高壓電源?：提供0~15 kV可調交流電壓；
精密電容箱?：標準電容C?精度達±0.01%；
平衡檢測器?：高靈敏度檢流計或數字鎖相放大器；
屏蔽箱?：防止外界電磁干擾。
軟件算法
現代高壓西林電橋集成自動化控制系統，通過以下算法提升效率：
自適應平衡算法?：動態調節R?、R?實現快速平衡；
頻域分析法?：在10 Hz~1 MHz范圍內掃頻測量介電頻譜。
實驗設計與案例分析
實驗步驟
樣品制備?：將待測材料切割為直徑50 mm、厚度2 mm的圓片，表面鍍金電極；
系統校準?：在無樣品狀態下調節電橋至平衡；
數據采集?：施加5 kV電壓，記錄平衡時的C?、R?值；
重復性驗證?：每組樣品測試3次取平均值。
測試結果
以環氧樹脂復合材料為例，測試數據如下：
頻率（Hz） 介電常數（ε） 損耗因子（tanδ）
50 4.2 0.0021
1000 3.9 0.0035
10000 3.5 0.0058
結果表明：介電常數隨頻率升高而降低，符合極性材料弛豫特性。
誤差分析
系統誤差主要來源于：
電容標定誤差?（±0.5%）；
溫度波動?（±1℃導致ε偏差約0.3%）。
應用領域與前景
當前應用
電力設備檢測?：變壓器油、電纜絕緣層老化評估；
新材料研發?：納米復合電介質、柔性儲能材料性能表征；
航空航天?：耐高溫陶瓷涂層介電性能測試。
技術挑戰與展望
未來發展方向包括：
超高壓兼容性?：拓展至50 kV以上電壓等級；
多物理場耦合測試?：同步測量溫度、壓力對介電性能的影響；
人工智能優化?：基于機器學習的自適應校準與故障診斷。
結論
高壓西林電橋憑借其高精度、寬電壓范圍和抗干擾能力，在介電常數測試領域具有不可替代性。通過硬件創新與算法升級，該設備將進一步推動功能材料研究與電力設備智能化檢測的發展。
高壓西林電橋介電常數測試儀綜合解析
一、測量原理與核心結構
?西林電橋平衡原理?：
通過調節可調電阻（R3）和電容（C4）使電橋達到平衡，結合相位差檢測技術計算復介電常數（ε'和ε''），并推導介質損耗角正切值（tanδ=ε''/ε'）。
通過標準電容器（Cn）與待測樣品（Cx）的比值計算介電常數。
?高壓修正技術?：
采用雙層屏蔽設計和保護環電極消除電極邊緣效應及電磁干擾；
引入恒溫箱或溫控模塊（-40℃至200℃）抑制溫度漂移對測量的影響。
二、硬件組成與技術指標
?核心模塊?：
?高壓電源?：輸出0-15 kV可調交流電壓，部分型號支持數顯調節（如BQS37a系列）；
?電極系統?：三電極結構（保護電極、測量電極、高壓電極），減少接觸誤差；
?檢測單元?：數字鎖相放大器或高靈敏度檢流計，分辨率達0.00000146。
?性能參數?：
?測量范圍?：
電容量（Cx）：4 pF—20000 pF，誤差±0.5%56；
介質損耗（tanδ）：0—1，誤差±1.5%或±0.000157。
?工作環境?：溫度20±5℃，濕度30%-80%，部分機型支持液氮低溫擴展。
三、應用場景與典型案例
?電力設備檢測?：
評估變壓器油老化（新油tanδ≤0.005@90℃）及GIS環氧絕緣件介電性能（40-70 kV/mm電場）；
測試電纜絕緣層、電容器等工頻高壓下的損耗特性。
?材料科學研究?：
測量納米復合電介質、陶瓷涂層的介電溫譜（-40℃~200℃）；
支持頻率譜、電壓譜、溫度譜等多維度分析（1 Hz-1 MHz）。
四、主流型號與廠商對比
?型號? ?廠商? ?關鍵技術? ?適用標準?
?ZJD-87? 中航時代儀器正/反接線法，10 kV高壓兼容，自動平衡算法GB/T 1693、IEC 6025045
?BQS-37A? 華測儀器雙層屏蔽，輔橋自動電位跟蹤，數顯高壓電源GB 1409、ASTM D15047
?HQS-40? 北廣精儀外接擴展電容線路，寬頻掃頻（10 Hz-1 MHz）IEEE 286-2020、JB 1811-9224
五、操作規范與安全要求
?抗干擾措施?：
使用金屬屏蔽罩或倒向開關消除同頻干擾；
工作電壓通常為5-10 kV，需確保接地可靠及絕緣防護。
?樣品制備?：
固體材料需制成直徑5-40 mm、厚度≤8 mm的圓片，表面鍍電極保證接觸平整；
液體材料需采用專用實驗池，避免氣泡影響測量精度。
?總結?：高壓西林電橋憑借其高精度、寬頻帶和抗干擾能力，成為介電性能測試的核心設備，未來將向超高壓（>50 kV）、多物理場耦合及智能化校準方向突破
測試設備及性能要求
高壓西林電橋
最高輸出電壓不少于1000V；頻率f等于1kHz；小型：正弦波。
測量范圍：電容C=200~2×104pF，損耗角正切值tgδ=10-3~1。
測量誤差：電容測量相對誤差不大于±1.0%；介質損耗角正切測量相對誤差不大于±15%。
測試夾具清潔干燥，絕緣電阻不少于1010Ω。
油槽槽內油溫在所需溫度范圍內均勻且連續可調，介質油的絕緣電阻不少于1010Ω。
測試步驟把試樣置于空氣介質中（或油介質），并接入前圖的高壓西林電橋。緩慢增加電壓至所需要的值；分別反復調節電阻箱R3和電容箱C4，使零值指示器的指示最小；讀下電阻箱R3和電容C4的數值。
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