电容量和介质损耗值测量仪器的选用方法

陈 菲

（机械工业第十计量测试站 上海 200031）

1 引言

目前用来测量电容量和介质损耗值的仪器品种繁多，有LCR测量仪、高压电容电桥、全自动介质损耗测试仪等。究竟它们之间有什么区别，各自适用于哪种场合，可能了解的人还不是很多。这里就不同的产品用哪些仪器检测作一些介绍。

2 工作原理分类

测量电容量和介质损耗值的仪器设计原理有以下几种：

(1)采用电流比较仪的原理，并结合运算放大器具有较高的比率精度和稳定性，配用高压标准电容器组成的高压电桥。典型设备有实验室用精密型高压电容电桥。

(2)采用自动干扰跟踪抵偿电路，将矢量运算法与移向有效地清除强烈的电场干扰的影响，由单片机运用计算机数字化实时采集方法，对数以万计的手采集数据按电工学原理处理后进行矢量运算，分别测得标准回路电流与被试回路的电流幅值及相位关系，并由之算出试品的电容值Cx和介质损耗角正切tgδ。典型设备有全自动抗干扰介质损耗测试仪，其内部配有高压试验电源和高压标准电容器。

(3)可认为是一种测量工频电流比率的装置。当工频高压施加在高压标准电容和被测设备上时，即产生了它们的电容量与介质损耗因数成比例的目标及正交工频电流分量。这两个工频电流分量经电桥作比例测量后，即可得到被测设备相对于高压标准电容器的电容量比值与介质损耗因数差值。典型设备有2801型高压电容电桥。

(4)采用阻扰元件由电阻性和电扰性以简单的串联或并联等效电路的表示方式。通过测量等效电路，自动根据测量范围和功能设置合理的方式。典型设备有LCR测量仪等。

3 使用及测量范围

针对以上四类产品，其使用的范围有所不同。

(1)实验室用精密型高压电容电桥，可在高压下测量电力电缆、高压套管电力容器、互感器等高压电力设备的电容量及损失角正切值tgδ。同时，可测量各种固体式液体绝缘材料的介电常数δ及损耗角正切值；测量高压变压器或电压互感器的比差及角差。此产品若外接电流互感器可扩大量程，测量大电容。电容测量范围：设置标准电容值的1000倍；tgδ为-0.111110～+0.111110。

(2)全自动抗干扰介质损耗测量仪除了有实验室用精密型高压电桥的测量功能，同时还可对一端接地试品等高压设备的介质损耗角正切tgδ和电容值Cx进行测量。此设备操作简便，可谓现在所称呼的“傻瓜电桥”。电容量测量量程3pF～0.5uF,介质损耗tgδ为0～0.5。

(3)高压电容电桥在工频工作电压下，能准确测量各种绝缘材料、电力电缆、绝缘套管、互感器、变压器等高压设备的电容量C及介质损耗角正切值tgδ。同时该仪器具有双屏蔽功能，能有效防止外部电磁场的干扰。此设备测量准确度比较高，操作过程比较长，结果需通过间接计算得出。电容量测量量程小于11uF,介质损耗 tgδ为 5×10-6～ 1×10-1。

(4)LCR测量仪可用来快速测量电感L、电容C、电阻R、损耗因素D、品质因素Q、电导G、导纳B、电抗X和矢量阻抗|Z|及相位角θ，其频率测量范围100Hz～100kHz，测试电压范围1mV～5Vrms，测量电容范围0.01pF～1999.0mF。

4 校准依据及所用校准设备要求

鉴于以上设备均可用来测量电容量和介质损耗值，但使用的场合及电压等级不同，采用的检测及校准依据也完全不同。

通常所说的高压电容电桥、全自动抗干扰介质损耗测试仪采用的校准依据为JJG563-2004高压电容电桥国家计量检定规程。其中明确此方法适用于在工频条件下测量电容量和介质损耗因数的西林型、电流比较仪型及电子式、数字式高压电容电桥的校准。此方法特别强调是在高压情况下进行的，其对校准设备也要求为高压标准电容器和标准损耗值，而且对电容量准确度要求比较高。

另一种同样可用来测量电容量和介质损耗值的设备即通常所说的LCR测量仪。其校准的依据为JJG 441-2008交流电桥国家计量检定规程，其中指出可用来测量工作频率为20Hz～100kHz、电压为不大于500V时的各产品的电容量和介质损耗值。对校准设备来说，就不需要高压标准电容，但对标准电容来说要有频响要求。

5 结论

综上所述，同样是测量电容量和介质损耗值tgδ两项参数，可用的设备有许多，但不同的场合应使用不同的设备来测量。如欲测量高压产品，就不能用LCR测量仪来简单进行测量。因为在≤500V时，不能真实反映出高压电容实际使用的电容量及介质损耗值tgδ，这也是目前有许多人容易混淆的地方。其次在对全自动抗干扰介质损耗测试仪进行校准时，必须配置有10kV电压等级的标准电容。因为这些测试仪均自身带有10kV的高压源，就是用于在高压状态下测量产品的电容量和介质损耗值tgδ。同时还需特别注意这些校准设备均带有正/反接法测量方式(如图1、图2所示),对其两种方法均需进行校准，尤其是作为反接法测量方式更为重要。因为现场高压试品大多为一端接地，所以针对此类产品，在测量时应选择反接法测量方式，则校准时必须测量此参数。这在目前校准领域中也是及易被忽视的。

图1 正接线测量

图2 反接线测量

测量电容量和介质损耗值tgδ的仪器设备很多，只有正确了解每种仪器设备的功能及适用场合，才能使我们真正得到所需准确的测量值。

[1] JJF 039-2008 高压标准电容器校准规范

[2] JJG 441-2008 交流电桥国家计量检定规程

[3] JJG 563-2004 高压电容电桥检定规程