北广精仪 BQS-13 树脂介电常数介质损耗测试仪

一、树脂的介电性能，为什么要用专门的仪器去测

树脂在现代工业里的用途，早已不止于"粘接"这一件事。绝缘浸渍漆、层压板基体、灌封料、覆铜板树脂、电气浇注件、电缆附件用树脂、电子封装用的各类胶料，都是靠树脂作为电介质承担绝缘功能。既然承担绝缘功能，那么它在电场作用下的两个基本反应——能容纳多少电场能量、又会消耗掉多少能量——就成了选材和验收时绕不开的指标。前一个反应用电容率、更常用的是相对介电常数 ε 来表征，后一个反应用介质损耗因数 tgδ 来表征。

树脂有一个容易被忽视的特点：同一牌号、同一批次的树脂，在不同的固化状态下，介电性能可以差出不少。固化不足时，体系里残留着小分子、溶剂和未反应的基团，这些极性成分会在交变电场中反复取向，把一部分电能转成热。固化充分之后，极性基团被交联网络约束，损耗通常会往下走。也正因为这样，介电常数和介质损耗的测量，很多时候不只是"测材料"，还是在"测工艺"——它能反映出配料比例、固化温度、固化时间是否到位。

树脂介电常数介质损耗测试仪BQS-13 就是为这类测量准备的仪器。它属于自动高压介损电桥一类，采用变频电源技术，借助单片机和现代电子技术自动完成频率变换、模/数转换与数据运算，把电容量 Cx、介质损耗因数 tgδ 与相对介电常数 ε 三项结果直接显示出来，不需要使用者再自行换算出损耗角和介电常数。对实验室里经常要面对多种树脂试样、又希望读数稳定可比的场合，这类仪器比传统的手动平衡电桥省事得多。

需要提前说明的是，介电常数与介质损耗不是"合格与不合格"一刀切的指标，而是随频率、温度、湿度而变的参数。因此测量时记录测试条件，和测量本身同样重要。下文会围绕 BQS-13，把指标含义、样品准备、操作流程与数据判读逐项展开。

二、介电常数与介质损耗：两个指标各自说明什么

相对介电常数 ε，反映的是材料在电场中储存电荷的能力。它等于以该材料为介质时的电容量，与同尺寸真空（或空气）为介质时的电容量之比，是一个无量纲的量。树脂的 ε 一般在 2 到 5 之间，具体数值取决于分子链上极性基团的多少。环氧树脂因为带有羟基、醚键等极性结构，ε 通常在 3 到 4 上下；聚乙烯、聚四氟乙烯这类非极性或弱极性材料，ε 更低，大约在 2.1 到 2.3 附近；而含有大量极性基团或不饱和键的树脂，ε 会更高一些。选高频绝缘件、电容器介质、天线基板时，ε 低意味着信号传输中的寄生电容小、延迟低，这是高频材料追求低 ε 的直接原因。

介质损耗因数 tgδ，反映的是材料在交变电场中把电能转成热量的比例。理想电介质在电场中只有储存没有消耗，实际材料总会有极化滞后、漏导、局部放电等损耗途径，tgδ 就是这些损耗的综合体现。树脂的 tgδ 通常在 10 的负三次方到 10 的负二次方这个区间，交联充分、纯度高、无气隙的固化物可以做到更低。tgδ 偏大，意味着同样的电压下发热更多，长期运行中容易形成热与电的正反馈，对高压绝缘件而言是不利信号。

ε 与 tgδ 这两个量，从不同侧面描述同一块材料在电场中的表现：一个讲它"存"，一个讲它"耗"。测介电常数而不看介质损耗，可能漏掉材料内部的缺陷；只看介质损耗不看介电常数，又可能忽视材料在电路中的电容效应。两者一起测、一起看，判断才比较稳当。

BQS-13 把 Cx、tgδ、ε 三项同时测出并直接显示，配标准 RS232 接口可以把数据传到计算机存档。对于树脂这类要"看批次波动、看工艺效果"的材料，同时拿到三项数据，比单一指标更能说明问题。

三、树脂介电性能的主要影响因素

树脂的介电性能不是固定值，它随一系列因素变化。了解这些因素，既是判读数据的需要，也是做好试验条件控制的前提。

固化程度。这是影响树脂介电性能头等重要的因素。固化物交联密度高、残留小分子少，tgδ 往往更低，ε 也相对稳定；固化不充分时，残留的极性小分子和未反应基团会显著抬高损耗。因此同一批树脂在固化前后、或在不同固化制度下测出的数据，不能直接放在一起比较，必须注明固化条件。层压制品、浇注件尤其如此，因为厚件内部的固化程度往往与表层不一致。

温度。温度升高会加快分子链运动与极性基团取向，使极化损耗增加，tgδ 随温度上升而增大，ε 也常略有变化。对多数树脂而言，达到玻璃化转变区附近时，tgδ 会出现明显抬升。这就是为什么比较数据时要记录试验温度，并在同一温度下比对。

频率。介电常数和介质损耗都随频率变化。极化过程需要时间，频率升高到与某种极化的弛豫时间相近时，损耗会出现峰值，ε 则逐级下降。树脂在不同频段的表现差异较大，测量时说明频率条件，数据才有意义。

湿度与吸湿。树脂表面和内部吸附的水分子是强极性成分，会同时抬高 ε 和 tgδ。对极性较强、或在潮湿环境长期放置的树脂试样，测试前宜作干燥处理，并在相对干燥的环境中完成测量。

填料与添加剂。许多工程用途的树脂并非纯树脂，而是加入了填料、增强纤维、阻燃剂、增韧剂、偶联剂等。填料的种类、粒径、含量与界面处理都会改变介电性能。玻璃纤维增强体系、无机粉体填充体系，其 ε 与 tgδ 与纯树脂差别明显，测量时要按实际用料状态取样。

气隙与内部缺陷。固化物内部的气泡、分层、未浸润良好的纤维界面，都会在电场下产生局部放电和附加损耗。这类缺陷对 tgδ 的影响往往比对 ε 更敏感，是介损测量能发现而介电常数测量容易放过的问题。

把这些因素列出来，是为了说明一件事：介电性能测量的可信度，很大程度上取决于条件是否被如实记录、是否被控制住。仪器给的是数字，数字能不能用，还要看条件。

四、测试原理与执行标准依据

树脂介电常数介质损耗测试仪BQS-13 的测量原理，建立在交流电桥的基础上。把被测试样接入测量回路，在试样两端施加规定的交流电压，仪器通过比较流过试样与流过标准支路的电流的幅值与相位关系，解算出试样的等效电容 Cx 和介质损耗因数 tgδ，再结合试样的几何尺寸（电极有效面积与试样厚度）换算出相对介电常数 ε。

与传统手动电桥相比，BQS-13 做的一件事是主动改变工作频率。它采用变频电源技术，在 40-70Hz 区间内自动寻找干扰较小的频率点，并在此频率上完成自动平衡与数据运算。这样做的直接好处，是在实验室常见的电磁干扰环境里，测量结果的稳定性会好一些。仪器还具备较强的抗干扰能力、较快的测试速度与全自动数字化处理的特性，操作上比手动平衡省去不少反复调整。

标准方面，仪器资料载明符合 GB5654、GB1409、GBT1693 等。与之相关的常见依据还包括 GB/T 1409（固体绝缘材料在工频下介电常数和介质损耗因数的试验方法）、GB/T 1693（硫化橡胶介电常数和介质损耗角正切值的测定方法）、GB/T 5654（液体绝缘材料工频相对介电常数、介质损耗因数和体积电阻率的测量）等，国际上对应的还有 IEC 60250、ASTM D150 等。试验时具体采用哪一份标准，应结合材料形态（树脂浇注体、板材、薄膜、浸渍料）和委托方要求来确定，电极尺寸、试验电压、频率条件都按对应标准执行，这样测出的数据才具备可比性和可追溯性。

五、整机架构与工作方式

从使用者的角度理解 BQS-13 的架构，可以分成几个部分来看。

电源与变频部分。这一部分提供可调频率的测试电源，支持在 40-70Hz 范围内变换频率以规避干扰，同时提供内置的高压输出，供内施高压方式使用。

测量与转换部分。试样电流信号经采集与模/数转换后进入运算单元，由单片机完成自动平衡、参数解算与结果显示。Cx、tgδ、ε 三项结果均为直接显示值。

控制与交互部分。仪器按人机对话方式操作，通过面板设定测试电压、频率范围及相关试样参数，测量过程自动完成。

接口部分。仪器提供标准 RS232 接口，可将结果传送至计算机，便于建立批次数据档案。

结构与机箱。仪器采用 8U 标准机箱形式，仪器重量 25kg，属于实验室台式或机架式应用的形态。

这套架构的一个特点是"测量对象范围做得比较宽"。仪器既可覆盖小到几皮法的树脂薄膜试样，也覆盖到微法级的绝缘油、电容器类样品；配合外接量程扩展器时，还可用于较大电流条件下高压电器的介损测量。对实验室里试样形态多样、又希望用同一台仪器完成多种测量的场合，这一点比较实用。

六、主要技术指标

• 准确度（Cx）：±（读数×0.5%+0.5pF）
• 准确度（tgδ）：±（读数×0.5%+0.00005），分辨率 0.000001
• 准确度（ε）：±0.5%
• 抗干扰指标：变频抗干扰（40-70Hz），输入电流上限 5A
• 测试电压输出：内置 10KV 测试电压输出，可调分辨率 1V
• 电容量范围（内施高压）：3pF～60000pF/10kV；60pF～1μF/0.5kV
• 电容量范围（外施高压）：3pF～1.5μF/10kV；60pF～30μF/0.5kV
• 量程扩展：外接量程扩展器时可以测试几千安培下高压电器的介损值
• 分辨率：0.001pF，4 位有效数字
• 计算机接口：标准 RS232 接口
• 外形尺寸：8U 标准机箱
• 仪器重量：25kg

以上指标中，Cx、tgδ、ε 三项均为直接显示值，不需要使用者再作换算。就测量对象而言，仪器既覆盖了小到几皮法的树脂薄膜或薄片试样，也覆盖了微法级的绝缘油、电容器类样品，量程跨度较大；配合外接量程扩展器后，还可用于高压电器在较大电流条件下的介损测量。分辨率一项写明 0.001pF、4 位有效数字，意味着在测量小电容试样时，读数可以有效区分相近的电容值，这对薄片树脂试样的比对测量是有利的。

七、抗干扰设计：变频与频率选择的意义

在实验室环境中，介损测量面临的干扰主要来自市电及其谐波、附近变频设备、高压试验产生的放电干扰等。传统工频电桥一旦遇上这些干扰，往往出现平衡困难、读数跳动。BQS-13 的思路是让仪器主动换一个工作频率：在 40-70Hz 区间内自动寻找干扰较小的点，再在该频率上完成测量与解算。由于干扰的频谱分布通常并不均匀，避开干扰密集处之后，测量稳定性会明显改善。

从使用角度看，这项设计带来的实际差别体现在几个方面。一是对 tgδ 本就很小的树脂试样，抗干扰能力直接决定了损耗值是否可信——干扰稍大，微弱的损耗信号就可能被淹没。二是当测试现场无法充分屏蔽外部电磁环境时，变频方式提供了一种相对省事的应对路径，不必为每次测量都搭建复杂的屏蔽条件。三是仪器允许输入电流达到 5A（原文指标为输入电流上限 5A），对容量偏大或需要较大激励的样品也能适应。

需要留意的是，抗干扰能力再好的仪器也替代不了规范的接地与合理的布线。测量回路的接地方式、高压引线的走向、试样与周围金属物体的距离，都会影响结果。把这些基础条件做好，再发挥变频抗干扰的作用，才有较可靠的测量。

八、电极系统与树脂试样的准备

介电常数和介质损耗的测量结果，与电极的配置密切相关。同一种树脂材料，用不同直径的电极、不同的接触方式测量，得到的 ε 可能有可见差别。因此在使用 BQS-13 时，电极的选择与试样的准备同样重要。

关于电极，常用形式包括三电极系统和两电极系统。测固体材料的体积特性时，多采用三电极结构，一个电极作为测量极、一个作为高压极、一个作为保护极，保护极用于把表面泄漏电流引开，使测得的损耗更接近材料本体。测薄膜或片材时，需要保证电极与试样表面贴合充分，避免夹入气隙，因为气隙本身会引入额外的等效电容与损耗，把结果带偏。

关于试样，树脂浇注体、层压板或固化成型的片材在测试前应作表面清洁，去除脱模剂、油污、粉尘和指纹；厚度应均匀，测量点应避开边缘和明显缺陷；试样尺寸要与电极大体匹配，一般使电极边缘之外留出足够余量，减少边缘效应的影响。若试样经过机加工，加工面的平整度与平行度也要留意，起伏的表面会在加压接触时形成不均匀的电场分布。

关于接触，对刚性较好的树脂板材，可用金属电极直接加压接触；对薄膜类试样，可采用导电胶、蒸镀金属层或液体电极等方式改善接触。选择哪种方式，取决于材料的产品形态和参照标准的规定。

关于固化状态，这一点对树脂类试样尤为关键。若试样是自行浇注或压制的，应如实记录固化温度、固化时间和后固化处理，并在固化完成后按标准规定的时间静置再测，避免把固化过程尚未结束的读数当成材料的稳定值。

九、操作流程与使用规范

把仪器用顺，可以按下面的顺序进行。

其一，检查与通电。 确认仪器接地可靠，高压输出端与测量端连接正确，周围无易燃物品与无关金属物件。接通电源后让仪器预热，待内部电路稳定再进入测量。

其二，试样装夹与参数设定。 按试样形态选好电极，装夹试样并确认接触良好；在界面上设定测试电压、工作频率范围、试样厚度等与计算相关的参数。用于计算 ε 的几何量（电极有效面积、试样厚度）应事先测量准确，因为 ε 的计算直接依赖这两项。

其三，施加电压与测量。 启动测试后，仪器自动完成频率选择、信号采集与运算，随后显示 Cx、tgδ 与 ε。测试过程中不要触碰高压端与试样，避免引入干扰或造成危险。

其四，读数记录与复测。 记录三项结果及当时的测试条件（电压、频率、电极、温度、湿度）。对同一试样建议在同一条件下重复测量数次，观察读数的一致性；若偏差偏大，应检查接触状态与试样是否存在气隙。

其五，降压实测与放电。 测量结束先降下电压，再对高压端和试样进行放电，之后才允许拆取试样，防止残余电荷造成意外。

其六，数据导出。 通过标准 RS232 接口把结果传至计算机保存，便于建立批次数据档案，跟踪材料介电性能的变化趋势。

上述流程中，容易被省略的是"复测"与"记录测试条件"两步，而这两步恰恰关系到数据能不能用。介损数值本身很小，一两次偶然的读数不足以说明材料水平，重复测量并记录完整条件，才是可靠的用法。

十、试验条件的控制与数据可比性

想让不同时间、不同人员测出的介电常数与介质损耗能相互比较，需要在条件控制上花些功夫。

温度是需要重点关注的试验条件之一。树脂在常温附近性能较为稳定，但当温度升高接近其使用上限时，分子链运动增强，极化损失随之变化，tgδ 与 ε 都会出现漂移。因此比较数据时应记录试验温度，并在同一温度下比对。

湿度的影响同样明显。材料表面吸附水分会形成导电通路，使测得的损耗偏高、介电常数偏大。对吸湿性较强的树脂以及长期存放的试样，测试前宜作干燥处理，并在干燥环境中完成测量。

频率也要统一。BQS-13 具有变频抗干扰功能，仪器会在区间内自动选频，但比较不同批次数据时，应确保选频条件与试验电压一致，否则频率差异本身就会带来数值差异。

试样状态包括厚度、尺寸、表面处理和固化程度。测量前把这几项登记清楚，相当于为每份数据建立了一份"身份说明"，日后复查或比对时才不至于无从判断。

电极状态容易被忽略。电极表面若有氧化、污渍或划痕，会改变接触电阻与等效电容，进而影响读数。定期清洁电极，并在更换电极后重新核对空载或标准试样读数，是保证数据一致性的常规做法。

十一、日常维护与保养

仪器属于精密测量设备，日常维护做得好，数据稳定性才有保障。

环境方面，宜将仪器安放在干燥、通风、少尘、无强电磁干扰的位置，环境温度与湿度按仪器说明书的要求控制，避免结露。长期不用时应定期通电，让内部元件保持在工作状态。

电极方面，每次测量后应及时清除电极表面的残胶、粉尘和指纹，用适当的溶剂与软布擦拭，避免划伤电极工作面。三电极系统要注意保护极与测量极之间的绝缘件是否清洁。

高压部分，应定期检查高压引线的绝缘状况与接插件是否有松动、发黑或放电痕迹，发现异常及时更换。放电措施要落实，不允许带电拆卸试样。

接口与主机，RS232 接口及连接线应保持干燥清洁，避免拉扯；机箱通风口不要被遮挡，以保证散热。

校准与核查，按仪器要求定期进行校准或核查，可借助标准电容或已知介电性能的参考试样验证仪器状态，并保留核查记录，以便出现数据异常时追溯原因。

十二、典型应用场景

BQS-13 的使用场景，围绕"树脂类电介质材料的介电性能测量"展开，常见的有以下几类。

树脂原料与配方研发。在环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯、聚酰亚胺、有机硅树脂等体系的研发中，比较不同配方、不同固化剂用量、不同填料含量对 ε 与 tgδ 的影响，为配方定型提供数据。

绝缘浸渍漆与浇注料检验。电机、变压器用的浸渍树脂、浇注树脂，在固化前后的介损变化可以反映固化程度与工艺质量，是出厂检验的常见项目之一。

层压板与覆铜板基材。环氧玻璃布板、复合材料基板在工频或指定频率下的介电常数与介质损耗，关系到电气绝缘与信号传输性能，是基材评价的常规指标。

电子封装与灌封材料。封装胶、灌封树脂的介电性能影响器件的高频特性与长期可靠性，测量需结合封装工艺状态取样。

胶粘与绝缘胶料。绝缘用胶黏剂在固化后的介电性能，尤其在有耐电压、低损耗要求的场合，是选材依据之一。

科研与教学。高校材料学科、科研院所在研究树脂介电行为、建立材料数据库时，需要稳定的介损测量手段，BQS-13 的自动测量与数据接口便于批量取样与数据积累。

第三方检测与比对。检测机构在接受委托检验时，按标准规定完成测量并出具数据，仪器直接显示 Cx、tgδ、ε，可减少人为换算出错的可能。

十三、测量结果的常见影响因素与排除思路

介损测量中遇到数据异常，多数情况下问题出在试样与回路，而不是仪器本身。下面几种情况比较常见。

读数偏高且不稳定。优先怀疑接触不良、气隙过大或试样表面污染。检查电极是否与试样贴合、是否夹入气隙、试样表面是否需要清洁或干燥。

同一试样反复测量差异较大。检查高压引线布置是否变动、周围是否有移动的金属物体或人员走动、接地是否可靠。测量回路一旦变动，等效参数就会变化。

电容值明显偏离预估。核对电极有效面积与试样厚度的设定值是否与实物一致，因为 ε 的计算直接依赖这两项；同时确认量程档位是否合适。

损耗值随温度上升而增大。这多半是材料本身的正常表现，不属异常，但应记录试验温度，避免把不同温度下的数据混在一起比较。

不同批次树脂数据差异明显。先确认固化制度是否一致、填料是否同源，再考虑材料本身的差异。树脂的介电性能对工艺敏感，忽略工艺差异去比较材料，容易得出不准确的结论。

把这些排查顺序记住，多数问题在现场就能定位，不必每次都怀疑仪器精度。

十四、从介电性能看树脂的选型与使用

对使用树脂的工程人员来说，介电常数与介质损耗这两项数据，可以在选型和使用中帮上忙。

高频与信号场合，优先选择 ε 较低、tgδ 较小的树脂体系，以减少寄生电容与信号衰减。这类场合对填料极性、水分含量都很敏感，选材时要一并考虑吸湿性。

高压绝缘场合，tgδ 是重点关注的指标，数值偏低且随温度上升平缓的体系更有利于长期运行；同时要关注固化是否充分、内部有无气隙，因为缺陷引起的局部损耗会加速老化。

长期户外或湿热环境，应关注树脂的吸湿性与水解稳定性，因为吸湿会同时抬高 ε 与 tgδ；选型时可结合湿热老化前后的介电数据对比。

含有填料的复合体系，要注意界面处理对介电性能的影响，界面缺陷往往是损耗上升的来源之一；必要时把填料含量作为变量做几组对比试验。

从测量到选型，中间隔着一层判断：数据要结合使用工况、结合标准限值、结合老化趋势来看。单看一个数值下结论，往往不足。

十五、介损测量设备的发展趋势

从手动平衡电桥到自动介损电桥，介损测量设备的变化体现在几个方向。

测量自动化。传统电桥需要人工反复调节平衡，效率低且对操作者有经验要求；以 BQS-13 为代表的自动介损电桥，通过单片机与数字运算自动完成平衡与解算，把操作简化到设定参数、读取结果。

抗干扰能力增强。变频抗干扰、数字滤波等手段的引入，使得在实验室与现场环境下都能获得相对稳定的读数，减少了对屏蔽条件的依赖。

数字化与数据管理。计算机接口与数据导出功能，让测量结果可以进入数据库，支撑批次跟踪与趋势分析，而不只是留在纸质记录里。

量程与适应范围扩大。同一台仪器覆盖皮法级到微法级、支持内外施高压与量程扩展，让一台设备能应对多种试样形态，减少实验室的设备种类。

向宽频与多功能方向发展。材料研究对频率条件的要求越来越细，介电性能测量也在从单一工频向多频段、多参数方向发展，为高频材料与宽温域应用提供更完整的数据支撑。

这些方向归结起来，都指向同一个目标：让材料的介电性能数据更稳定、更可比、更容易积累和使用。

十六、结语

树脂介电常数介质损耗测试仪BQS-13 面向的，是树脂及其他绝缘材料在交变电场下介电行为的基础测量。它把电容量 Cx、介质损耗因数 tgδ 与相对介电常数 ε 三项直接显示，采用变频抗干扰方式适应实验室常见的干扰环境，在皮法级到微法级范围内都有相应的测量能力。对于需要反复比较树脂配方、验证固化工艺、积累材料介电数据的实验室来说，这类自动高压介损电桥提供了相对简便而稳定的测量手段。

用好这类仪器，关键不在仪器本身，而在于把试样准备好、把条件记清楚、把数据成组地看。介电常数与介质损耗都是条件敏感的量，脱离试验条件谈数值，意义有限。把测量、记录与判读连成一条线，数据才真正对材料选型和工艺改进有帮助。

需要说明的是，本文所述指标与功能均以仪器资料为依据，实际使用时应以随机说明书与所执行标准的规定为准；涉及高压操作时，务必遵守安全规程，做好接地与放电措施。