第三章 電容元件介電參數(shù)測量

1、第三章第三章 電容元件介電參數(shù)測量電容元件介電參數(shù)測量一.電容器基本參數(shù)二.介質(zhì)測量的電極系統(tǒng)三.電橋測量法概述四.西林電橋五.雙T電橋六.諧振法七.高頻測量技術(shù)八.電介質(zhì)材料擊穿實(shí)驗(yàn) 相對(duì)介電系數(shù) r=C/Co，以絕緣材料為介質(zhì)與以真空為介質(zhì)制成同尺寸電容器的電容量之比值。 物理含義：表示在單位電場中，單位體積內(nèi)積蓄的靜電能量的大小。是表征電介質(zhì)極化并儲(chǔ)存電荷的能力，是個(gè)宏觀物理量 Co= oA/t o=(49109)-1 (F/m) r=C/C0=tC/oA=0.03610-12tC/A對(duì)圓形平板試樣r=0.144tC/D2 D-試樣與電極直徑(m)一、電容器基本參數(shù)上述計(jì)算沒考慮邊緣效應(yīng)

2、。電容量C或相對(duì)介電系數(shù) r損耗角正切tg(tan)或品質(zhì)因子Q, Q=1/tg0真空介電系數(shù)，8.85410-12(F/m)A電容面積，m2t 電容厚度，m 介質(zhì)損耗因子介質(zhì)損耗：置于交流電場中的介質(zhì)，以內(nèi)部發(fā)熱(溫度升高)形式表現(xiàn)出來的能量損耗。介質(zhì)損耗角：對(duì)電介質(zhì)施加交流電壓，介質(zhì)內(nèi)部流過的電流相位與電壓相位之間夾角的余角。介質(zhì)損耗角正切：對(duì)電介質(zhì)施以正弦波電壓，外施電壓與相同頻率的電流之間相角的余角的正切值tg。 無功功率有功功率儲(chǔ)存消耗WWtg介質(zhì)損耗角示意圖介質(zhì)損耗角示意圖物理意義用電路的概念來描述，可以把有介質(zhì)損耗的絕緣體看成是電容和電阻并聯(lián)或串聯(lián)的等效阻抗，如圖所示。tg ：被

3、測材料損耗角正切Cs、Cp：串聯(lián)、并聯(lián)等值電容（F）Rs、Rp：串聯(lián)、并聯(lián)等值電阻（）并聯(lián)、串聯(lián)等值電路參數(shù)關(guān)系 當(dāng)tg0.1時(shí)，可認(rèn)為Cp= Cs，此時(shí)誤差不大于1%。22111tgRRtgCCspsp兩種等效電路兩種等效電路實(shí)際中介質(zhì)損耗是很微小的，一般不能用普通的功率表示來測損耗因數(shù)，而是把試樣視為上述的等效阻抗。材料的r、tg與樣品的形狀、尺寸無關(guān)，與等效電路的選擇無關(guān)，是材料的特征參數(shù)。r、tg與溫度、頻率、場強(qiáng)、濕度等有關(guān)，因此測量時(shí)必須注意測試條件及環(huán)境條件。低溫高溫容量變化X: -55 C 4: +65 C A: 1.0%Y: -30 C 5: +85 C B: 1.5%Z:

4、+10 C 6: +105 C C: 2.2%7: +125 C D: 3.3%8: +150 C E: 4.7%9: +200 C F: 7.5%P: 10%R: 15%S: 22%T: +22%-33%U: +22%-56%V: +22%-82%電容的溫度與容量誤差編碼電容的溫度與容量誤差編碼二、 介質(zhì)測量的電極系統(tǒng)二電極系統(tǒng)、三電極系統(tǒng)圖圖3-1 平板電容的雜散電容平板電容的雜散電容二電極：有的測試方法或設(shè)備只提供兩個(gè)測量接頭二電極：有的測試方法或設(shè)備只提供兩個(gè)測量接頭(如諧振法如諧振法)，故用二電極。故用二電極。 二電極測量存在由邊緣效應(yīng)引起的二電極測量存在由邊緣效應(yīng)引起的邊緣電容邊緣

5、電容(Ce)和電極和電極對(duì)地對(duì)地電容電容(Cg)，這兩個(gè)使測量值偏大，即測量值，這兩個(gè)使測量值偏大，即測量值(Cx)大于真值大于真值(Cp)。故。故有有: Cp=CxCgCe，但對(duì)于，但對(duì)于tg 卻有測量值偏小的現(xiàn)象卻有測量值偏小的現(xiàn)象。tgtgCtgCtgXXXp有功能量分量 消除Ce 、Cg 的影響，接近均勻場，消除了Gs(表面漏導(dǎo))對(duì)tg的影響。 需要第三個(gè)測量端，調(diào)節(jié)麻煩，設(shè)備復(fù)雜，高頻時(shí)接線過多引起雜散電容。gh123三電極:xsCGtg表面漏導(dǎo)引起的介質(zhì)損耗角正切增量 三電極測試系統(tǒng)三電極測試系統(tǒng)圖圖3-2 三電極系統(tǒng)的雜散電容三電極系統(tǒng)的雜散電容圖圖3-3 簡單的二電極測試系統(tǒng)簡

6、單的二電極測試系統(tǒng)1、儀器的高壓端2、儀器的接地端3、試樣4、硬導(dǎo)線1、接地端 5、波紋管2、高壓電極 6、測微螺絲3、試樣 7、微調(diào)電容器4、接地電極 8、高壓電極 圖圖3-4 測微電極的接觸式二電極法測微電極的接觸式二電極法1、厚度測量要求準(zhǔn)確度高；2、試樣與電極應(yīng)屏蔽，以排除外場干攏。測量固體介質(zhì)的介電系數(shù)和損耗角正切所用的電極可分為接觸式電極與不接觸式電極兩大類。（1）接觸式電極：是指與被測材料緊密接觸的電極。采用的電極材料有：表面粘貼（金屬箔）、沉積金屬層可以用噴繪（涂導(dǎo)電涂層）、燒制（燒銀）、噴涂低熔點(diǎn)金屬，鍍膜（蒸發(fā)、濺射）等方法形成。（2）不接觸式電極所謂不接觸式電極就是在試樣

7、表面不粘貼或不涂敷任何導(dǎo)電材料而把試樣放入已制作的金屬板狀電極之間，讓金屬電極與試樣間（一邊或二邊）留一氣體或液體間隙。不作電極；用二電極也能消除或減少邊緣、對(duì)地、接線電容的影響；可測不能（或不易）做電極的材料，如泡沫、塑料、紙、薄膜；對(duì)薄膜或低損耗材料測量的準(zhǔn)確度高。 二電極系統(tǒng)中介電常數(shù)與損耗的計(jì)算 理想情況 Cp=CxCgCeCe邊緣電容， Cg對(duì)地電容Cx 、 tgx為測試值， Cp 、 tg 為試樣真實(shí)值，C0-試樣的真空電容值xgexgexxxpxxCCCtgCCCtgCCtgCtg1)(ogexoprCCCCCC當(dāng)有一個(gè)電極或兩個(gè)電極都比樣品小時(shí)，雜散電場的存在導(dǎo)致雜散電容，并出

8、現(xiàn)損耗。以Cf表示無損耗邊緣電容，rCd表示有損耗邊緣電容，則總的邊緣電容為： Ce=rCd+Cf相對(duì)介電常數(shù)與損耗角正切可計(jì)算如下：dogfxrxgfxgfxxxdrpxxCCCCCCCCtgCCCtgCCCtgCtg1 實(shí)際情況實(shí)際情況三、電橋測量法概述 電橋法測量原理： 把試樣作為一個(gè)橋臂，其它三個(gè)橋臂電抗均為已知，調(diào)節(jié)電橋達(dá)到平衡，根據(jù)平衡條件，求出試樣的并聯(lián)等值電容和電阻從而求出試樣的介電系數(shù)和損耗角正切。范圍廣； 精度高； 頻帶寬； 還可通過使用三電極來消除表面電導(dǎo)和邊緣效應(yīng)帶來的測量 誤差。電容電橋按電容電橋按測試使用頻率測試使用頻率可分為：可分為： 超低頻電橋：超低頻電橋： 0

9、.01Hz 200Hz 音頻電橋：音頻電橋： 20Hz 3MHz 雙雙T電橋：電橋： 150MHz西林電橋西林電橋 超低頻電橋： 0.01Hz 200Hz適用于介電松弛在極低頻時(shí)發(fā)生的介質(zhì)的測量。 圖圖3-5 超低頻電橋超低頻電橋在超低頻時(shí)，介質(zhì)的交流電導(dǎo)率一般接近于直流電導(dǎo)率，因此，可用電阻元件作為比例臂。音頻電橋： 20Hz 3MHz是測量介質(zhì)參數(shù)r、 tg的常用手段。 可用于直接法或替代法的測量，后者具有較高的靈敏度。 用于音頻下測試介質(zhì)的典型電阻臂電容電橋，稱為西林電橋。圖圖3-6 西林電橋西林電橋由于不采用可變電阻作為平衡元件，從而可以避免串聯(lián)電感和并聯(lián)電容帶來的誤差，因此可用于較高

10、的頻率。 雙T電橋： 150MHz 由兩個(gè)并聯(lián)的T型網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的四端網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)輸出電流大小相等而相位相反時(shí)，輸出端的電流為零，此時(shí)系統(tǒng)達(dá)到平衡。圖圖3-8 雙雙T電橋電橋信號(hào)源與檢測器有公共的連接點(diǎn)，因此可以不用對(duì)稱變壓器。所有的雜散分量均能容易地被消除，與其他電橋相比，其工作頻率可以高很多。四、 西林電橋西林電橋分類 高壓工頻西林電橋 低壓工頻西林電橋 低壓(高頻)西林電橋 反接電橋 對(duì)角線接地西林電橋 大電容西林電橋圖圖3-9 西林電橋原理圖西林電橋原理圖Cx、Rx為被測試樣的等值并聯(lián)電容、電阻R3、R4為比例臂CN為平衡試樣電容的標(biāo)準(zhǔn)電容C4為平衡試樣損耗角正切的可變電容根據(jù)交流電橋平衡條件

11、ZxZ4=Z3ZN(3-4-1)ABxxxCjRZ11NNCjZ1Z3=R344411CjRZ(3-4-2)xNxtgCRRC23411NxCRRC34(3-4-3)44RCtgx分別帶入(3-4-1)并解之，可得式中tgx為試樣的損耗角正切。當(dāng)tgxZ4，故有xNxxxNZZUCZUZZZUCU4411即得到 靈敏度與測試電壓U，測試頻率，以及標(biāo)準(zhǔn)電容CN成正比。誤差分析 簡單變化后得到相對(duì)誤差與測試電壓U，測試頻率，輸出電壓U以及標(biāo)準(zhǔn)電容CN的關(guān)系。4UZCUZZNxx 西林電橋分類 高壓工頻西林電橋 主要用于測量絕緣材料的相對(duì)介電常數(shù)和損耗角正切。電橋結(jié)構(gòu)與組成元件. . 電橋B點(diǎn),T的

12、一端接地; CN , CX 處于高電位; CN , CX的阻抗R3、R4、C4，故電 壓主要降在ZX、ZN 上，因而 操作(調(diào)R3、C4)很安全。 . 測量頻率為工頻(50Hz),較低雜散電容殘余電感影響小。 . R4是固定的，做成104/或103/則: tgX=R4C4=250 104/C4106C4 或?yàn)?.1C4，所以可以將C4?？虨閠gX可以直接讀數(shù)。圖圖3-11 高壓工頻西林電橋高壓工頻西林電橋ABR3R4C4CNCxRxTCD .測量時(shí)，被測量樣品不接地，CN上有高電壓，調(diào)節(jié)困難，因而只能通過調(diào)節(jié)R3、C4使電橋平衡。電橋的靈敏度受到CN的限制，只能通過增高電源電壓及指示儀表的分辨

13、率來提高靈敏度。低壓工頻西林電橋 主要用于測量液體絕緣材料或有機(jī)薄膜材料的介電常數(shù)和損耗角正切。 通常把電阻比例臂換成電容，以提高橋臂阻抗。 此時(shí)實(shí)際上為四臂均為電容的音頻電橋。3343RCtgCCCCxNx 圖圖3-12 低壓工頻西林電橋低壓工頻西林電橋低壓高頻西林電橋 簡稱低壓西林電橋，主要在音頻和高頻下使用。 電橋特點(diǎn) 使用頻率高，常常采用電容連接點(diǎn)接地，以消除對(duì)地電容與電阻并聯(lián)對(duì)損耗角正切造成的誤差；由于電壓低，常常把電源跨接在電阻比例臂上，以提高電橋的靈敏度。為消除Z3、Z4對(duì)地電容對(duì)CN、Cx的影響，需要將Z3、Z4屏蔽。 電橋平衡時(shí)， Cx，tgx可由下式計(jì)算：4434RCtgR

14、RCCxNx圖圖3-13 低壓高頻西林電橋低壓高頻西林電橋BR3R4C4CNCxCD五、雙T電橋兩個(gè)并聯(lián)的T型網(wǎng)絡(luò)所構(gòu)成的四端網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)從兩個(gè)T型網(wǎng)絡(luò)輸出的電流I2、I2在數(shù)值上相等，而相位相反，則輸出電流為零，即電橋達(dá)到平衡。此時(shí)，像平衡電橋一樣，輸入端信號(hào)源的阻抗及輸出端平衡指示器的阻抗均不會(huì)影響平衡條件。由于輸入端電源的阻抗對(duì)于兩個(gè)T型網(wǎng)絡(luò)的作用是一樣的，而輸出端電壓在平衡時(shí)對(duì)兩個(gè)T型網(wǎng)絡(luò)而言都是零，所以當(dāng)電路平衡時(shí)，兩個(gè)T型網(wǎng)絡(luò)是相互獨(dú)立的，與其他部分無關(guān)。這樣每個(gè)網(wǎng)絡(luò)都可以各自分開考慮，并可以假定電源電壓直接加于輸入端，而輸出端短路。圖圖3-14 雙雙T電橋原理圖電橋原理圖用于測量介質(zhì)

15、的電容與損耗的雙T電橋。被測試點(diǎn)可以任意接在A端或B端。圖圖3-16 測量介質(zhì)高頻參數(shù)用雙測量介質(zhì)高頻參數(shù)用雙T電橋電橋C1RNC3DC2LALBCACBGAGBAB01122123 L RCCGCBNABC(3-5-5)011232121ANBALRGCCCCCC(3-5-6),BACC式中，式中，為不接樣品時(shí)，兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)空氣電容的讀數(shù)為不接樣品時(shí)，兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)空氣電容的讀數(shù)如果樣品接在如果樣品接在A端上，則以上兩式分別變?yōu)椋憾松希瑒t以上兩式分別變?yōu)椋?1122122BNPABLRCCGGCC(3-5-7)011232121ANBAPLRGCCCCCCC(3-5-8)式中，式中，CA、CB為接樣品

16、時(shí)兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)空氣電容器的讀數(shù)；為接樣品時(shí)兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)空氣電容器的讀數(shù)； CP、GP分別為樣品的等效并聯(lián)電容及電導(dǎo)分別為樣品的等效并聯(lián)電容及電導(dǎo)。由上面四式，可得由上面四式，可得AAAPCCCC(3-5-9)BNBBNPCCCCRCCCCCRG32123212(3-5-10)ABNPPPPxCCCCCRCGRCtg3211(3-5-11)故故 由此可見，若以由此可見，若以RNC1C2/C3作為倍率，就可把作為倍率，就可把CB的值的值直接在表頭上刻為損耗的讀數(shù)。直接在表頭上刻為損耗的讀數(shù)。雙雙T電橋的優(yōu)點(diǎn)是：電橋的優(yōu)點(diǎn)是：(1)信號(hào)源與檢測器有公共的連接點(diǎn)接地，因此可以不用隔離變壓器；(2)兩并聯(lián)支路均

17、有一端接地，四個(gè)并聯(lián)元件的雜散阻抗與電源并聯(lián)，不影響測量結(jié)果。(3)因用替代法，結(jié)點(diǎn)對(duì)地電容也不影響測量結(jié)果。(4)只用一層屏蔽，能用于高頻（直到30MHz）。電橋法的缺點(diǎn)：電橋法的缺點(diǎn)： (1)頻率增高時(shí)，雜散電磁場的影響也增大；(2)電路結(jié)構(gòu)為多環(huán)路，引起誤差的“源”增多； (3)平衡指示器靈敏度要求高，易受外界干擾。 測量頻率在幾兆以上時(shí)，電路的分布電容及元件剩余電感、電阻會(huì)使一般電橋在測量介質(zhì)的介電常數(shù)和損耗產(chǎn)生很大的誤差，此時(shí)必須改用諧振法測量。 諧振法原理電路為簡單的LC回路，如圖所示。 CxCL圖圖3-17 諧振法原理圖諧振法原理圖 試樣電容Cx可以根據(jù)接上試樣與不接試樣諧振時(shí)可

18、變電容的讀數(shù)差來求得。六、 諧振法 變電阻法：把試樣等效為串聯(lián)等值電容Cs和電阻Rs，原理如圖所示，測量時(shí)使接與不接試樣電路分別達(dá)到諧振時(shí)的指示儀表讀數(shù)不變，記下電阻變化量R，進(jìn)而求出Rs。圖圖3-18 變電阻法原理圖變電阻法原理圖 試樣等值電阻的常用求法：變阻法、變電導(dǎo)法、變Q值法、變電納法及變頻率法等。CsCLVRsRCx 變電導(dǎo)法：把試樣看作并聯(lián)等值電容與電導(dǎo)，如圖所示。與變電阻法相似，根據(jù)二次諧振下可變電導(dǎo)G之差求出等值電導(dǎo)。變電阻和變電導(dǎo)優(yōu)點(diǎn)：線路簡單缺點(diǎn)：可變電阻的分布電容影響大，測量頻率不高， 而且分辨率低，調(diào)節(jié)不易。圖圖3-19 變電導(dǎo)法原理圖變電導(dǎo)法原理圖CLVRPCPGCx

19、 變電納法：根據(jù)諧振曲線的半功率點(diǎn)的寬度C或f與回路R之間的關(guān)系來求回路電阻。 變Q法：根據(jù)Q值的定義CRUUQc1CVULRUc圖圖3-20 變變Q法測量原理圖法測量原理圖如果Q值已知，即可求出線路電阻。圖圖3-21 變電納法測量原理圖變電納法測量原理圖變電納法與變Q法是目前測量介質(zhì)高頻損耗用的最多的方法，其優(yōu)點(diǎn)是方便可靠。其中變電納法的分辨率優(yōu)于變Q法，因此更適合用于測量低損耗介質(zhì)材料的tg值。 (1) 變Q法測量原理 調(diào)節(jié)可變電容C使回路諧振，此時(shí)電流達(dá)到最大值。1. 變Q法原理及Q表的使用U不變時(shí)，Q值與Ur成比例，由此Q值可以直接由電容兩端的電壓來刻度。當(dāng)知道Q值，諧振頻率及電容C時(shí)

20、即可根據(jù)式（3-6-1）求得電阻。CVULRUr圖圖3-22 變變Q法測量原理圖法測量原理圖RUIr電容兩端的諧振電壓CRUCIUrr1故故CRUUQr1(3-6-1)(2) 利用Q表測量介質(zhì)損耗角正切 如圖所示為Q表測量原理圖，L為諧振回路線圈；C為調(diào)諧電容；Q是以Q值刻度的用以指示電容兩端電壓的電子管電壓表；G為高頻信號(hào)源；V為高頻電子管電壓表，用來校準(zhǔn)電源電壓。Cp、Rp分別表示試樣的并聯(lián)等效電容與電阻。根據(jù)變Q法制成Q表，用于測量介質(zhì)損耗時(shí)手續(xù)簡單，使用方便，可在較高頻率時(shí)使用。但與變電納法儀器比較，準(zhǔn)確度和分辨率都要差一些，故只能用之于測量損耗較大的場合。圖圖3-23 Q表電路原理圖

21、表電路原理圖QCpRpRiRi為保護(hù)電阻為保護(hù)電阻 測量時(shí)，首先接入試樣，調(diào)C使電路諧振，測得C1、Q1，其等效電路如圖3-24所示。 圖中R為儀表內(nèi)LC回路的有效電阻，利用等值轉(zhuǎn)換將圖3-24所示的電路轉(zhuǎn)化為串聯(lián)等效電路，如圖3-25所示。RRpLC1+Cp圖圖3-24 并聯(lián)等效電路并聯(lián)等效電路圖圖3-25 串聯(lián)等效電路串聯(lián)等效電路RLRsCsRLC2圖圖3-26不接試樣的等效電路不接試樣的等效電路 測量時(shí)，首先接入試樣，調(diào)C使電路諧振，測得C1、Q1，其等效電路如圖3-24所示。 圖中R為儀表內(nèi)LC回路的有效電阻，利用等值轉(zhuǎn)換將圖3-24所示的電路轉(zhuǎn)化為串聯(lián)等效電路，如圖3-25所示。RR

22、pLC1+Cp圖圖3-24 并聯(lián)等效電路并聯(lián)等效電路圖圖3-25 串聯(lián)等效電路串聯(lián)等效電路RLRsCs圖圖3-25中，中，CS=C1+CppSpSpppSRCRCRtgRtgRRtg22222111)613()813(1，得及式，由式令(3-6-2)11QCRRss(3-6-3)由變由變Q法原理，知法原理，知RLC2圖圖3-26 不接試樣的等效電路不接試樣的等效電路 其次，拿掉試樣后，調(diào)其次，拿掉試樣后，調(diào)C使線路再次諧振，使線路再次諧振，測到測到C2、Q2，其等效電路如圖，其等效電路如圖3-26所示所示 此時(shí)，有此時(shí)，有221QCR(3-6-4) 由于兩次諧振頻率不變，且由于兩次諧振頻率不變

23、，且L一樣，因此兩次諧振之一樣，因此兩次諧振之電容必相等，即電容必相等，即Cs=C1+Cp=C2 (3-6-5)由式由式(3-6-3)及及(3-6-4)，得，得(3-6-6)212111QQCRs由于由于C0一般很難估計(jì)，故一般很難估計(jì)，故C0是造成測量誤差的主要源。是造成測量誤差的主要源。 如果試樣電容大于調(diào)諧電容，則可把試樣與標(biāo)準(zhǔn)可變電容串聯(lián)接到相應(yīng)的接頭上。這樣接法時(shí)，試樣電容與損耗角正切可用下式求得：121222111212()xC CCCCC QC QtgQQ CC(3-6-9)(3-6-10)(3) Q表的使用方法Q表的測量頻率約在幾十千赫到幾十兆赫之間。高頻表的測量頻率約在幾十千

24、赫到幾十兆赫之間。高頻信號(hào)通過一個(gè)很小的電阻耦合到諧振回路。該電阻阻值信號(hào)通過一個(gè)很小的電阻耦合到諧振回路。該電阻阻值一般為一般為0. 04,且有極小的剩余電感且有極小的剩余電感(O. 07H）,標(biāo)準(zhǔn)調(diào)諧標(biāo)準(zhǔn)調(diào)諧電容的最大電容，一般為電容的最大電容，一般為500pF左右。為使回路能在整個(gè)左右。為使回路能在整個(gè)頻段內(nèi)諧振，頻段內(nèi)諧振，Q表均備有一套標(biāo)準(zhǔn)電感線圈，這些線圈決表均備有一套標(biāo)準(zhǔn)電感線圈，這些線圈決定了回路的定了回路的Q值。因此，要求線圈的值。因此，要求線圈的Q值要在值要在200C以上。以上。 Q表在使用前應(yīng)對(duì)表在使用前應(yīng)對(duì)Q值讀數(shù)進(jìn)行校正，校正的方法有值讀數(shù)進(jìn)行校正，校正的方法有兩個(gè)。

25、兩個(gè)。一是用已知一是用已知Q值的標(biāo)準(zhǔn)線圈來校正。值的標(biāo)準(zhǔn)線圈來校正。但由于回路的但由于回路的參數(shù)會(huì)影響回路的參數(shù)會(huì)影響回路的Q值，因此用標(biāo)準(zhǔn)線圈來校正回路值，因此用標(biāo)準(zhǔn)線圈來校正回路Q值值時(shí)，還必須用回路的參量來進(jìn)行修正，才能得到回路的時(shí)，還必須用回路的參量來進(jìn)行修正，才能得到回路的真正真正Q值。因此這種方法只適應(yīng)于殘量已知的值。因此這種方法只適應(yīng)于殘量已知的Q表。表。二是二是利用諧振回路的諧振曲線在半功率點(diǎn)的寬度利用諧振回路的諧振曲線在半功率點(diǎn)的寬度C與諧振回與諧振回路電導(dǎo)路電導(dǎo)G的關(guān)系：的關(guān)系： 即用此式來校正即用此式來校正Q表的表的Q值。值。在使用在使用Q表測量絕緣材料的相對(duì)介電常數(shù)與損

26、耗角正切表測量絕緣材料的相對(duì)介電常數(shù)與損耗角正切時(shí)，由于測試回路只有兩個(gè)測量端，因此只能用二電極系時(shí)，由于測試回路只有兩個(gè)測量端，因此只能用二電極系統(tǒng)的方法。測試裝置如圖統(tǒng)的方法。測試裝置如圖3-27所示。所示。 測量時(shí)，為了減少引線電容對(duì)試樣參數(shù)的影響，把帶測量時(shí)，為了減少引線電容對(duì)試樣參數(shù)的影響，把帶有電極的試樣放在比試樣小得多的金屬支柱上。上端電極有電極的試樣放在比試樣小得多的金屬支柱上。上端電極用一根短粗的線接到用一根短粗的線接到Q表的高端。調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)電容使線路諧表的高端。調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)電容使線路諧振。第二次諧振時(shí)，為了減少引線造成的系統(tǒng)誤差，要把振。第二次諧振時(shí)，為了減少引線造成的系統(tǒng)誤差，

27、要把試樣引線的高端斷開，并保持引線的位置不變。但盡管如試樣引線的高端斷開，并保持引線的位置不變。但盡管如此，引線對(duì)地電容對(duì)測量的影響仍無法排除。因此，對(duì)于此，引線對(duì)地電容對(duì)測量的影響仍無法排除。因此，對(duì)于較精確的測量，應(yīng)采用測微電極，特別是在高頻（較精確的測量，應(yīng)采用測微電極，特別是在高頻（10兆兆赫）下測量，更應(yīng)如此。赫）下測量，更應(yīng)如此。 變電納法與變變電納法與變Q法相比，優(yōu)點(diǎn)是分辨率及靈敏度都比法相比，優(yōu)點(diǎn)是分辨率及靈敏度都比較高，適于測量較高，適于測量損耗較小損耗較小的樣品。的樣品。 圖圖3-28所示的為變電納法原理圖。圖中電感線圈與信所示的為變電納法原理圖。圖中電感線圈與信號(hào)源線圈相

28、耦合，以提供諧振回路中的高頻信號(hào)。號(hào)源線圈相耦合，以提供諧振回路中的高頻信號(hào)。C1、C2為調(diào)諧電容，為調(diào)諧電容，V為高頻電壓表，為高頻電壓表，Cx為待測試樣。為待測試樣。圖圖3-28 變電納法測量原理圖變電納法測量原理圖C1C2VMCx將原理圖簡化為圖將原理圖簡化為圖3-29所示的等效電路。所示的等效電路。L、R為線為線圈的等效電感與電阻；圈的等效電感與電阻；C為線圈以外包括為線圈以外包括C1、C2的總等的總等效電容；效電容；U為線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢。顯然回路電為線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢。顯然回路電流流.1UIRj LGj C圖圖3-29 變電納法等效電路圖變電納法等效電路圖LRGCUc.ILRGCU

29、c.IR.1UIRj LGj C時(shí)，可得：時(shí)，可得：C即為諧振曲線的寬度，它與回路的電導(dǎo)有關(guān)。在一即為諧振曲線的寬度，它與回路的電導(dǎo)有關(guān)。在一定定q值下，測得曲線的寬度即可求得回路的電導(dǎo)通常取值下，測得曲線的寬度即可求得回路的電導(dǎo)通常取q=2，即，即Uc/Uy=0.707，該點(diǎn)稱為，該點(diǎn)稱為“曲線的半功率點(diǎn)曲線的半功率點(diǎn)”。此時(shí)此時(shí) Gt=C/2t3-30圖圖3-30 用變電納法測量介質(zhì)的電容及損耗角正切時(shí)，需用變電納法測量介質(zhì)的電容及損耗角正切時(shí)，需作兩次測量作兩次測量。第一次測量時(shí)接人樣品，調(diào)節(jié)。第一次測量時(shí)接人樣品，調(diào)節(jié)C1、C2，求得求得C，；第二次測量時(shí)不接樣品，重復(fù)上述步驟，；第二

30、次測量時(shí)不接樣品，重復(fù)上述步驟，在同一在同一q值下得到值下得到C0 , 分別求出有、無樣品時(shí)的總電分別求出有、無樣品時(shí)的總電導(dǎo)，其差即為等效電導(dǎo)，即導(dǎo)，其差即為等效電導(dǎo)，即而而 與變與變Q法一樣，變電納法的測量線路只有兩個(gè)法一樣，變電納法的測量線路只有兩個(gè)測量端，因此，也只能采用二電極測量方法。接線時(shí)測量端，因此，也只能采用二電極測量方法。接線時(shí)也應(yīng)盡量減小分布電容的影響，為此大部分變電納法也應(yīng)盡量減小分布電容的影響，為此大部分變電納法的儀器都帶有測微電極，此種儀表使用頻率的范圍為的儀器都帶有測微電極，此種儀表使用頻率的范圍為50kHz- 100MHz。七、高頻測試技術(shù) 在介質(zhì)測量中除了儀表本

31、身精度外，接線的分布在介質(zhì)測量中除了儀表本身精度外，接線的分布電容、引線的剩余電阻和電感等都是造成測量誤差的電容、引線的剩余電阻和電感等都是造成測量誤差的重要根源。重要根源。 特別是在高頻下，分布參數(shù)及剩余參數(shù)的影響，特別是在高頻下，分布參數(shù)及剩余參數(shù)的影響，可能會(huì)使所測結(jié)果失去意義。下面將著重討論引線的可能會(huì)使所測結(jié)果失去意義。下面將著重討論引線的電容、電阻、電感對(duì)被測元件的影響及消除方法電容、電阻、電感對(duì)被測元件的影響及消除方法。 如圖如圖3-31所示，分布電容所示，分布電容C0并聯(lián)在試樣的兩端，使并聯(lián)在試樣的兩端，使所測電容不是所測電容不是Cx，而是，而是Co Cx，而損耗角正切，而損耗

32、角正切tgx則為則為:1. 分布參數(shù)對(duì)測量結(jié)果的影響分布參數(shù)對(duì)測量結(jié)果的影響 顯見分布電容的存在，使得測得的電容偏大，而損顯見分布電容的存在，使得測得的電容偏大，而損耗角正切偏小。耗角正切偏小。pxRCCtg01測圖圖3-31 接線分布電容的影響示意接線分布電容的影響示意CxCNC0 對(duì)圖對(duì)圖3-32所示的電橋，所示的電橋，A、B兩點(diǎn)的對(duì)地電容跨兩點(diǎn)的對(duì)地電容跨接在兩個(gè)電容臂上，如果用替代法測量，因?yàn)榘纸釉趦蓚€(gè)電容臂上，如果用替代法測量，因?yàn)榘植茧娙莸目傠娙莺茈y估計(jì)，這些雜散電容將會(huì)造成損布電容的總電容很難估計(jì)，這些雜散電容將會(huì)造成損耗角正切測量的誤耗角正切測量的誤差。差。圖圖 3-3

33、2 注意到，當(dāng)試樣損耗不十分大時(shí)，其并聯(lián)等效電容注意到，當(dāng)試樣損耗不十分大時(shí)，其并聯(lián)等效電容Cp，與串聯(lián)等效電容，與串聯(lián)等效電容Cs近乎相等，故有近乎相等，故有由圖可知：由圖可知： 接線電阻與電感的影響。圖接線電阻與電感的影響。圖3-33中，中，R、L為接線的電阻與電感；為接線的電阻與電感；Cs、Rs表示試樣的串聯(lián)等效電容與電阻；表示試樣的串聯(lián)等效電容與電阻；Cs、Rs表示接線與試樣組合起來表示接線與試樣組合起來的串聯(lián)等效電容和電阻。的串聯(lián)等效電容和電阻。圖圖3-33 引線電阻、電引線電阻、電感對(duì)電橋影響示意圖感對(duì)電橋影響示意圖RLCpRp(Gp)RLCsRsCsRsRpCpLCCss11或者

34、或者LCCss11即即sssLCCC21(3-7-1)tg表示接線電阻及電感引起的損耗角正切的誤差。由式表示接線電阻及電感引起的損耗角正切的誤差。由式（3-7-2）可見，頻率越高，損耗也越大，故在高頻下（例）可見，頻率越高，損耗也越大，故在高頻下（例如大于如大于10MHz)測量時(shí)，必須采取防護(hù)措施來消除或減弱接測量時(shí)，必須采取防護(hù)措施來消除或減弱接線的影響。線的影響。 式中，式中，Cp及及Cp 分別為試樣的并聯(lián)等效電容及接線與試樣組合分別為試樣的并聯(lián)等效電容及接線與試樣組合的總的并聯(lián)等效電容。的總的并聯(lián)等效電容。2. 提高測量精度的方法提高測量精度的方法(1) 測微電極的使用測微電極的使用使用

35、測微電極時(shí)，由于試樣與電極直接接在線圈上，使用測微電極時(shí)，由于試樣與電極直接接在線圈上，剩余也阻和電感可以做得很小，同時(shí)，由于電極系統(tǒng)保留在剩余也阻和電感可以做得很小，同時(shí)，由于電極系統(tǒng)保留在線路內(nèi)，在有試樣和無試樣測量時(shí)，接線電容都不變，因此，線路內(nèi)，在有試樣和無試樣測量時(shí)，接線電容都不變，因此，可以減小測試誤差。由于電極系統(tǒng)本身的電容被用作調(diào)諧電可以減小測試誤差。由于電極系統(tǒng)本身的電容被用作調(diào)諧電容，故調(diào)諧電容引起的影響也得以消除。容，故調(diào)諧電容引起的影響也得以消除。測量時(shí)，把樣品夾在二電極之間，樣品一般應(yīng)略小于測量時(shí)，把樣品夾在二電極之間，樣品一般應(yīng)略小于電極尺寸。這樣，無論有無樣品，接

36、線的電感和電阻都不變。電極尺寸。這樣，無論有無樣品，接線的電感和電阻都不變。第二次測量時(shí)，移去樣品，調(diào)小電極間距使電容回到原來值。第二次測量時(shí)，移去樣品，調(diào)小電極間距使電容回到原來值。由于測量時(shí)消除了電極剩余電感和電阻的影響，因而可在高由于測量時(shí)消除了電極剩余電感和電阻的影響，因而可在高頻下進(jìn)行精密測量。頻下進(jìn)行精密測量。測微電極的缺點(diǎn)：測微電極的缺點(diǎn)：電容刻度沒有像精密標(biāo)準(zhǔn)電容那樣準(zhǔn)確，電容刻度沒有像精密標(biāo)準(zhǔn)電容那樣準(zhǔn)確，同時(shí)又不是直讀（要在校正后做出相應(yīng)的計(jì)算圖表），因同時(shí)又不是直讀（要在校正后做出相應(yīng)的計(jì)算圖表），因此，使用不太方便。這個(gè)缺點(diǎn)，在低頻時(shí)可通過在電極上此，使用不太方便。這個(gè)

37、缺點(diǎn)，在低頻時(shí)可通過在電極上并聯(lián)一只標(biāo)準(zhǔn)電容來克服。當(dāng)樣品與電極的直徑相同時(shí)，并聯(lián)一只標(biāo)準(zhǔn)電容來克服。當(dāng)樣品與電極的直徑相同時(shí)，電極的邊緣電容略有變化，故一般都是使樣品的直徑小于電極的邊緣電容略有變化，故一般都是使樣品的直徑小于電極直徑，并取其差值為樣品厚度的兩倍，這樣做，邊緣電極直徑，并取其差值為樣品厚度的兩倍，這樣做，邊緣電容、對(duì)地電容的影響即可忽略。電容、對(duì)地電容的影響即可忽略。(2) 屏蔽措施屏蔽措施屏蔽的作用是：屏蔽的作用是： （1）消除外磁場的干擾；）消除外磁場的干擾； （2）消除元件之間的耦合；）消除元件之間的耦合； （3）使固定元件的對(duì)地電容不影響測量精度。）使固定元件的對(duì)地電

38、容不影響測量精度。八、電介質(zhì)材料擊穿試驗(yàn)所謂擊穿試驗(yàn)是指在一定條件一下（在一定溫度、所謂擊穿試驗(yàn)是指在一定條件一下（在一定溫度、濕度等條件）逐漸提高加在電介質(zhì)試樣上的電壓，直至使?jié)穸鹊葪l件）逐漸提高加在電介質(zhì)試樣上的電壓，直至使樣品破壞為止的試驗(yàn)。使試樣發(fā)生破壞時(shí)的電壓稱為樣品破壞為止的試驗(yàn)。使試樣發(fā)生破壞時(shí)的電壓稱為擊穿擊穿電壓電壓。由于介質(zhì)材料的擊穿電壓與試樣的厚度有關(guān)，因此，。由于介質(zhì)材料的擊穿電壓與試樣的厚度有關(guān)，因此，衡量介質(zhì)材料的抗電強(qiáng)度通常用平均擊穿電場強(qiáng)度來表征，衡量介質(zhì)材料的抗電強(qiáng)度通常用平均擊穿電場強(qiáng)度來表征，即即BBUEd（3-8-1）式中：式中：EB為平均擊穿場強(qiáng)（為平

39、均擊穿場強(qiáng)（MV/m）；）； UB為擊穿電壓（為擊穿電壓（MV）；）； d為試樣厚度（為試樣厚度（m）。）。 不同介質(zhì)材料的擊穿場強(qiáng)差別極大不同介質(zhì)材料的擊穿場強(qiáng)差別極大，因此，擊穿，因此，擊穿場強(qiáng)表征了材料的固有特性。但由于擊穿機(jī)理不同，場強(qiáng)表征了材料的固有特性。但由于擊穿機(jī)理不同，材料在不同電壓（交流、直流、脈沖）下?lián)舸┑那闆r材料在不同電壓（交流、直流、脈沖）下?lián)舸┑那闆r也不一樣，為此擊穿試驗(yàn)也相應(yīng)分為交流擊穿、直流也不一樣，為此擊穿試驗(yàn)也相應(yīng)分為交流擊穿、直流擊穿、脈沖擊穿等不同類型。擊穿、脈沖擊穿等不同類型。如同測量電介質(zhì)材料的電阻率及介電特性一樣，如同測量電介質(zhì)材料的電阻率及介電特性

40、一樣，材料的擊穿試驗(yàn)也與周圍環(huán)境的情況關(guān)系很大。因此材料的擊穿試驗(yàn)也與周圍環(huán)境的情況關(guān)系很大。因此試驗(yàn)必須在嚴(yán)格規(guī)定的條件一下進(jìn)行。試驗(yàn)必須在嚴(yán)格規(guī)定的條件一下進(jìn)行。1. 試樣電極與媒質(zhì)試樣電極與媒質(zhì) 由于一般介質(zhì)材料無論宏觀上或微觀上都存在或多由于一般介質(zhì)材料無論宏觀上或微觀上都存在或多或少的缺笨，這些缺陷隨初，地分布在材料體內(nèi)。而或少的缺笨，這些缺陷隨初，地分布在材料體內(nèi)。而擊穿通常都是發(fā)生在有缺陷的地方，因此，為一了暴擊穿通常都是發(fā)生在有缺陷的地方，因此，為一了暴露材料的缺點(diǎn)，要求材料的電極面積不能過小。另外，露材料的缺點(diǎn)，要求材料的電極面積不能過小。另外，測試中為避免表面飛弧，要求試樣

41、的表面積也不能過測試中為避免表面飛弧，要求試樣的表面積也不能過小，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定（小，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定（GB140878），試樣尺），試樣尺寸應(yīng)符合表寸應(yīng)符合表3-l的規(guī)定。的規(guī)定。表表3-1 各類試樣的尺寸各類試樣的尺寸試樣試樣尺寸尺寸/mm板狀板狀方形邊長方形邊長100圓形直徑圓形直徑100管狀管狀長長100300帶狀帶狀長長150寬寬15圖圖 3-34 當(dāng)試樣耐壓很高時(shí)，為了有效地消除表面飛弧，光靠增當(dāng)試樣耐壓很高時(shí)，為了有效地消除表面飛弧，光靠增加試樣面積是不夠的，有時(shí)需要把樣品做成凹槽狀加試樣面積是不夠的，有時(shí)需要把樣品做成凹槽狀，而把電，而把電極置于槽中參看圖極置于槽中參看圖

42、3-34。電極一般采用燒滲法或噴徐法制。電極一般采用燒滲法或噴徐法制作金屬層電極（例如作金屬層電極（例如Ag、Al、Cu等）。一般兩個(gè)對(duì)稱的凹槽等）。一般兩個(gè)對(duì)稱的凹槽電極（圖電極（圖3-34b所示）要比單面凹槽電極（圖所示）要比單面凹槽電極（圖3-34a所示）更能所示）更能獲得均勻的電場。為方便起見凹槽也可制成球形，但無論獲得均勻的電場。為方便起見凹槽也可制成球形，但無論哪種形狀，為使電場均勻分布，必須使凹槽半徑與樣品中心哪種形狀，為使電場均勻分布，必須使凹槽半徑與樣品中心厚度之比滿足一定要求，例如當(dāng)電場均勻度誤差小于厚度之比滿足一定要求，例如當(dāng)電場均勻度誤差小于2時(shí)，時(shí)，圖圖3-34a所示

43、的形狀的比值應(yīng)大于所示的形狀的比值應(yīng)大于67，圖，圖3-34b所示的形狀的比所示的形狀的比值應(yīng)大于值應(yīng)大于35.5等。等。圖圖3-35及表及表3-2給出固體電介質(zhì)材料耐電壓試驗(yàn)時(shí)常用給出固體電介質(zhì)材料耐電壓試驗(yàn)時(shí)常用的電極形狀及尺寸（國標(biāo)的電極形狀及尺寸（國標(biāo)GB1408一一78）。）。圖圖 3-35表表3-2 電極的尺寸電極的尺寸電極形狀電極形狀(圖圖3-35)12h1h2r應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍圖圖a257525252平板薄膜平板薄膜圖圖b252525252圖圖c1010_0.5圖圖d1010_1云母片云母片圖圖e3100_1層壓制品層壓制品沿層擊穿沿層擊穿圖圖f_25501管管 在測量諸如有機(jī)

44、薄膜、云母片等薄形材料在測量諸如有機(jī)薄膜、云母片等薄形材料的擊穿場強(qiáng)時(shí)，由于材料很薄，不可能依靠的擊穿場強(qiáng)時(shí)，由于材料很薄，不可能依靠增加厚度來獲得均勻電場，在這種情況下，增加厚度來獲得均勻電場，在這種情況下，必須加上適當(dāng)?shù)拿劫|(zhì)，如圖必須加上適當(dāng)?shù)拿劫|(zhì)，如圖3-36所示，此時(shí)，所示，此時(shí)，電極邊緣媒質(zhì)和介質(zhì)中的電場強(qiáng)度之比與它電極邊緣媒質(zhì)和介質(zhì)中的電場強(qiáng)度之比與它們的導(dǎo)納有關(guān)，即們的導(dǎo)納有關(guān)，即 為了正確評(píng)價(jià)介質(zhì)材料的擊穿場強(qiáng)，通常取多次試驗(yàn)為了正確評(píng)價(jià)介質(zhì)材料的擊穿場強(qiáng)，通常取多次試驗(yàn)的算術(shù)平均值作為擊穿場強(qiáng)值，即的算術(shù)平均值作為擊穿場強(qiáng)值，即圖圖 3-36由式（由式（3-8-4）及式（）及

45、式（3-8-5）可知，為提高介質(zhì)）可知，為提高介質(zhì)中電場的均勻性，降低邊緣效應(yīng)，對(duì)于介質(zhì)而言，應(yīng)中電場的均勻性，降低邊緣效應(yīng)，對(duì)于介質(zhì)而言，應(yīng)選擇介電系數(shù)或電導(dǎo)較大的材料作為媒質(zhì)。但應(yīng)該注選擇介電系數(shù)或電導(dǎo)較大的材料作為媒質(zhì)。但應(yīng)該注意，媒質(zhì)的意，媒質(zhì)的與與G選擇過大會(huì)引起媒質(zhì)的發(fā)熱，從而導(dǎo)選擇過大會(huì)引起媒質(zhì)的發(fā)熱，從而導(dǎo)致較大的測量誤差。致較大的測量誤差。2. 加壓方式加壓方式 一般而論，介質(zhì)材料的擊穿除與所加電壓有關(guān)以一般而論，介質(zhì)材料的擊穿除與所加電壓有關(guān)以外，還與加壓時(shí)間有關(guān)。由此可以有兩種不同的試驗(yàn)外，還與加壓時(shí)間有關(guān)。由此可以有兩種不同的試驗(yàn)方式：一是連續(xù)提高電壓直至擊穿為止；二是

46、加上一方式：一是連續(xù)提高電壓直至擊穿為止；二是加上一定數(shù)值的電壓，測量從加壓至發(fā)生擊穿所要的時(shí)間。定數(shù)值的電壓，測量從加壓至發(fā)生擊穿所要的時(shí)間。 根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)（根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)（GB140878）的規(guī)定，擊穿試）的規(guī)定，擊穿試驗(yàn)中有三種加壓方式，即連續(xù)加壓、步進(jìn)加壓及緩慢驗(yàn)中有三種加壓方式，即連續(xù)加壓、步進(jìn)加壓及緩慢加壓。加壓。步進(jìn)加壓指首先用連續(xù)加壓的速度升至擊穿電壓的步進(jìn)加壓指首先用連續(xù)加壓的速度升至擊穿電壓的50，而后按每級(jí)升壓值為擊穿電壓的，而后按每級(jí)升壓值為擊穿電壓的510的值逐級(jí)的值逐級(jí)加壓，各級(jí)之間的間隔時(shí)間為加壓，各級(jí)之間的間隔時(shí)間為1分鐘，每級(jí)的升壓速度應(yīng)分鐘，每級(jí)的升壓速度應(yīng)盡

47、量快。升壓標(biāo)準(zhǔn)見表盡量快。升壓標(biāo)準(zhǔn)見表3-4。表表3-3 連續(xù)加壓的升壓速度連續(xù)加壓的升壓速度試樣試樣擊穿電壓擊穿電壓/kV升壓速度升壓速度/kV.s-1固體介質(zhì)固體介質(zhì)10.150.5201202 緩慢升壓是用連續(xù)加壓的速度升至擊穿的緩慢升壓是用連續(xù)加壓的速度升至擊穿的50，以后降低升壓速度，直至擊穿為止，參見表以后降低升壓速度，直至擊穿為止，參見表3-5。表表3-5 緩慢加壓的速度緩慢加壓的速度擊穿電壓擊穿電壓/kV100升溫速度升溫速度/V.s-1173383167表表3-4 步進(jìn)加壓的升壓值步進(jìn)加壓的升壓值擊穿電壓擊穿電壓/kV25255050100100每級(jí)升壓值每級(jí)升壓值/kV12

48、5103. 擊穿試驗(yàn)種類擊穿試驗(yàn)種類 擊穿試驗(yàn)種類有直流、交流及脈沖電壓試驗(yàn)等。下面分擊穿試驗(yàn)種類有直流、交流及脈沖電壓試驗(yàn)等。下面分別簡單介紹。別簡單介紹。(1)直流擊穿試驗(yàn)直流擊穿試驗(yàn) 直流擊穿試驗(yàn)是研究電子材料與元器件時(shí)最常使用的直流擊穿試驗(yàn)是研究電子材料與元器件時(shí)最常使用的試驗(yàn)方法之一。這是因?yàn)橐话汶娮釉骷ɡ?，電容、試?yàn)方法之一。這是因?yàn)橐话汶娮釉骷ɡ?，電容、電纜等）通常是在直流電壓下工作的緣故。當(dāng)交流試驗(yàn)變電纜等）通常是在直流電壓下工作的緣故。當(dāng)交流試驗(yàn)變壓器的量容不能滿足要求時(shí)也可以代之以直流試驗(yàn)。壓器的量容不能滿足要求時(shí)也可以代之以直流試驗(yàn)。 直流耐電壓試驗(yàn)的直流電壓

49、系統(tǒng)如圖直流耐電壓試驗(yàn)的直流電壓系統(tǒng)如圖3-37所示。工頻電所示。工頻電壓經(jīng)升壓變壓器升壓、整流及濾波后，提供給測試電路。壓經(jīng)升壓變壓器升壓、整流及濾波后，提供給測試電路。圖圖3-37 直流電壓系統(tǒng)框圖直流電壓系統(tǒng)框圖 整流通常有半波整流及全波整流兩種，在要求高電壓的場合整流通常有半波整流及全波整流兩種，在要求高電壓的場合也常常采用倍壓整流的方式。倍壓整流的原理如圖也常常采用倍壓整流的方式。倍壓整流的原理如圖3-38所示。所示。圖圖3-38 簡單的倍壓整流電路簡單的倍壓整流電路 這種電路的輸出端這種電路的輸出端C2上的電壓可達(dá)到輸入端峰值電壓的二上的電壓可達(dá)到輸入端峰值電壓的二倍。如果需要更高

50、的電壓，可采用多級(jí)倍壓電路。多級(jí)倍壓整倍。如果需要更高的電壓，可采用多級(jí)倍壓電路。多級(jí)倍壓整流的脈沖系數(shù)較大，實(shí)際應(yīng)用中一般不超過流的脈沖系數(shù)較大，實(shí)際應(yīng)用中一般不超過5級(jí)。級(jí)。 為使試樣擊穿時(shí)，試驗(yàn)裝置不因過負(fù)荷而燒壞，必須加設(shè)為使試樣擊穿時(shí)，試驗(yàn)裝置不因過負(fù)荷而燒壞，必須加設(shè)保護(hù)電路。這可用三極管這類放大器及可控硅元件等實(shí)現(xiàn)。保護(hù)電路。這可用三極管這類放大器及可控硅元件等實(shí)現(xiàn)。 直流高壓裝置的脈動(dòng)系數(shù)一般要求小于直流高壓裝置的脈動(dòng)系數(shù)一般要求小于5，輸出電流應(yīng)大，輸出電流應(yīng)大于于10mA，電壓等級(jí)可根據(jù)試驗(yàn)要求設(shè)計(jì)。目前我國已有近百萬，電壓等級(jí)可根據(jù)試驗(yàn)要求設(shè)計(jì)。目前我國已有近百萬伏的直流高壓設(shè)備。伏的直流高壓設(shè)備。 直流高壓的測量，一般用分壓法在高壓線路的直流高壓的測量，一般用分壓法在高壓線路的低端串入取樣電阻，通過計(jì)算測出高電壓。在電壓不低端串入取樣電阻，通過計(jì)算測出高電壓。在電壓不十分高的情況下，也可用高壓靜電計(jì)直接測出高壓值。十分高的情況下，也可用高壓靜電計(jì)直接測出高壓值。(2) 交流擊穿試驗(yàn) 交流擊穿試驗(yàn)對(duì)被測試樣的考驗(yàn)一般比直流試驗(yàn)交流擊穿試驗(yàn)對(duì)被測試樣的考驗(yàn)一般比直流試驗(yàn)要嚴(yán)格一些，因此