彩屏实验室专用高压自动介损电桥是一款集成现代变频测量技术、数字控制与全触控操作界面于一身的高精度电学测量仪器。其核心应用是依据中国及国际相关标准，对固体和液体绝缘材料的‌介质损耗因数(tanδ)‌ 与‌相对介电常数(εr)‌ 进行精确测定。本说明书将系统阐述设备的工作原理、核心性能、详细操作方法、标准应用实践以及维护保养知识，旨在为实验室研究人员、质量控制工程师及高级技术操作人员提供全面、权威的指导，确保测试结果的准确性、重复性与可靠性。

第一章 设备概述与技术特性‌

1.1 产品定位与设计理念‌

本电桥专为高精度、高稳定性的实验室环境设计，旨在克服传统高压西林电桥操作复杂、抗干扰能力弱、自动化程度低等不足。它融合了先进的微处理器技术、傅里叶变换数字滤波技术和变频抗干扰技术，将高电压测试电源、精密测量电桥及智能数据管理系统集成为一体化机型，实现了绝缘材料介电性能测量的全自动化、数字化与智能化。设备的设计与制造，严格遵循并满足相关国家标准对于精密电学测量的要求。

1.2 符合的核心国家标准‌

本仪器的测量原理、方法及精度指标设计与下列国家标准（及其他等同/参照的国际标准如IEC、ASTM等）密切相关，确保其测试数据在国内外的认可度与可比性：

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的测量》‌：这是液体绝缘材料（如变压器油）介电性能测试的基础标准。

GB/T 1693-2007《硫化橡胶 介电常数和介质损耗角正切值的测定方法》‌：专门规定了橡胶类材料在工频下的测试方法。

GB/T 1409-2006《测量电气绝缘材料在工频、音频、高频（包括米波波长在内）下电容率和介质损耗因数的推荐方法》‌：这是适用于各类固体绝缘材料介电性能测量的通用与核心标准，对测试电极系统（如三电极系统）、测试条件、计算方法等有详细规定。

在针对如环氧树脂等具体材料的测试时，还需参照其产品标准或相关行业的测试规程。

1.3 核心技术特点‌

高精度全数字化测量‌：采用高速A/D转换与傅立叶变换数字滤波算法，直接处理测量信号，有效滤除杂散干扰，自动计算并显示电容(Cx)、介质损耗因数(tanδ)和相对介电常数(εr)等多达14项参数。测量结果的精度高，便于接入实验室信息管理系统（LIMS）。

卓越的变频抗干扰能力‌：设备内置大功率开关电源，可输出40Hz至70Hz范围内任意频率的纯正弦波。通过独特的“自动双变频”技术（如默认的45Hz/55Hz组合），可主动偏离现场50Hz工频及其谐波干扰，或自适应跟踪外接变频电源，从而在强电磁干扰的复杂实验室或现场环境下，依然能获得稳定、可靠的测量数据。

全触控彩屏智能化操作‌：配置高分辨率（640*480）彩色液晶触摸显示屏，构建了直观的图形化操作界面。所有参数设置、流程控制、数据查看与存储均通过触控完成，无需复杂培训，显著提升工作效率并降低人为操作错误。

一体化的集成设计‌：仪器内部集成了高稳定度的输出电压高达10kV的测试电源和精密内标准电容器。同时，它兼容外接高压电源（如串联谐振装置）和外部标准电容，进行更高电压或更精密的比对测量。这种设计大大减少了外部接线和辅助设备，提高了系统的便携性与测试的便捷性。

完善的数据管理与输出‌：内置日历芯片和大容量存储器，可自动保存带有时间戳的完整测试数据、曲线及测试条件。数据可通过U盘便捷导出，或通过标准RS232接口与上位计算机联机，实现远程控制、数据采集与报告自动生成，满足现代实验室的数据可追溯性管理要求。

全面的安全保护机制‌：具备多重软硬件安全保护，包括：强制接地保护（不接地或接地不良时仪器自动闭锁高压输出）、过流保护、过压保护、硬件紧急按钮以及高压警示标识，全方位保障操作人员与设备的安全。

第二章 主要技术指标与工作条件‌

2.1 测量准确度‌

在标准实验室环境及使用推荐的三电极测试系统时，本电桥可实现以下测量精度：

电容(Cx)测量精度‌：±(读数 × 0.2% + 0.5 pF)

介质损耗因数(tanδ)测量精度‌：±(读数 × 0.2% + 0.00005)，分辨力最高达0.000001

相对介电常数(εr)测量精度‌：±(读数 × 0.5%)

（注：在非三电极系统的通用测量模式下，精度为Cx: ±(读数×0.5%+0.5pF), tanδ: ±(读数×0.5%+0.00005)）

2.2 测量范围‌

电容量(Cx)范围‌：

使用内高压电源(10kV)：3 pF ~ 60,000 pF

使用内高压电源(0.5kV)：60 pF ~ 1 μF

使用外接高压电源时，范围可扩展至3 pF ~ 1.5 μF (10kV下) 或 60 pF ~ 30 μF (0.5kV下)

介质损耗因数(tanδ)范围‌：无限制，仪器能自动识别电容性、电感性和电阻性试品。

试验电流范围‌：5 μA ~ 5 A（直接测量），外接专用量程扩展器（电流互感器）后可测量高达数千安培的电流。

2.3 高压电源系统‌

内部高压输出‌：电压在0.5kV 至 10kV范围内连续可调，最小设定步进为1V（如可设定为5123V），最大输出电流200mA。

外部高压兼容‌：可识别40Hz~70Hz的外接高压电源频率，允许配合工频试验变压器或串联谐振装置进行更高电压等级（最高可达数百kV）的介损试验。

2.4 测试频率‌

频率范围‌：40.0 Hz ~ 70.0 Hz连续可设。

工作模式‌：

单频测试‌：可任意设定单一频率，如50.0Hz, 48.7Hz。

自动双变频抗干扰测试‌：可设定为中心频率（如50.0Hz）上下一定频偏（如±5.0Hz），仪器自动在两个频率点测量并智能计算最终结果，此为强干扰环境下的推荐模式。

频率精度‌：±0.01Hz。

2.5 通用规格‌

工作电源‌：AC 180V ~ 270V，50Hz ±1%，可使用市电或稳压发电机供电。

通信接口‌：标准RS232串行接口，USB-A型U盘接口。

打印输出‌：内置微型热敏打印机。

使用环境‌：温度-10℃ ~ 50℃；相对湿度≤90%（无凝露）。

外形尺寸与重量‌：约430mm×330mm×350mm，重量约28kg。

第三章 测量原理与标准接线方法‌

3.1 测量原理简述‌

本电桥采用 ‌“实验室正接法”‌ （亦称“西林电桥正接线”）原理。其核心是将一个介损极小的内置标准电容器（CN）作为理想参考基准。测量时，内部高压同时施加于内标准电容器和被测试品（Cx）上。通过高精度采样电阻获取流经试品的全电流信号（Icx），利用高速数字信号处理技术，将此电流分解为与电压同相的有功分量和垂直的无功分量。‌介质损耗角正切值(tanδ)即为有功分量与无功分量的比值‌。同时，通过测量电流幅值与电压，可计算出试品电容值(Cx)。对于固体绝缘材料，在输入试样厚度和电极面积（或使用标准三电极系统时仪器自动计算）后，即可直接显示‌相对介电常数(εr)‌。

3.2 标准接线方法与适用场景‌

正确的接线是获得准确数据的基础。仪器后板主要端子包括：‌HV‌（高压输出）、‌CX‌（试品电流信号输入）、‌CN‌（外标准电容输入）和 ‌（接地）‌。

接线一：正接线、内标准、内高压（常规实验室固体/液体材料测试）‌

适用场景‌：最常用的接线方式，适用于测量一端近似接地（实际是试品低压测量端接近地电位）的各类绝缘材料，如使用三电极系统的固体板材、薄膜，或使用标准油杯的绝缘液体。

接线步骤‌：

将高压线一端接仪器‌HV‌端子，另一端接试品的‌高压电极‌。

将测量专用屏蔽线一端接仪器‌CX‌端子，另一端接试品的‌测量电极‌（三电极系统的主电极）。

确保试品的‌保护电极‌（三电极系统中）和‌接地极‌可靠连接到大地。

将仪器的‌接地端子‌用粗导线牢固连接至实验室大地。

接线二：正接线、外标准、外高压（高电压或精密比对测试）‌

适用场景‌：当测试电压需求超过10kV，或需要使用精度等级更高的外置标准电容器进行精密测量时使用。

接线与设置‌：

在仪器菜单中将“高压选择”设为“‌外高压‌”，“标准选择”设为“‌外标准‌”。

关闭仪器内部高压开关。

外部高压源输出同时连接‌外接标准电容‌的高压端和‌试品‌的高压端。

外接标准电容的低压端连接至仪器‌CN‌端子。

试品的测量信号端连接至仪器‌CX‌端子。

仪器与外部高压设备必须‌共地‌，并确保接地可靠。

接线三：外接量程扩展器（电流互感器）‌

适用场景‌：当被测试品的电容电流超出仪器直接测量量程时（例如大型电力变压器、长电缆），需使用外接精密电流互感器扩展量程。

操作方法‌：将互感器一次侧串入试品电流回路，二次侧输出接至仪器。测量完成后，‌介质损耗值可直接读取‌，‌电容量读数需乘以互感器的实际变比‌。

第四章 仪器结构与操作流程详解‌

4.1 仪器面板与接口说明‌

前面板‌：彩色触控液晶屏、微型打印机出口。

后面板‌：

电源开关‌：控制整机电源。

高压开关‌：控制内部高压电源的启停。‌注意：仅当完全使用外部高压源时才需关闭此开关，其他情况均应保持打开。‌

HV、CX、CN、接地端子‌：如前文所述。

RS232接口、U盘接口‌：用于数据通信与导出。

电源输入插座‌：带保险丝保护。

4.2 标准化操作流程‌

步骤一：开机前准备‌

安全检查与环境确认‌：确保仪器置于平稳、通风、无强电磁干扰的工作台。远离热源、潮湿和腐蚀性气体。

强制接地‌：使用仪器配备的专用接地线，将后面板的‌接地端子‌与实验室的接地汇流排或接地桩进行‌牢固、可靠‌的连接。接地电阻应尽可能小，这是安全与精度的首要保障。

安装试品与夹具‌：根据标准（如GB/T 1409）和试品形状，选用合适的三电极系统或其他专用夹具。清洁电极与试品表面，确保接触良好、压力均匀。对于固体材料，精确测量并记录试样厚度（用于计算εr）。

步骤二：接线与开机‌

根据3.2节选择合适的接线方式，并正确连接所有线缆。

再次检查‌所有接线是否紧固，高压线有无破损，接地是否可靠。

打开仪器‌电源开关‌，系统自检后进入主操作界面。

步骤三：测试参数设置（触控屏操作）‌

在主界面或设置菜单中，依次设定以下关键参数：

输入试样厚度‌：在对应位置输入以毫米（mm）为单位的试样厚度，精确到小数点后两位。仪器具有记忆功能。

设定测试频率‌：

抗干扰模式‌：点击频率区域，设置为如“‌50.0±5.0Hz‌”（代表使用45/55Hz双变频）。

单频模式‌：设置为如“‌50.0±0.0Hz‌”。

设定测试电压‌：点击电压值区域，从弹出的数字键盘输入所需电压，如“‌2000‌”（代表2000V）。电压值需根据材料标准（如GB/T 1693规定通常为1kV/mm左右）和试样耐受能力合理选择。

确认工作模式‌：确保“‌测试模式‌”为“正接线”，“‌高压选择‌”为“内高压”，“‌标准选择‌”为“内标准”（常规情况）。

步骤四：启动测试与监控‌

确认所有参数无误后，点击屏幕上的“‌启动仪器测试‌”按钮。

仪器将自动按设定值升压，屏幕实时显示电压、电流、电容Cx、介质损耗tanδ的动态变化曲线及数值。整个过程约需40秒。

测量结束后，仪器自动锁定并显示最终结果，包括‌Cx‌、‌tanδ‌和‌相对介电常数εr‌。

步骤五：数据处理与结束工作‌

结果审核与存储‌：查看结果，点击“‌存储‌”按钮，为数据编号并保存。仪器会自动保存完整测试条件、数据和曲线。

报告打印‌：点击“‌打印‌”按钮，内置打印机将输出包含日期、时间、测试参数、结果的标准报告。

数据导出‌：将U盘插入接口，可批量导出存储的历史数据，用于在电脑上分析或归档。

结束与复位‌：点击“‌退出‌”返回主界面。‌切勿立即拆卸接线‌，应确认仪器显示高压已归零或通过其他方式确认无电后，再进行清理与下一步操作。

第五章 典型应用与标准实践（以环氧树脂为例）‌

绝缘材料的介电性能是其作为电气绝缘部件可靠性的核心指标。例如在电力设备、电子封装等领域，‌环氧树脂‌因其优异的绝缘性、机械强度和粘结性被广泛应用。其介电性能的评估通常遵循以下流程，并可作为其他材料测试的参考。

5.1 测试标准依据‌

主要参照 ‌GB/T 1409-2006‌（测量电气绝缘材料介电性能的通用方法）。

同时可参考针对塑料或复合材料的相关标准。

5.2 试样制备要点‌

将环氧树脂浇注或模压成表面光滑平整、厚度均匀（通常为1-3mm）的平板试样。

尺寸精度‌：使用游标卡尺或千分尺在试样不同位置多次测量厚度，取平均值作为输入值，这直接关系到εr的计算精度。

固化与状态调节‌：试样必须按照材料规范完全固化，并在标准实验室环境（如23±2°C， 50±5% RH）下状态调节足够时间（通常>24小时），以消除内应力和湿度影响。

5.3 选用三电极系统‌

严格依据GB/T 1409，使用‌三电极系统‌（主电极、保护电极、高压电极）进行测试。保护电极能有效消除边缘效应和表面漏电流的影响，是获得准确tanδ和εr值的关键。确保电极与试样接触良好，可采用导电银胶或带有微导电压力的金属电极。

5.4 参数设置建议‌

测试频率‌：常选择工频50Hz，可设置为“50.0±5.0Hz”抗干扰模式或“50.0±0.0Hz”单频模式。

测试电压‌：根据电极间距离（试样厚度）和标准推荐电场强度（如1kV/mm）设定。例如，对1mm厚试样，可设定为1000V。

温度‌：记录测试环境温度，介电性能对温度敏感。

5.5 结果分析与意义‌

介质损耗因数(tanδ)‌：反映环氧树脂在交变电场中，每周期内以热能形式消耗的能量与储存能量之比。‌较低的tanδ值（例如在50Hz下达10^-3量级或更低）意味着绝缘效率高、发热少‌，对于高压设备尤为重要。tanδ增大可能暗示材料存在杂质、未完全固化或已发生老化。

相对介电常数(εr)‌：表征材料储存电能的能力。对于用作绝缘的环氧树脂，通常希望具有‌适度且稳定的εr值（一般在3.0-5.0之间，视填料和配方而定）‌。εr过高可能导致寄生电容增大，影响电路性能。

性能跟踪‌：通过定期测试同一配方或同一批次的材料，可以建立其介电性能的基准数据，用于监控原材料质量、固化工艺稳定性以及产品长期老化状况。

第六章 故障排查、维护保养与安全注意事项‌

在使用BQS-13型彩屏实验室专用高压自动介损电桥进行测试时，若出现数据异常、仪器无法正常工作或测量结果明显不合理的情况，请遵循本章节指引进行系统性的排查与处理。正确的故障诊断与日常维护是保障设备长期稳定运行和测量数据准确可靠的关键。

一、 常见故障现象与排查步骤‌

当测试数据出现剧烈波动、介质损耗因数（tgδ）显示为负值或异常偏高、电容量（Cx）读数超范围或与预期值严重不符时，请按以下顺序进行排查：

1. 首要检查：接地系统‌

接地不良是导致数据严重波动、仪器保护性停机或测量失准的最常见原因。

现象‌：数据跳动、tgδ值异常（如出现负值）、仪器提示保护或无法升压。

排查与处理‌：

检查接地线连接‌：确保仪器后面板的‌接地端子‌与实验室大地之间的连接线（建议使用仪器原配或截面积足够的专用接地线）牢固可靠。

检查接地点状态‌：刮净接地桩或接地汇流排连接点上的油漆、锈蚀，确保金属导体直接接触，接触电阻应尽可能接近于零。

验证接地效果‌：可用万用表电阻档测量仪器接地端子与实验室已知良好接地点之间的电阻，确认其导通性。

2. 重点检查：测试线缆与连接‌

长期使用可能导致测试线缆内部损伤或插头接触不良。

现象‌：测量开路（无读数）、数据不稳定、特定接线方式下结果异常。

排查与处理‌：

检查CX测量线‌：检查连接试品信号端（CX）的同轴屏蔽线。检查其插头是否松动，屏蔽层是否完好，芯线是否有隐性断路。可尝试更换备用测量线进行对比测试。

检查HV高压线‌：检查高压输出线的绝缘层是否有破损、放电灼痕，其插头与仪器HV插座是否接触紧密。高压线损坏会直接影响高压输出的稳定性与安全。

检查所有接线端子‌：确保所有接线端子（HV, CX, CN, 接地）上的连接都紧固，无松动。

3. 检查环境与试品‌

外部强干扰或试品本身问题也会影响测量。

现象‌：在特定环境下数据重复性差，抗干扰模式效果不佳。

排查与处理‌：

评估电磁环境‌：确认测试现场附近是否有大型变频设备、大功率无线电发射源等强电磁干扰设备正在运行。可尝试将仪器移至干扰较小的环境测试，或使用更宽频偏的双变频抗干扰模式（如将“50.0±5.0Hz”改为更大范围）。

检查试品与夹具‌：确认试品本身是否洁净、干燥，有无表面放电或内部缺陷。检查三电极系统或其他夹具的电极与试品接触是否良好、压力是否均匀，保护电极是否有效连接。对于液体测试，检查油杯是否清洁、电极间距是否正确。

4. 检查仪器设置与操作‌

不正确的参数设置是导致结果不符预期的直接原因。

现象‌：结果与理论值或历史数据存在系统性偏差。

排查与处理‌：

核对测试参数‌：仔细检查屏幕上设置的‌测试频率‌（如是否为所需的单频或抗干扰模式）、‌测试电压‌（是否在合理范围）、‌高压选择‌（常规应为“内高压”）、‌标准选择‌（常规应为“内标准”）是否正确。

确认测试模式‌：确保选择的“测试模式”（如正接线）与实际接线方式一致。

检查试样参数输入‌：当需要直接读取相对介电常数（ε）时，确认输入的试样‌厚度‌是否准确。

5. 电源与保险检查‌

现象‌：仪器无法开机，屏幕无显示。

排查与处理‌：

检查电源线连接是否可靠，市电电压是否在仪器要求的180V～270V AC范围内。

检查仪器后面板电源插座内的‌保险管‌是否熔断。‌如需更换，必须使用完全相同规格（如5A）的保险管，严禁使用不同型号或用导线短接。‌

二、 日常维护与保养‌

定期的维护保养能有效预防故障，延长仪器使用寿命。

存放环境‌：仪器应存放于干燥、通风、无腐蚀性气体和强电磁场的室内。避免阳光直射、雨淋和剧烈振动。

清洁‌：定期用干燥柔软的棉布清洁仪器外壳和彩色触摸屏。严禁使用腐蚀性化学试剂或湿布直接擦拭屏幕。

线缆管理‌：测试结束后，应整理好所有测试线缆，避免过度弯折、踩踏。定期检查线缆的完整性。

长期不用‌：若仪器长期闲置，建议每隔1-2个月通电开机半小时，以保持内部电子元件的活性。

定期校准‌：为保证测量精度，建议仪器每年送至有资质的计量机构或生产厂家指定的服务点进行一次周期性校准。

三、 安全注意事项（再次强调）‌

高压测试安全至关重要，必须时刻遵守。

强制接地‌：‌任何测试开始前‌，必须首先用专用接地线将仪器接地端子与实验室大地可靠连接。这是保护人身安全和获得准确数据的绝对前提。

高压警示‌：测试区域应明确标识，用栅栏或警戒线隔离，防止非测试人员误入。高压线及试品高压端带有危险电压，测试过程中及断电后一段时间内（因有残余电荷）都严禁直接接触。

操作顺序‌：接线时，确保仪器处于关机或高压关闭状态。测试完成后，必须先点击屏幕“退出”让仪器自动降压，并确认高压指示灯熄灭或电压显示归零后，再等待至少一分钟，方可拆卸接线。

异常处理‌：仪器运行中如出现异常响声、冒烟或异味，应立即按下‌紧急停止按钮‌或关闭电源开关，并断开外部电源。

专业维修‌：仪器内部有高压部件和精密电路，用户不得自行拆卸。如遇无法解决的故障，应关闭电源并联系专业维修人员。

通过遵循以上故障排查流程、执行规范的日常维护并严格遵守安全规程，可以最大限度地确保BQS-13高压自动介损电桥的可靠运行，从而获得精确、可信的绝缘材料介电性能数据。