高压数字电桥测试仪
BQS-37a（QS-37a）型高压电桥采用典型的西林电桥线路。桥臂在基本量程时，与R4桥臂并联，测量数值为正损耗因数。结构采用了双层屏蔽（欢迎免费注册，登陆中国涂料在线（涂料在线）行业门户网址www.coatingol.com，免费发布供求，免费发布产品，免费发布企业动态）。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根宗器与内层屏蔽（S）组成。
测量项目测量范围测量误差
高压数字电桥测试仪公式说明频率对介质损耗正公式：
电桥各臂的组成内附标准电容损耗﹤0.00005，名义值100pF
内附高压电源晶度3%
Cx被测试品电容值 法拉(pF)
辅桥的技术特性：测量项目测量范围测量误差
仪器内部电阻及电容元件经特殊老化处理，使仪器技术性能稳定可靠。
高压数字电桥测试仪二次谐波 减不小于25dB
在Cn=100 pF R4=318.3（Ω）时
在50Hz时电压灵敏度不低于1×10-6V/格
本电桥的环境温度为20±5℃，相对湿度为30%-80%条件下，应满足下列表中的技术指示要求。
tgδ=ω·R4· R4[Ω] [F]
tgδ=0.1 三次谐波 减不小于50dB
在使用中，本电桥顶A，B对V点的电压Z高不超过11V，R3桥臂各盘的电流不超过下列规定：
介损损耗tgδ0-1±1.5% tgδx±0.0001
电桥在使用过程中，灵敏度直接影响电桥平稳衡的分辨程度，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。
ΔC/C或Δtgδ=Ig/UωCn(1+Rg/R4+Cn/Cx)
Ig通用指零仪的电流5×10-10 安培(A)
电流灵敏度不低于2×10-9 A/格
技术指标D150-1998(2004) 固体电绝缘材料的交流损耗特性及介电常数的试验方法其采用了西林电桥的经典线路，内附0-2500的数显高压电源及100PF标准电容器，并可按用户要求扩装外接标准电容线路。
当R4=10K/πtgδ= 10×100Ω 1max≤120mA
自动根宗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。当电桥在平衡时，A,B,S三点电位必然相等，从而达到自动根宗的目的。
Cx=R4×Cn / R3 R4[Ω] R3[Ω] Cn[pF] Cx[pF]
弟四臂：由十进电容臂10×（0.1＋0.01＋0.001＋0.0001）uf和可变电容器100pF组成再与电组R4并联组成Z4。在下面的计算公式中，用户可根据实际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。
指零装置的技术特性：
电桥采用接触电阻小，机械寿命长的十进开关，保证测量的稳定性
弟三臂：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。
R4桥臂R4阻值3183 欧姆(Ω)
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。
桥体的组成仪器具有双屏蔽，能有效防止外部电磁场的干扰。
10×1kΩ 1max≤15mA
10×10Ω l max≤150mA
工作电压说明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：电容量Cx40pF—20000pF±0.5% Cx±2pF介损损耗tgδ0-0.1±1.5% tgδx±0.0001
电桥的特点；桥体内附电位根宗器及指零仪，外围接线及少。
当R4=1K/π弟贰臂：由高压标准电容器Cn组成Z2。
我们采取相对固定R4电阻，分别调节R3和使桥跟平衡，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R4的阻值为角频率（f=50Hz）若干倍。
电容量Cx4pF—2000pF±0.5% Cx±3pF
电桥工作原理在Cn=100 pF R4=3183.2（Ω）时不失真根宗电压0～11V（有效值）
I=ω V C 弟壹臂：由被测对象Cx组成Z1。电桥测量灵敏度
计算公式Rg平衡指零仪内阻约1500 欧姆(Ω)
式中: U 为测量电压 伏特 (ω为角频率2πf=314(50Hz) Cn标准电容器容量 法拉(F)
测量范围及误差本电桥在平衡过程中，辅桥采用自动电位根宗，在主桥平衡过程的同时，辅桥也自动根宗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。
同时也有效的抑制了电压波动对平衡所带来的影响。在指零部分，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。
高压西林电桥介电常数测试仪研究报告
摘要高压西林电桥（Schering Bridge）是一种经典的高精度介电常数测量装置，广泛应用于电力设备绝缘材料、高分子聚合物、陶瓷等材料的介电性能测试。本报告系统阐述了高压西林电桥的工作原理、仪器结构、测试流程及实验案例分析，并探讨其在高压条件下的修正方法及未来发展方向。
引言介电常数（ε）是衡量材料极化能力的重要参数，直接影响材料的绝缘性能、储能特性及电磁场分布。在电力系统、电子元件制造和材料科学研究中，准确测量介电常数对材料筛选和设备设计至关重要。
传统西林电桥通过平衡交流电桥原理实现介电常数的无损检测，但在高压（如10 kV以上）条件下，电极边缘效应、分布电容等因素会显著影响测量精度。高压西林电桥通过改进电路设计、屏蔽干扰源和优化算法，有效解决了高压环境下的测量难题，成为当前介电性能测试的核心设备之一。
高压西林电桥的工作原理
电桥平衡条件
西林电桥由四个阻抗臂构成（图1）：
Z₁：待测样品（等效为并联电容C_x和电阻R_x）；
Z₂：标准电容C₃；
Z₃、Z₄：可调电阻R₃、R₄。
当电桥平衡时，满足：
Z_1 \cdot Z_4 = Z_2 \cdot Z_3Z1⋅Z4=Z2⋅Z3
推导可得介电常数计算公式：
ε = \frac{C_x \cdot d}{A \cdot ε_0}ε=A⋅ε0Cx⋅d
其中，d为样品厚度，A为电极面积，ε₀为真空介电常数。
高压条件下的修正
在高压测试中，需考虑以下修正因素：
电极边缘效应：通过引入保护环电极减少边缘电场畸变；
温度漂移：采用恒温箱控制样品温度；
介质损耗角（tanδ）：通过相位检测电路优化损耗因子计算。
仪器结构与关键技术
硬件组成
高压西林电桥系统包含以下模块：
高压电源：提供0~15 kV可调交流电压；
精密电容箱：标准电容C₃精度达±0.01%；
平衡检测器：高灵敏度检流计或数字锁相放大器；
屏蔽箱：防止外界电磁干扰。
软件算法
现代高压西林电桥集成自动化控制系统，通过以下算法提升效率：
自适应平衡算法：动态调节R₃、R₄实现快速平衡；
频域分析法：在10 Hz~1 MHz范围内扫频测量介电频谱。
实验设计与案例分析
实验步骤
样品制备：将待测材料切割为直径50 mm、厚度2 mm的圆片，表面镀金电极；
系统校准：在无样品状态下调节电桥至平衡；
数据采集：施加5 kV电压，记录平衡时的C₃、R₃值；
重复性验证：每组样品测试3次取平均值。
测试结果
以环氧树脂复合材料为例，测试数据如下：
频率（Hz） 介电常数（ε） 损耗因子（tanδ）
50 4.2 0.0021
1000 3.9 0.0035
10000 3.5 0.0058
结果表明：介电常数随频率升高而降低，符合极性材料弛豫特性。
误差分析
系统误差主要来源于：
电容标定误差（±0.5%）；
温度波动（±1℃导致ε偏差约0.3%）。
应用领域与前景
当前应用
电力设备检测：变压器油、电缆绝缘层老化评估；
新材料研发：纳米复合电介质、柔性储能材料性能表征；
航空航天：耐高温陶瓷涂层介电性能测试。
技术挑战与展望
未来发展方向包括：
超高压兼容性：拓展至50 kV以上电压等级；
多物理场耦合测试：同步测量温度、压力对介电性能的影响；
人工智能优化：基于机器学习的自适应校准与故障诊断。
结论
高压西林电桥凭借其高精度、宽电压范围和抗干扰能力，在介电常数测试领域具有不可替代性。通过硬件创新与算法升级，该设备将进一步推动功能材料研究与电力设备智能化检测的发展。
高压西林电桥介电常数测试仪综合解析
一、测量原理与核心结构
西林电桥平衡原理：
通过调节可调电阻（R3）和电容（C4）使电桥达到平衡，结合相位差检测技术计算复介电常数（ε'和ε''），并推导介质损耗角正切值（tanδ=ε''/ε'）。
通过标准电容器（Cn）与待测样品（Cx）的比值计算介电常数。
高压修正技术：
采用双层屏蔽设计和保护环电极消除电极边缘效应及电磁干扰；
引入恒温箱或温控模块（-40℃至200℃）抑制温度漂移对测量的影响。
二、硬件组成与技术指标
核心模块：
高压电源：输出0-15 kV可调交流电压，部分型号支持数显调节（如BQS37a系列）；
电极系统：三电极结构（保护电极、测量电极、高压电极），减少接触误差；
检测单元：数字锁相放大器或高灵敏度检流计，分辨率达0.00000146。
性能参数：
测量范围：
电容量（Cx）：4 pF—20000 pF，误差±0.5%56；
介质损耗（tanδ）：0—1，误差±1.5%或±0.000157。
工作环境：温度20±5℃，湿度30%-80%，部分机型支持液氮低温扩展。
三、应用场景与典型案例
电力设备检测：
评估变压器油老化（新油tanδ≤0.005@90℃）及GIS环氧绝缘件介电性能（40-70 kV/mm电场）；
测试电缆绝缘层、电容器等工频高压下的损耗特性。
材料科学研究：
测量纳米复合电介质、陶瓷涂层的介电温谱（-40℃~200℃）；
支持频率谱、电压谱、温度谱等多维度分析（1 Hz-1 MHz）。
四、主流型号与厂商对比
型号 厂商 关键技术 适用标准
ZJD-87 中航时代仪器正/反接线法，10 kV高压兼容，自动平衡算法GB/T 1693、IEC 6025045
BQS-37A 华测仪器双层屏蔽，辅桥自动电位跟踪，数显高压电源GB 1409、ASTM D15047
HQS-40 北广精仪外接扩展电容线路，宽频扫频（10 Hz-1 MHz）IEEE 286-2020、JB 1811-9224
五、操作规范与安全要求
抗干扰措施：
使用金属屏蔽罩或倒向开关消除同频干扰；
工作电压通常为5-10 kV，需确保接地可靠及绝缘防护。
样品制备：
固体材料需制成直径5-40 mm、厚度≤8 mm的圆片，表面镀电极保证接触平整；
液体材料需采用专用实验池，避免气泡影响测量精度。
总结：高压西林电桥凭借其高精度、宽频带和抗干扰能力，成为介电性能测试的核心设备，未来将向超高压（>50 kV）、多物理场耦合及智能化校准方向突破
测试设备及性能要求
高压西林电桥
最高输出电压不少于1000V；频率f等于1kHz；小型：正弦波。
测量范围：电容C=200~2×104pF，损耗角正切值tgδ=10-3~1。
测量误差：电容测量相对误差不大于±1.0%；介质损耗角正切测量相对误差不大于±15%。
测试夹具清洁干燥，绝缘电阻不少于1010Ω。
油槽槽内油温在所需温度范围内均匀且连续可调，介质油的绝缘电阻不少于1010Ω。
测试步骤把试样置于空气介质中（或油介质），并接入前图的高压西林电桥。缓慢增加电压至所需要的值；分别反复调节电阻箱R3和电容箱C4，使零值指示器的指示最小；读下电阻箱R3和电容C4的数值。
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