电容率介电常数介质损耗测试仪 BQS-13 是一种面向固体绝缘材料、液体绝缘介质、橡胶、塑料、陶瓷、薄膜、绝缘油等试样的高压自动介损电桥。其在工频、音频及 40Hz–70Hz 变频条件下，对试样的电容量 Cx、介质损耗角正切 tgδ、相对电容率（相对介电常数）εr 进行测量与直读，常用于材料研发、来料验收、出厂检验、老化对比及第三方检测实验室的介电性能归档。

本文围绕 BQS-13 的测试原理、三电极 / 油杯电极系统、性能参数、操作流程、标准对应关系、周期校准、异常排查、样品制备及网页收录优化结构进行整理，供检测人员、资料员、设备管理员与内容编辑参考。

一、BQS-13 的基本定位与适用对象

BQS-13 属于自动抗干扰精密介损电桥的一类。其区别于传统手动西林电桥之处在于：采用变频电源、单片机控制、模 / 数转换与数字运算，代替人工调平衡过程，在 40Hz–70Hz 区间内通过异频或双变频方式压制工频及其谐波干扰，从而获得较稳定的 Cx、tgδ、εr 测量值 。

其典型被测对象包括：

固体绝缘材料：环氧板、酚醛纸板、聚四氟乙烯、聚丙烯薄膜、聚酯薄膜、聚酰亚胺薄膜、云母片、氧化铝陶瓷、滑石瓷、玻璃纤维板等；

液体绝缘介质：变压器绝缘油、电容器浸渍油、硅油、液态环氧树脂、部分低导电液态树脂；

高分子弹性体：硫化橡胶、硅橡胶、EPDM 密封件等，可参照 GB/T 1693-2007 路径 ；

电工制品试样：小型陶瓷电容介质、薄膜电容介质、PCB 基板切片、套管绝缘件小样等。

需要说明，BQS-13 的主架构覆盖的是工频、音频附近的电容率与介损电桥法测量，不是宽频微波介电谱仪；若需 MHz–GHz 级 Dk/Df 曲线，应另配谐振腔、矢量网络分析或同轴探头系统补充。

二、介电常数、电容率与介质损耗角正切的基础概念

1、电容率与相对介电常数

真空电容率 ε0 约为 8.854×10⁻¹² F/m。某均匀介质的电容率为 ε，相对介电常数（相对电容率）为：

εr = ε / ε0

在平行板电极、边缘效应可忽略条件下，试样夹于两电极之间时：

εr = Cx / C0

也可写为：

εr = Cx · d / (ε0 · A)

其中 Cx 为含试样时的电极系统电容，C0 为同几何条件下的空气 / 真空参考电容，d 为试样厚度，A 为测量电极有效面积 。

BQS-13 在录入试样厚度、电极直径或有效面积后，可直读 εr；未录入几何参数时，先读 Cx，再按上式手算。

2、介质损耗角 δ 与 tanδ

理想电容器中，电流超前电压 90°。真实绝缘介质存在偶极子极化滞后、界面极化、漏导、吸附水分、微气孔、局部放电等过程，使电流与电压间出现小于 90° 的相位差余角 δ，即介质损耗角。

介质损耗角正切：

tanδ = 有功电流分量 / 容性电流分量 = Ir / Ic = G / (ωC)

对绝缘油、环氧浇注件、橡胶等而言，tanδ 常随温度升高、受潮、碳化、局放发展而增大，因此被列为介电状态监督参数之一 。

3、复介电常数表达

完整介电响应可写为：

ε* = ε′ − jε″

其中 ε′ 与储能有关，ε″ 与损耗有关，tanδ = ε″ / ε′。BQS-13 在多数工程检测中主要输出 Cx、tgδ、εr，不直接给出全频复介电谱；如需多频点 ε′、ε″ 曲线，可在 40Hz–70Hz 内逐频点测试后整理。

三、BQS-13 的测量原理与结构组成

1、正接法高压电桥路径

BQS-13 常用内标准、内高压、正接法：仪器内高压源输出同一交变电压，一路至机内标准电容器 CN，一路至被试品 Cx；系统采集 Cx 支路电流，分解为与 CN 支路同相的有功分量和正交的容性分量，由此算出 tgδ，再结合电压、电流、频率算 Cx；若已录入几何尺寸，则换算 εr 。

2、变频抗干扰

现场常存在邻近变压器、电机、变频器、焊机等带来的 50Hz 及倍频干扰。BQS-13 支持：

40Hz–70Hz 单频任意设定，如 48.7Hz；

50±0.1Hz 至 50±10Hz 自动双变频；

60±0.1Hz 至 60±10Hz 自动双变频；

频率精度 ±0.01Hz 。

通过在两个相近频率下分别测量并比较 Cx、tgδ，可削弱同频干扰混入试样响应的程度。

3、主要组成模块

按公开资料整理，BQS-13 通常包含：变频电源、内高压升压与保护模块、内标准电容器、Cx 低压屏蔽采样支路、模 / 数转换、单片机和运算单元、彩色触摸液晶屏、U 盘存储、微型热敏打印机、RS232 通讯口、接地与急停保护回路 。

四、BQS-13 性能参数

1、测量准确度

Cx：±（读数×0.5% + 0.5pF）

Cx 配合三电极测试系统时：±（读数×0.2% + 0.5pF）

tgδ：±（读数×0.5% + 0.00005）

tgδ 配合三电极测试系统时：±（读数×0.2% + 0.00005）

测试绝缘材料时相对介电常数 ε 直接显示；配合三电极系统测试时，ε：（读数×0.5%）

2、分辨率

电容最高分辨率：0.001pF

电容显示有效数字：4 位

tgδ 分辨率：0.00001（部分资料标 0.000001 为显示位级，归档时以设备铭牌 / 出厂证书为准）

tgδ 测量范围：不限，可自动识别电容、电感、电阻三类试品

3、电容量范围

内施高压：

3pF～60000pF / 10kV

60pF～1μF / 0.5kV

外施高压：

3pF～1.5μF / 10kV

60pF～30μF / 0.5kV

4、内施高压参数

设定电压范围：0.5kV～10kV

输出电流：200mA

升降压方式：电压可随意设置，如 5123V、7380V 等

电压调节分辨率：1V

试验频率：40Hz～70Hz 单频随意设置；50±0.1Hz 至 50±10Hz 自动双变频；60±0.1Hz 至 60±10Hz 自动双变频

频率精度：±0.01Hz

5、外施高压参数

接线时最大试验电流：5A

试验电压：按外接标准电容器与外接高压源能力，可配合至 500kV 级工频或 40Hz–70Hz 变频外电源

外接量程扩展器 / 电流互感器时，可扩展至大电流高压电器介损测试

6、试验电流与测量时间

直接测量电流范围：5μA～5A

典型测量时间：约 40s，与变频次数、试样容量、稳定判据有关

7、输入电源与环境条件

输入电源：180V～270V AC，50Hz±1%，可接市电或发电机

工作环境温度：-10℃～50℃

相对湿度：资料多标 ＜90%，实际按高压现场安全与试样防潮要求控制

外形尺寸：8U 标准机箱

整机重量：25kg

8、数据与接口

计算机接口：标准 RS232

存储导出：U 盘插口，自动存储测量数据

打印：微型热敏打印机，带日历时钟

显示：彩色触摸液晶屏，可显示频率、模式、电压、回路电流、Cx、tgδ、εr、相位角、功率因数、有功功率、时间戳等

五、三电极与液体油杯电极系统

1、固体试样三电极结构

三电极系统由高压电极、测量电极、保护电极组成。保护电极环绕测量电极外侧，吸纳沿试样表面的泄漏电流，使测量电极主要反映体积电容与体积损耗，从而削弱边缘效应、表面污渍、指印湿度带来的误差 。

典型固体圆片试样要求：

直径常不小于 Φ60mm，以减小边缘占比；

厚度按材料硬度和测试电压选取，常见 1mm、2mm、3mm；

表面平整、无气泡、无划痕、无碳痕；

测试前用无水乙醇擦拭，必要时在 23℃±2℃、50%RH 左右平衡 24h。

2、液体绝缘油杯

液体油、硅油、液态树脂多用同轴圆柱油杯：内电极、外电极、屏蔽电极形成径向均匀电场，减少气泡附着处场强集中。操作上需先空杯记基线，再注油、静置排气、恒温后测试；不同牌号油不混杯。

3、薄膜叠层试样

对十几微米级 PET、PP、PI 膜，单层电容过小，可叠至总厚 0.5mm 以上再测总 Cx 后折算单层 εr；叠层时需均匀施压、避免层间气隙。

六、BQS-13 可参照的测试标准

GB/T 1409-2006：测量电气绝缘材料在工频、音频、高频下电容率和介质损耗因数的推荐方法，BQS-13 主要在电桥 / 电容比较路径上与之对应 。

GB/T 5654-2007：液体绝缘材料相对电容率、介质损耗因数和直流电阻率测量，BQS-13 配液体油杯可承担其中 εr、tgδ 部分 。

GB/T 1693-2007：硫化橡胶介电常数和介质损耗角正切值测定，BQS-13 在三电极下可用于橡胶圆片检测 。

IEC 60250 / IEC 60247：分别为固体、液体绝缘材料介电性能国际方法，出口材料、外审、CNAS 报告可与上述国标并列写入方法依据。

正式报告建议写为：「本次测试采用电容率介电常数介质损耗测试仪 BQS-13，参照 GB/T 1409-2006 电桥法路径，于 50Hz、2kV、正接法、三电极条件下测量……」避免把设备表述为覆盖所有频段或所有材料类型的唯一手段。

七、BQS-13 常规测试操作流程（内高压、正接法）

接保护地：先接黄绿接地夹到独立接地桩或建筑保护地，确认接地导通。

检查 HV、Cx、CN 屏蔽线外皮无破损，插头无氧化发黑。

装样：固体片夹入三电极；液体注入油杯并排气。

开机设参：模式正接、内标准、内高压；设电压 0.5kV–10kV；频率 50Hz 或双变频；录入厚度、电极直径。

启动升压：屏幕刷新电压、电流、Cx、tgδ、εr；达稳定后自动记录。

若跳变、放电声、冒烟、碳化，立即急停、降压、放电后再查线。

结束自动降压、内部放电完成后拆线；打印或 U 盘导出 CSV / TXT，RS232 可上传上位机。

八、影响 BQS-13 结果的主要因素

温度：极性聚合物、环氧、橡胶的 tanδ 常随温度上升而增大；

水分：受潮纸、棉层压板、未封端 PI、吸湿陶瓷会使 tanδ 从 10⁻⁴ 量级抬升；

电压：含气孔、杂质、半导电相的复合材料在 10kV 下 tanδ 可能高于 2kV 下结果；

频率：偶极子弛豫使部分橡胶、PVC、改性环氧在 40Hz–60Hz 间 tanδ 随频率下降而上升；

接触与杂散电容：Cx 线过长、夹具未接地、试样与电极间气隙都会引入附加误差，非仪器单方可消除。

九、周期校准与维护

每日：关机后擦 HV/Cx 插头、触屏、端子排，记异常试样。

每月：空载 0.5kV、5kV、10kV 点检；用标准电容比对 Cx、tgδ。

年度：连续使用 12 个月送具计量资质机构做 Cx、tgδ、频率、高压、εr 换算、保护功能校准；证书归档。

维修后：换高压板、采样板、标准电容、主板后，不直接出正式报告，先重校再恢复使用资格。

十、常见异常与排查

开机不升高压：查接地连锁、接地桩锈层、发电机零线。

Cx 跳变：紧 Cx 接头、换屏蔽线、查爬电 / 碳化、切双变频。

tgδ 偏大：试样未烘、保护环未接、油杯残油混用、手指碰低压侧、湿度超标。

U 盘不导出：用 FAT32、8GB–32GB 普通 U 盘，等“传输完成”再拔。

RS232 不上传：核对波特率 / 校验位 / 停止位，换配套屏蔽串口线。

十一、BQS-13 在几类材料检测中的适用说明

1、绝缘油与浸渍液

配恒温油杯可做常温、90℃、100℃ 下 εr、tgδ 对比，作为油务监督中击穿电压、水分、酸值的辅助判据之一。

2、环氧浇注件

干变、互感器、电抗器小型环氧样在 10kV 内高压下做介损筛查，可初判气泡、未固化、微裂纹，再决定是否解剖。

3、硫化橡胶

GB/T 1693 路径下比较新料、回用料、热老化后橡胶的 εr、tanδ；不与拉伸、硬度、局放单独等同成寿命结论。

4、薄膜电容介质

PP、PET 电容膜取平板圆片测 tanδ；读数偏高先排电极压力、边缘毛刺、叠层气隙，再做材料判定。

5、PCB 基板与陶瓷封装

FR-4、氧化铝、氮化铝可做来料低频介损初筛；GHz 级 Dk/Df 仍需网络分析或谐振腔补充。