高频、工频介电常数测试仪技术手册

引言

在电子元器件、高频通信设备、航空航天材料等高科技领域，材料的介电性能直接决定了产品的可靠性、信号传输效率与长期稳定性。介电常数（Σ）和介质损耗角正切值（tgδ）是评估绝缘材料电性能的关键参数，它们反映了材料在电场作用下的极化响应和能量损耗特性。对于高频应用场景，如5G通信、卫星导航、雷达系统等，材料的介电性能对信号传输的完整性、延迟和损耗有着直接影响；而在工频领域，如电力传输、工业电机等，介电性能则关系到设备的绝缘强度、耐压能力和长期运行稳定性。

北京北广精仪仪器设备有限公司推出的GDAT-A高频、工频介电常数及介质损耗测试仪，是一款专为精确测量固体绝缘材料的介电常数（Σ）和介质损耗角正切值（tgδ）而设计的专业仪器。它融合了经典的LC谐振测量原理与现代数字智能控制技术，为科研机构、高校实验室及高端制造企业提供了高效、精准且操作简便的解决方案。本手册将全面介绍该仪器的核心价值、结构组成、工作原理、操作流程、性能参数及应用领域，为用户提供详尽的技术参考。

一、产品核心价值与定位

1.1 核心价值

GDAT-A高频、工频介电常数及介质损耗测试仪的核心价值在于其能够提供高精度、高重复性的介电性能测量，同时大幅简化传统谐振法测试的复杂操作流程。传统介电常数测试方法往往依赖人工调节桥路平衡、手动判读数据，不仅操作繁琐，而且容易引入人为误差。GDAT-A通过自动频率搜索与锁定、数字化的Q值显示与频率控制，实现了测试过程的自动化与智能化，显著提升了测试效率与数据可靠性。

1.2 产品定位

GDAT-A主要服务于以下场景：

新材料研发‌：评估新型复合绝缘材料、高频基板材料、特种陶瓷等在交变电场下的性能表现。通过精确测量介电常数和介质损耗，研究人员可以深入理解材料的微观结构与电性能的关系，为新材料的设计与优化提供科学依据。

产品质量控制‌：对电容器介质、电缆绝缘层、封装材料等进行入厂检验与生产过程中的质量监控。介电性能是影响电容器容量、电缆传输效率、封装材料绝缘强度的重要因素，通过定期测试可以及时发现材料性能的波动，确保产品质量的稳定性。

学术研究‌：为高校与科研院所提供基础电介质物理研究的可靠工具。介电常数和介质损耗是电介质物理的核心参数，对于研究材料的极化机制、能量损耗机理等具有重要意义。

二、核心结构组成与工作原理

2.1 精密机械结构：测微电极系统

仪器的核心测量单元是测微电极系统，它由两个精密并联的螺旋测微器构成，集成了机械精度与电气测量功能：

圆筒微调电容器‌：位于左侧，其电容变化率（K值）通常为0.5 pF/mm。在测量介质损耗时，通过调节其位置改变谐振回路的Q值，从而计算损耗角正切值。圆筒微调电容器的设计确保了电容变化的线性与可调性，为损耗测量提供了精确的输入。

平板测量电容器‌：位于右侧，由上下两个可调节平行极板组成，通过测微杆精确控制极板间距，用于夹持和测量样品。测量介电常数时，极板间距的变化是直接输入参数。平板测量电容器的设计保证了极板间的平行度与间距的精确控制，为介电常数测量提供了基础。

2.2 智能控制面板

控制面板设计简洁直观，集成度高：

数字显示区‌：实时显示当前工作频率、谐振回路的Q值以及选用的外部标准电感值。数字显示区采用了高分辨率的显示屏，确保了数据的清晰与准确。

核心操作按键‌：包括频率调节、Q值调节、电感选择等功能键。操作按键的设计考虑了人体工程学，使得操作更加便捷与舒适。

关键调节组件‌：如频率微调旋钮、Q值微调旋钮等，用于对测试参数进行精细调整。调节组件的设计确保了操作的精确性与稳定性。

2.3 核心测量原理与数学模型

2.3.1 介电常数（Σ）的测量

原理‌：将样品插入平板电容器后，引起等效电容变化。通过测量样品厚度与空载时需补偿的间距变化量，计算介电常数。

操作与计算‌：

空载时，调节平板电容器使两极板刚好接触，记录测微杆读数D₀。

放入厚度为D₂（D₂ = D₁ - D₀，D₁为夹持样品后的读数）的样品，使回路谐振。

取出样品（保持工作频率不变），调节平板电容器使其再次谐振，记录新读数D₃，得到空载补偿间距D₄（D₄ = D₃ - D₀）。

核心公式：Σ = D₂ / D₄

2.3.2 介质损耗角正切值（tgδ）的测量

原理‌：材料内部的电能耗散导致谐振曲线展宽，通过测量有/无样品时Q值降至一半所对应的圆筒电容器调节范围（半功率点带宽），计算损耗值。

操作与计算‌：

样品在回路时（状态A）：调节圆筒电容器，使Q值降至一半，记录调节量M₁。

样品移出、但保持平板间距不变（状态B）：调节圆筒电容器，使Q值降至一半，记录调节量M₂。

核心公式：tgδ = K × (M₁ - M₂) / [2 × (C₁ - C₂)]，其中K为圆筒电容器的线性变化率（0.5 pF/mm）。

三、操作流程与关键注意事项

3.1 准备工作

样品准备‌：确保被测固体材料表面平整、清洁、干燥，厚度均匀且已知。样品准备是确保测试准确性的第一步，任何表面的污染或不平整都可能影响测试结果。

电感选择‌：根据目标测量频率范围选择对应的高Q值标准电感线圈，并牢固插入仪器插孔。电感的选择直接关系到测试的频率范围和精度。

电极安装‌：确保测微电极系统已正确连接。电极的安装需要精确，任何松动或连接不良都可能影响测试结果。

3.2 测量流程

3.2.1 介电常数测量

空载时，调节平板电容器使两极板刚好接触，记录测微杆读数D₀。

放入厚度为D₂的样品，使回路谐振。

取出样品（保持工作频率不变），调节平板电容器使其再次谐振，记录新读数D₃。

计算空载补偿间距D₄ = D₃ - D₀。

根据公式Σ = D₂ / D₄计算介电常数。

3.2.2 损耗角正切测量

样品在回路时（状态A），调节圆筒电容器，使Q值降至一半，记录调节量M₁。

样品移出、但保持平板间距不变（状态B），调节圆筒电容器，使Q值降至一半，记录调节量M₂。

根据公式tgδ = K × (M₁ - M₂) / [2 × (C₁ - C₂)]计算介质损耗角正切值。

3.3 操作后事项

核对数据无误后保存或记录。

关闭电源，清理电极残留物，必要时涂专用油脂防锈。操作后的清理工作对于保持仪器的精度和延长使用寿命至关重要。

四、核心性能参数与规格

4.1 硬件规格

测微电极系统‌：千分尺结构，高精度机械控制，行程精确可控。测微电极系统的设计确保了测试的重复性和准确性。

圆筒电容器‌：线性变化率K = 0.5 pF/mm，是损耗计算的关键常数。圆筒电容器的线性变化率保证了损耗计算的准确性。

电感-频率-Q值关系‌：电感的选择范围覆盖了高频和工频的需求，确保了测试的广泛适用性。

4.2 智能化功能

频率调节‌：支持全自动搜索锁定与高精度手动微调。频率调节的智能化使得测试过程更加便捷和高效。

频率分辨率‌：手动模式下可进行精细到1单位步进的调节。高分辨率的频率调节确保了测试的精确性。

通道选择‌：根据电感值提示匹配的通道档位（左、中、右）。通道选择功能使得测试更加灵活和方便。

4.3 通用规格

样品要求‌：主要适用于固体绝缘材料薄片。样品的要求确保了测试的准确性和可靠性。

注意事项‌：谐振状态连续工作时间不宜过长，确保电源与测量稳定性。注意事项的提醒有助于避免测试过程中的潜在问题。

五、应用领域与客户价值

5.1 典型应用行业

电子信息‌：PCB基板、高频基板、微波介质陶瓷的研发与质检。介电性能对于高频电路的设计和性能优化至关重要。

电力电气‌：高压电缆绝缘、电容器薄膜、绝缘子复合材料的性能评估。介电性能直接关系到电力设备的绝缘强度和长期运行稳定性。

航空航天‌：雷达罩透波材料、耐高温绝缘材料的电性能研究。在航空航天领域，材料的介电性能对于信号传输和设备可靠性有着极高的要求。

科研教育‌：高校物理、材料科学、电子工程的教学与科研实验。介电常数和介质损耗是电介质物理的核心参数，对于教学和科研具有重要意义。

5.2 核心客户价值

高精度与可靠性‌：经典谐振法与高精度机械结构的结合，确保数据准确。GDAT-A的设计理念是提供最接近理论值的测量结果，为科研和产品开发提供可靠的数据支持。

操作简便‌：智能化搜索与数字显示，简化传统方法，提升效率。GDAT-A的操作界面设计简洁直观，使得测试过程更加便捷和高效。

投资价值‌：一台仪器完成介电常数和损耗两大核心参数测量，功能全面。GDAT-A的多功能设计使得用户无需购买多台仪器即可完成全面的介电性能测试，节省了投资成本。

权威数据支撑‌：基于明确物理模型，数据可信度高，为质量报告提供支持。GDAT-A的测量原理和数学模型经过了严格的验证和优化，确保了数据的权威性和可信度。

六、关于我们

北京北广精仪仪器设备有限公司始终致力于以技术创新服务中国制造业。我们不仅提供性能卓越的GDAT-A高频、工频介电常数与介质损耗仪，还提供专业的应用支持、操作培训和及时售后服务。我们的团队由经验丰富的工程师和技术专家组成，能够为客户提供从仪器选型、安装调试到日常维护的全方位支持。

我们坚信，GDAT-A高频、工频介电常数及介质损耗测试仪凭借其严谨的标准符合性、卓越的技术参数稳定性、智能化的操作体验以及我们坚实的服务后盾，必将成为您评定材料耐电痕化性能、保障产品电气安全、提升研发与质控水平的可靠伙伴。我们期待与您携手，共同推动中国制造业的技术进步与创新发展。