一、产品概述

薄膜介电常数介质损耗因数测试仪GDAT‑A，依据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》进行研发设计，是面向薄膜、高分子绝缘材料、电瓷、装置瓷、电容器陶瓷、各类无机非金属新材料以及复合材料开展高频介电性能检测的专业试验设备。介电常数与介质损耗角正切tanδ是电介质材料十分关键的物理性能指标，在电子元器件、电力绝缘器件、高频通信组件、电容器介质材料的选型、配方研发、工艺优化环节，这两项指标能够直观反映材料在交变电场环境下电荷存储能力与电能转化为热能的损耗水平。通过仪器完成介质损耗角正切tanδ以及介电常数ε的测定，研究人员可以梳理温度、测试频率、材料组分、成型工艺等多种条件对于介电性能带来的变化规律，为新材料配方改良、生产工艺调整、产品质量管控提供真实可复现的试验数据支撑。

该仪器适配科研机关、高等院校材料实验室、新材料研发企业、第三方检测机构、电力科研试验部门等不同使用场景，既可以完成薄膜类薄型绝缘试样的检测，也可以对块状陶瓷、板材类复合材料开展高频介电性能试验。设备整体采用高频谐振法测量架构，集合单片计算机作为整机控制中枢，集成频率数字锁定、标准频率测试点自动设定、谐振点自动搜索、Q值量程自动转换、数值数字化显示等多项技术，同时对调谐测试回路结构做优化处理，降低调谐回路内部残余电感，延续谐振Q表成熟的自动稳幅控制逻辑，在高频段测量过程中，减少人为调谐带来的操作偏差，提升试验结果的重复性与一致性。

除核心的介电常数、介质损耗因数测试以外，仪器还能够拓展多项电参数测量工作，可以测定高频电感元件、谐振回路Q值，电感器电感量、元件分布电容量，电容器电容量、电容器损耗角正切，高频回路并联等效电阻、串联等效电阻，传输线特性阻抗等多类电学参数，一台设备可以满足实验室多维度高频阻抗类测试需求，降低多台设备采购与维护成本。整套测试系统由测试主机、电感套件、专用测试夹具组合而成，夹具部分包含平板电容器与圆筒电容器两套测微电容单元，平板电容器用于夹持固定薄膜或者固体被测样品；圆筒电容器属于线性可变电容器，拥有较高的读数分辨率。介质损耗角正切依靠放入试样前后平板电容器回路Q值的变化，结合圆筒电容器刻度读数的变化换算计算；介电常数则依托平板电容器装样前后的刻度读数变化完成换算求解，整套测量逻辑符合国标谐振替代法测试原理。

在薄膜样品测试工作中，薄膜试样普遍厚度薄、质地柔软，试样厚度测量的微小偏差，都会直接传导到介电常数最终计算结果中。这套仪器配备带数显读数的测微机构，能够精准读取薄膜样品厚度、电极间距数值，降低厚度读数引入的系统误差，适配PET、PI聚酰亚胺薄膜、PP聚丙烯薄膜、PTFE聚四氟乙烯薄膜、各类改性复合绝缘薄膜等多种薄型试样的检测工作。

二、测试工作原理

本设备核心测量方法为高频谐振法，也叫Q表谐振替代法，该测量方法适用频率区间覆盖10kHz至数百MHz，是GB/T1409‑2006标准中推荐用于高频段绝缘材料介电性能检测的主流手段之一。谐振法测量本质属于变电抗替代测量，依靠RLC谐振回路发生谐振时的特征参数变化，推算被测介质的电容与损耗水平。

品质因数Q是谐振回路的核心物理量，物理含义为谐振系统一个振荡周期之内，系统储存总能量和损耗消耗能量的比值。当回路内部损耗越大，Q的数值越低；介质损耗越小，回路Q值越高。当未放置被测样品的时候，调节仪器内部可变电容，使LC测试回路达到谐振状态，记录该状态下回路Q值、电容读数；之后将被测薄膜或者固体介质样品放置到平板电容器的两个电极之间，介质进入电场之后，会改变回路等效电容，同时引入介质损耗，谐振点发生偏移，回路品质因数Q同步下降。再次调节可变电容，让测试回路重新回到谐振条件，记录第二次谐振对应的Q值以及电容刻度。两次谐振状态下Q值的差值代表样品引入的介质损耗，电容读数差值对应被测介质带来的等效电容增量，结合样品实测厚度、电极有效面积，就能够换算得到材料相对介电常数εr与介质损耗角正切tanδ的数值。

整套仪器硬件架构中，DDS直接数字合成信号源输出稳定高频激励信号，单片机系统完成全流程逻辑管控，实现频率数字锁定，能够预先设置多个标准测试频点，仪器自动搜寻谐振位置，Q值量程实现自动切换，也可以切换为手动档位由操作人员自行选定量程。调谐回路经过结构优化，把回路残余电感控制在较低水平，残余电感在高频条件下会带来额外阻抗，是高频测试误差来源之一，优化调谐回路可以减少高频下残余电感对测试数据带来的干扰；设备保留自动稳幅技术，维持谐振激励信号输出幅值稳定，避免信号幅度漂移造成Q值读数波动，保障不同频率点下测试条件保持一致。

测试夹具单元由两组测微电容器构成，平板电容器负责夹持被测样品，圆筒电容器为高分辨率线性可变电容。整套测微机构为精密机械测微结构，搭配数显测微读数组件，能够直接读取电极间距，也就是薄膜试样厚度，厚度数据参与介电常数计算，厚度读数分辨率直接约束薄膜样品的测试下限。夹具本身自身固有损耗需要控制在较低水平，夹具本体损耗角正切指标满足设备技术要求，以此保障测试低损耗薄膜材料时，夹具自身损耗不会掩盖样品真实损耗信号，保证低tanδ材料也能够得到有效分辨。

谐振法高频测试有其本身方法特点，该测量方式不适用保护电极结构，在开展薄膜试样测试的时候，需要关注边缘电容效应带来的影响。圆形平板电极测试时，电极边缘电场会向外发散，形成边缘杂散电容，会给电容测量带来附加偏差。实际试验过程中，可以选用直径更大的电极，让样品有效覆盖电极全部面积，相对降低边缘电容占整体电容的比例，削弱边缘效应对薄膜试样的影响。对于厚度很小的薄膜样品，电极平整度、两片电极之间的平行度会显著影响最终结果，一旦两极片出现倾斜，薄膜局部受压不均匀，部分位置出现空隙，空气夹层会严重干扰介电常数与介质损耗的测量，这也是仪器在维护保养环节，重点管控平板电极平行度指标的原因。

从材料物理角度来看，介电常数反映电介质在外加交变电场作用下发生极化的能力，包含电子极化、离子极化、偶极取向极化等多种极化形式；介质损耗角正切tanδ代表交变电场下，介质内部各类极化弛豫、电导漏电造成的能量损耗，损耗以热量形式向外释放。同一份薄膜材料，在不同测试频率条件下，极化响应状态不一样，介电常数与tanδ会发生明显变化。借助本仪器可以在多个不同频点完成扫频式测试，获取材料介电频谱，帮助科研人员分析高分子薄膜的分子弛豫行为，研究改性填料对于复合薄膜介电性能的改变规律，支撑高频电子用绝缘薄膜材料开发工作。

三、仪器完整性能参数

信号源类型：DDS数字合成信号源 频率范围：10KHz‑70MHz；可选版本10KHz‑100MHz Q值测量范围：2 ~ 1023 Q值量程分档：30、100、300、1000，支持自动换档或手动换档两种模式 电感测量范围：4.5nH‑10mH；160M版本电感测量范围160M 电容直接测量范围：1 ~ 460pF；160M版本1pF‑25uF 主电容调节范围：30 ~ 540pF；160M版本17‑240pF 电容准确度：150pF 以下± 1.5pF；150pF 以上± 1% 频率指示误差：1×10⁻⁶ ±1个字 Q值合格指示预置功能范围：5 ~ 1000 具备Q值自动锁定功能，无需人工手动搜寻谐振点

仪器正常工作环境条件 环境温度：0℃~+40℃ 相对湿度：小于80% 供电电源：220V±22V，50Hz±2.5Hz

整机其他物理指标 消耗功率：约25W 设备净重：约7kg 整机外形尺寸(长×宽×高)：380mm×132mm×280mm

平板电容器夹具参数 极片尺寸：φ25.4mm、φ50mm两种规格 极片间距可调范围≥10mm，读数分辨率±0.01mm

圆筒电容器参数 电容量线性指标：0.33pF/mm±0.05 pF 长度可调范围0～20mm，读数分辨率±0.01mm

夹具相关参数 夹具插头间距：25mm±1mm 夹具本体损耗角正切值：≤4×10⁻⁴（测试条件1MHz时） 配置数显电极测微读数组件

设备出厂标准配置：测试主机一台、电感套件一套、测试夹具一套。

BH916配套测试装置补充参数：平板电容极片Φ50mm/Φ25.4mm；间距可调范围≥15mm；夹具插头间距25mm±0.01mm；测微杆分辨率0.001mm；夹具损耗角正切值≦4×10‑4（1MHz条件）。GDAT高频Q表可选频率版本包含20KHz‑100MHz、20KHz‑70MHz、200KHz‑160MHz；频率指示误差3×10⁻⁵±1个字；主电容调节范围30‑500pF/18‑220pF；主调电容误差小于1%或1pF；Q测试范围2~1023。

四、仪器性能特点

1、双规格圆形平板电极，配置φ25.4mm以及φ50mm两套尺寸极片，适配不同尺寸薄膜试样，大直径电极能够降低薄膜测试中边缘电容带来的干扰。极片间距调节行程充足，测微读数机构分辨率达到±0.01mm，数显直读电极间隙，薄膜试样无需额外拿出仪器外部用千分尺测量厚度，直接在夹具上读取厚度数值，减少试样二次移动带来的厚度测量误差，适合微米级别厚度高分子薄膜样品检测。

2、圆筒可变电容器拥有良好电容线性特性，单位长度电容变化稳定，读数分辨率高。圆筒电容调节行程0‑20mm，测微杆读数分辨率±0.01mm，在开展介质损耗换算的时候，电容刻度线性度保障损耗计算的可靠程度，降低可变电容非线性引入的系统偏差。

3、夹具接插件尺寸标准化，插头间距25mm±1mm，连接回路接触状态稳定，高频条件下接触电阻会造成额外回路损耗，稳定的机械连接可以减少接触不良造成的数据漂移，多次拆装夹具也可以维持回路性能。

4、夹具本体自身损耗控制在较低水平，在1MHz测试条件下夹具本身损耗角正切≤4×10⁻⁴。在测量低损耗薄膜材料的时候，夹具固有损耗会叠加样品损耗，如果夹具本体损耗偏高，会造成样品介质损耗测试结果偏大。该夹具将本体损耗控制在合理区间，有利于分辨低损耗绝缘薄膜的真实tanδ变化。

5、数显测微读数组件，厚度、位移数值数字化显示，规避传统机械式刻度肉眼读数带来的人为读数误差，多名操作人员开展同一组试样测试，读数一致性更好，方便记录原始试验数据，适配实验室数据归档需求。

6、主机采用DDS数字合成信号源，输出信号频谱纯度良好，频率设置精度高，支持多个离散频点测试，科研场景下，研究人员可以针对薄膜材料开展多频点介电性能测试，得到介电常数‑频率、介质损耗‑频率变化曲线，分析薄膜材料在不同高频工作环境下的电介质行为。

7、具备谐振点自动搜索、Q值自动锁定功能，无需操作人员反复手动调谐寻找谐振峰值；同时保留手动操作模式，部分特殊试验场景下，技术人员可以自主控制量程与调谐过程，兼顾自动化测试和手动调试的需求。Q量程自动切换，根据回路实际Q值大小自动匹配对应档位，避免档位选错造成读数不准。Q值预置合格指示功能，可以设置Q上下限，辅助试验人员快速判断回路谐振状态是否正常。

8、对调谐回路做优化设计，压低回路残余电感。当测试频率不断升高，残余电感带来的阻抗影响会快速放大，降低残余电感可以拓宽仪器高频段有效测量区间，保障高频状态下薄膜、陶瓷样品测试数据可靠性。同时保留自动稳幅电路，激励输出幅值保持稳定，谐振过程中信号幅度不会发生明显起伏，减少Q值读数波动。

9、一机多参数测量，除薄膜介电常数、介质损耗因数之外，还可以开展电感、电容元件参数测定，回路等效电阻、传输线特性阻抗等项目测试，一台设备覆盖实验室多项高频电学试验需求。

五、样品制备与测试操作要点

5.1薄膜试样制备要求

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