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详细信息
电压/电流阻抗分析仪 电压/电流阻抗分析仪
一、实验步骤
1、本仪器适用于110V/220V，50Hz交流电，使用前要检查电压情况，以保证测试条件的稳定。
2、开机预热15分钟，使仪器恢复正常状态后才能开始测试。
3、按部件标准制备好的测试样品，两面用特种铅笔或导电银浆涂覆，使样品两面都各自导电，但南面之间不能导通，备用。
4、选择适当的辅助线圈插入电感接线柱。根据需要选择振荡器频率，调节测试电路电容器使电路谐振。假定谐振时电容为C1，品质因素为Q1。
5、将被测样品接在Cx接线柱上。
6、再调节测试电路电容器使电路谐振，这时电容为C2，可以直接读出Q2。
7、用游标卡尺量出试样的直径Φ和厚度d(分别在不同位置测得两个数据，再取其平均值)。
二、阻抗分析仪的基本概念
阻抗分析仪是一种精密的电子测量仪器，专门用于测定电子元件、材料或系统的交流阻抗特
性。其核心原理基于对被测对象施加可控频率和幅度的交流测试信号，同时精确测量电压与电流
响应的幅度差和相位差。通过建立复数阻抗模型(Z=Z|∠θ)，该仪器能够量化电阻、电容、电
感等基础参数以及介电常数、导纳等衍生特性。现代阻抗分析仪通常覆盖毫赫兹至吉赫兹的宽频
带范围，分辨率可达0.1%，为复杂系统的频域特性研究提供了关键工具。
三、探讨其用途的重要性
深入理解阻抗分析仪的应用价值具有显著必要性。在电子产业升级过程中，该设备直接影响
元器件筛选精度和电路设计效率;新材料研发领域，其表征数据决定了材料性能评估的可靠性;
生物医学工程中，更关乎生命体征监测的准确性。据行业调查显示，采用先进阻抗分析技术的研
发项目，其产品良品率平均提升23%，研发周期缩短近30%。因此，系统梳理该仪器的跨领域应
用场景，对推动多学科技术融合创新具有战略意义。
3.1电子学
模拟电路（如压控振荡器、放大器、滤波器和电源）及其组件（如谐振器和电感器）涉及谐振频率和品质因数等阻抗参数对信号电平和频率非常敏感的现象。
使用具有宽阻抗范围的分析仪来了解它们的动态行为，对于优化运行设计和提高效率至关重要。
3.2电信
分析仪有助于在天线和传输线中实现*佳阻抗匹配，从而以*大功率传输和*小噪声进行信号传输。
此外，还可根据阻抗测量结果优化蜂窝网络组件。
3.3材料科学
阻抗分析仪广泛用于研究导电和半导体材料的电气特性。
3.4阻抗分析仪：仪器的导线连接到测试夹具上，测试夹具应适合 DUT 特定类型的特性。
3.5测试夹具：文本夹具经过精心设计，可固定被测试装置，但不会改变或干扰其阻抗特性。
3.6电缆和适配器：可使用电缆和适配器使仪器的导线和测试夹具的连接器在电气上兼容。例如，可使用卡口式 Neill-Concelman (BNC) 连接器。
3.7被测件：这是将被测元件插入适合其特定行为的测试夹具中。
四、校准点的开路清零
1. 点击列表中需要修改的校准点，进入校准点设置菜单；
2. 将用户的开路标准测试件连接到测量夹具上；
3. 点击开路清零，完成该校准点的开路清零，将计算结果写入校准点列表并记录。
注意：只有当用户开路校准打开、该校准点打开、该校准点频率为当前测量频率时，该点的开路清 零数据才会在测量中被调用。
五、设置校准点的频率
1. 点击列表中需要修改的校准点，进入校准点设置菜单；
2. 点击测量频率按钮，输入校准点的频率。
注意：在测量过程中，BE2851 会搜索所有打开的校准点的频率，当搜索到的频率与当前测量频率 一致时，该校准点的测量数据会被用于用户校准过程。3.3.3 设置校准点的负载参考值
1. 点击列表中需要修改的校准点，进入校准点设置菜单；
2. 点击 Ref 按钮，输入参考值，只有当两个 Ref 按钮中的参考值都完成设置后，设置的值才会被 写入测量点列表并被记录。
注意：参考值对应的参数，需要在用户校准菜单中的负载参数进行设置。
六、校准点的短路清零
1. 点击列表中需要修改的校准点，进入校准点设置菜单；
2. 将用户的短路标准测试件连接到测量夹具上；
3. 点击短路清零，完成该校准点的短路清零，将计算结果写入校准点列表并记录。
注意：只有当用户短路校准打开、该校准点打开、该校准点频率为当前测量频率时，该点的短路清 零数据才会在测量中被调用。
七、校准点的负载校准
1. 点击列表中需要修改的校准点，进入校准点设置菜单；
2. 将用户的标准测试件连接到测量夹具上；
3. 点击负载校准，完成该校准点的负载校准，将计算结果写入校准点列表并记录。
注意：只有当用户负载校准打开、该校准点打开、该校准点频率为当前测量频率时，该点的负载校 准数据才会在测量中被调用。
八、设置测量电平
根据如下步骤设置信号源测量电平：
1. 点击屏幕中的测量电平区域，打开测量电平菜单进行测量电平设置更改；
2. 输入新的测量电平，例如 500mV ，通过点击将焦点设置在测试电压，在前面板依次按下
5>0>0>k /m，即可将测量电平设置为500mV；或者通过前面板的上下箭头和滚轮，调整电平值。
注意：测量电平可以是电压形式，也可以是电流形式，可以通过测量电平菜单中的信号源模式进行 切换。当信号源模式为电压模式时，可以在测量电压按钮中输入电压值；信号源模式为电流模式时，可 以在测试电流按钮中输入电流值。电压值与电流值相互独立，当切换信号源模式时，将会自动应用对应 值，并显示在主界面上。
九、主要参数：
9.1电容量范围：内施高压：3pF～60000pF/10kV；60pF～1μF/0.5kV；
9.2外施高压：3pF～1.5μF/10kV；60pF～30μF/0.5kV；
9.3介电常数ε测试范围：0-200；
9.4介电常数ε准确度：0.5%
9.5介质损耗tgδ测试范围：不限，
9.6介质损耗tgδ分辨率：0.000001，电容、电感、电阻三种试品自动识别。
9.7试验频率： 40-70Hz单频随意设置。比如48.7Hz.
9.8频率精度：±0.01Hz
9.9外施高压：接线时*大试验电流5A，工频或变频40-70Hz
9.10高压电极直径与表面积：￠98mm(75.43cm2)
9.11测量电极直径与表面积： ￠50 mm(19.63cm2)
9.12电极材料：不锈钢1Cr13Ni9Ti
9.13电极工作面：精面面磨
9.14电极间距：不大于5 mm
9.15试验电流范围：5μA～5A；
9.16内施高压：设定电压范围：0.5～10kV ；
9.17升降压方式：电压随意设置。比如5123V。
十、实验原理
按照物质电结构的观点，任何物质都是由不同的电荷构成，而在电介质中存在原子、分子和离子等。当固体电介质置于电场中后会显示出一定的极性，这个过程称为极化。对不同的材料、温度和频率，各种极化过程的影响不同。
10.1、介电常数(ε)：某一电介质(如硅酸盐、高分子材料)组成的电容器在一定电压作用下所得到的电容量Cx与同样大小的介质为真空的电容器的电容量Co之比值，被称为该电介质材料的相对介电常数。
介电常数的大小表示该介质中空间电荷互相作用减弱的程度。作为高频绝缘材料，ε要小，特别是用于高压绝缘时。在制造高电容器时，则要求ε要大，特别是小型电容器。
在绝缘技术中，特别是选择绝缘材料或介质贮能材料时，都需要考虑电介质的介电常数。此外，由于介电常数取决于极化，而极化又取决于电介质的分子结构和分子运动的形式。所以，通过介电常数随电场强度、频率和温度变化规律的研究，还可以推断绝缘材料的分子结构。
10.2．介电损耗(tgδ)：指电介质材料在外电场作用下发热而损耗的那部分能量。在直流电场作用下，介质没有周期性损耗，基本上是稳态电流造成的损耗；在交流电场作用下，介质损耗除了稳态电流损耗外，还有各种交流损耗。由于电场的频繁转向，电介质中的损耗要比直流电场作用时大许多(有时达到几千倍)，因此介质损耗通常是指交流损耗。
在工程中，常将介电损耗用介质损耗角正切tgδ来表示。tgδ是绝缘体的无效消耗的能量对有效输入的比例，它表示材料在一周期内热功率损耗与贮存之比，是衡量材料损耗程度的物理量。
式中：ω —电源角频率；
R —并联等效交流电阻；
C —并联等效交流电容器
凡是体积电阻率小的，其介电损耗就大。介质损耗对于用在高压装置、高频设备，特别是用在高压、高频等地方的材料和器件具有特别重要的意义，介质损耗过大，不仅降低整机的性能，甚至会造成绝缘材料的热击穿。
10.3、Q值：的倒数称为品质因素，或称Q值。Q值大，介电损失小，说明品质好。所以在选用电介质前，必须首先测定它们的和。而这两者的测定是分不开的。
通常测量材料介电常数和介质损耗角正切的方法有二种：交流电桥法和Q表测量法，其中Q表测量法在测量时由于操作与计算比较简便而广泛采用。本实验主要采用的是Q表测量法。
10.4、陶瓷介质损耗角正切及介电常数测试仪：它由稳压电源、高频信号发生器、定位电压表CBl、Q值电压表CB2、宽频低阻分压器以及标准可调电容器等组成(图2)。工作原理如下：高频信导发生器的输出信号，通过低阻抗耦合线圈将信号馈送至宽频低阻抗分压器。输出信号幅度的调节是通过控制振荡器的帘栅极电压来实现。当调节定位电压表CBl指在定位线上时，Ri两端得到约l0mV的电压(Vi)。当Vi调节在一定数值(10mV)后，可以使测量Vc的电压表CB2直接以Q值刻度，即可直接的读出Q值，而不必计算。另外，电路中采用宽频低阻分压器的原因是：如果直接测量Vi必须增加大量电子组件才能测量出高频低电压信号，成本较高。若使用宽频低阻分压器后则可用普通电压表达到同样的目的。
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