GB/T1693高频/音频介电常数介质损耗测试仪GDAT-A

一、产品定位与适用背景

GB/T1693-2007《硫化橡胶 介电常数和介质损耗角正切值的测定方法》中，将硫化橡胶的介电性能测定分为方法A与方法B两类：方法A对应工频50Hz条件下的西林电桥或同类电桥法测定；方法B对应高频电场下的测定，可借助高频Q表、谐振法或阻抗类仪器完成。GDAT-A作为一台采用高频谐振法（Q表法）的介电常数与介质损耗测试系统，其频率覆盖从10kHz起步，向上可至70MHz、100MHz，部分配置延伸至160MHz，因此在满足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》这一通用绝缘材料测试框架的同时，也可承担GB/T 1693-2007方法B中关于硫化橡胶、硅橡胶、氟橡胶、EPDM等弹性体材料在高频电场下的介电常数ε与介质损耗角正切tanδ测定任务。

需要说明的是，GDAT-A原始技术文档中以GB/T 1409-2006为主要依据，覆盖15Hz至300MHz频段内固体、液体、易熔材料的电容率与介质损耗因数推荐测试路径；而GB/T 1693-2007是针对硫化橡胶这一细分材料的专项标准，二者并非替代关系，而是“通用高频谐振法框架＋橡胶专项试样与电极要求”的组合。围绕这一组合来组织GDAT-A的应用说明，更符合材料检测实验室、橡胶制品厂、电缆附件厂、密封件厂、第三方检测机构在实际出具检测报告时的引用习惯。

介质损耗角正切与相对介电常数，是电瓷、装置瓷、电容器陶瓷、覆铜板基材、硫化橡胶、硅橡胶、环氧浇注料、云母制品、浸渍漆、变压器油等电工材料的一项重要物理性质。通过测定tanδ与ε，可进一步了解影响材料在工频、音频、高频电场中极化、漏导、界面松弛、偶极转向等行为的相关因素，为材料配方调整、硫化体系优化、填料分散改善、批次一致性控制、绝缘结构设计提供可量化的参考数据。

二、高频谐振法（Q表法）测试原理

GB/T1693高频/音频介电常数介质损耗测试仪采用高频谐振法，属于通用、多用途、多量程的阻抗测试路径之一。仪器以单片计算机作为控制与测量核心，内部集成频率数字锁定、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、数值显示等功能；同时对原有调谐回路做了改进，使回路残余电感降低，并保留传统Q表中的自动稳幅环节，从而在较高测试频率下仍能获得较稳定的Q值读数与电容刻度变化量。

整套测试装置由两只测微电容器构成：

其一为平板电容器，一般用来夹持被测样品。片状、块状、薄膜状固体试样放入两平行极片之间后，试样成为极板间介质的一部分，使等效电容发生改变。

其二为圆筒电容器，是一只分辨率可达0.0033pF的线性可变电容器。它在回路中承担“高精度补偿/指示电容”的角色，通过位移—电容的线性关系，把试样引入后的微小电容变化放大为可读、可记录的刻度变化。

测试过程可概括为“空载谐振—加载试样—再谐振—参数换算”四步：

一步，不放入试样，调节DDS信号源频率与圆筒/主调电容器，使由标准电感L、可变电容C组成的LC回路进入谐振状态，记录此时频率、Q值、电容刻度。

第二步，将已测量厚度、直径或有效面积的试样夹入平板电容器两极片之间。由于试样介电常数大于空气，极板间等效电容增大；同时试样存在电导与极化损耗，回路Q值下降。

第三步，再次通过调节圆筒电容器或主电容，使回路重新回到谐振点或邻近谐振状态，记录新的电容刻度与Q值。

第四步，以“有无试样”的电容变化量计算相对介电常数；以“有无试样”的Q值变化与圆筒电容刻度变化量，按GB/T 1409-2006、GB/T 1693-2007方法B所对应的换算关系，得到介质损耗角正切值。

GB/T1693高频/音频介电常数介质损耗测试仪在较高测试频率条件下，还可用于测量高频电感或谐振回路的Q值、电感器电感量与分布电容量、电容器容量与损耗角正切、高频回路有效并联及串联电阻、传输线特性阻抗等，因此也被归入“高频Q表”类产品范畴，而非单一介电常数仪。

三、与GB/T 1693-2007方法B的对应说明

GB/T 1693-2007方法B适用于硫化橡胶在高频电场下的介电性能测定，标准文本中提及可借助Q表或阻抗分析仪完成高频段测试；频率范围通常覆盖1MHz至100MHz区间，具体取决于设备能力与试样状态。

GDAT-A的10kHz-70MHz、10kHz-100MHz、100kHz-160MHz三档频率配置，使其可在以下橡胶材料场景中承接方法B测试：

•硅橡胶电缆附件、冷缩管、绝缘子伞裙材料，在1MHz、10MHz、30MHz下的tanδ对比；

•EPDM橡胶垫片、密封圈在长期热老化前后的ε变化；

•氟橡胶、丁腈橡胶在浸油、受潮后的高频损耗增长评估；

•导电炭黑、白炭黑、氧化铝填充硫化橡胶的填料分散均匀性间接判别；

•轨道交通、新能源车内高压线束用橡胶护套材料的高频绝缘性能初筛。

•在试样尺寸方面，GDAT-A标配平板电容器极片为Φ25.4mm与Φ50mm两种，试样直径一般应不小于极片有效夹持区，并避免边缘严重溢出或接触不良；对较薄橡胶片，可取单层或多层叠片方式，但需在报告中注明叠层数与压实状态。对GB/T 1693-2007中强调的试样表面平整、无气泡、无油污、无明显压痕等要求，同样适用于本仪器的测试前处理。

四、主要结构组成

GDAT-A由主机与测试夹具两部分构成。主机内部包含DDS信号源、频率计数、Q值测量、单片机控制、显示与接口单元；测试夹具即前述“平板电容器＋圆筒线性可变电容器”的双测微结构，也称BH916类数显微测量装置或GDAT高频Q表夹具。

平板电容器一侧承担“装样”，其极片经研磨抛光后形成平行工作面，靠测微杆调节间距，用于读取试样厚度并参与介电常数换算。圆筒电容器一侧承担“微变电容读出”，其轴与套筒构成同轴空气可变电容，位移与电容呈近似线性关系，是整台仪器在高频小损耗材料上仍能获得可读tanδ变化量的关键机械基础。

夹具通过25mm±1mm间距的插头与主机背板“电容”端连接，构成完整谐振支路的一部分。该连接方式使夹具本身成为回路成员，因此夹具自身损耗必须足够低，以避免掩盖低损耗试样的变化。GDAT-A夹具在1MHz时本底损耗角正切不大于4×10^-4，即为此目的服务。

五、可测试材料范围

在GB/T 1409-2006通用框架下，GDAT-A适用于固体、液体、易熔材料三类中的多数片状/小体积试样；结合GB/T 1693-2007方法B，又可覆盖硫化橡胶类弹性体。以下按材料类别说明：

电瓷、装置瓷、电容器陶瓷、微波介质陶瓷：用于配方研发中BaTiO3、TiO2、CaTiO3、MgTiO3、Al2O3等体系在不同烧结温度、掺杂比例下的ε-tanδ谱比较。

覆铜板、环氧玻璃布板、聚酰亚胺薄膜、PET、PEN、PP、PTFE、LCP、PPS等高分子基材：用于音频至高频段Dk/Df初筛，尤其适合研发阶段多配方横比。

硫化橡胶与热塑性弹性体：硅橡胶、EPDM、NBR、FKM、CPE、SEBS等，在GB/T 1693-2007方法B语境下测高频介电常数与损耗。

云母板、环氧浇注料、DMC/BMC、硅凝胶、灌封胶（固化后固体样）：用于电力器件绝缘系统中长期发热、局放、吸湿相关的损耗评估。

变压器油、硅油、绝缘漆液样（配液体电极选件）：在GB/T 1409-2006液体材料路径下，测宽频电容率与损耗因数。

纳米填料改性塑料、导热绝缘复合材料、阻燃材料：通过多频点扫测，判断填料表面处理、分散状态、界面极化是否引入额外高频损耗。

六、典型测试流程

以下流程以固体片状试样在GDAT-A 10kHz-70MHz主机＋平板/圆筒测微夹具下的标准操作为例，液体或特殊电极另见对应附件说明。

1.环境与设备检查确认实验室环境温度处于0℃至+40℃，相对湿度低于80%，供电为220V±22V、50Hz±2.5Hz；主机与夹具无碰撞变形、无腐蚀痕迹，测微杆转动顺滑。

2.开机预热接通电源，使DDS信号源、放大器、计数器进入稳定工作状态；具体预热时长参照所购单机说明书，但不宜在未稳定状态下进入高频段精测。

3.选取标准电感根据目标测试频率选择配套电感。一般规律为：较大电感对应较低频段，较小电感对应较高频段。例如25mH附近多用于百kHz级，0.1μH至0.5μH多用于数十MHz级。错误选感会导致谐振峰过钝、Q值过低或搜不到峰。

4.空载谐振不夹试样，调节频率与圆筒/主电容，使回路Q值达到该配置下峰值附近，系统可自动锁定谐振点并记录F0、C0、Q0。

5.装样用无水乙醇或合适溶剂清洁试样表面，去除指纹、粉尘；将试样平放入平板电容器两极片间，用测微杆缓慢夹紧至刚好接触，避免过压导致橡胶薄片形变、陶瓷薄片碎裂或引入空气隙。

6.加载后再谐振试样进入极板后回路失谐。再次自动或手动微调，使回路重新回到谐振点附近，记录Fc、Cc、Qc。

7.读取与换算由平板电容器间距变化或电容变化得到试样等效电容增量，从而计算相对介电常数；由Q0与Qc之差及圆筒电容补偿量，按标准换算得到tanδ。现代GDAT-A主机会在内部程序中完成该步骤并直接显示ε与tanδ，但仍建议保留原始F、C、Q数据以备复核。

8.复测与报告同一材料建议取不少于3个试样，或同试样不同位置重复测量；结果以平均值±极差或平均值±标准偏差形式写入检测记录。

七、试样制备与预处理要求

GB/T 1693-2007对硫化橡胶试样厚度、表面状态、存放条件有明确要求；GB/T 1409-2006对固体试样也强调厚度均匀、两表面平行、无气孔、无杂质。GDAT-A夹具为平行板夹持结构，对上述几何状态较敏感，因此制样时应注意：

试样厚度应尽量均匀，同一片内厚度差建议控制在夹具分辨能力可忽略范围内；对Φ50mm极片，试样直径一般不小于50mm或至少覆盖极片有效区。

橡胶试样硫化后应避免二次受压产生永久变形；若采用叠层法测薄膜橡胶，应在报告中注明每层厚度、层数、是否加保护环。

陶瓷、环氧、云母等硬脆材料，断面应研磨平整，避免粗砂纸留下的划痕形成局部放电通道。

吸湿性材料（如未封端酚醛、某些纸基层压板、部分橡胶含亲水填料）应在恒湿条件或干燥处理后尽快测试，并在报告中记录测试时温湿度。

金属粉末填充导电橡胶若已接近渗流阈值，平板电容器两电极间可能出现明显漏导，此时tanδ读数会显著升高，需结合体积电阻率结果综合判断，不宜单独以tanδ定性。

八、环境、频率与结果解释

介电常数与介质损耗并非材料固有常数，而是与频率、温度、湿度、电场强度、试样历史有关的参量。GDAT-A所提供的数值，只在“某频率点、某温度、某湿度、某电极压力下”的测试条件下成立。

频率影响：多数极性高分子在低频呈较高ε，随频率升高因偶极子转向跟不上电场而出现ε下降、tanδ在某频段出现松弛峰。GDAT-A的价值正在于可在10kHz、100kHz、1MHz、10MHz、30MHz、70MHz等多个点扫测，把这种变化趋势画成频谱，而非只给单点值。

温度影响：原始GDAT-A为常温台式配置；若需做GB/T 1693-2007高温/低温延伸，应外接恒温槽、高低温箱与相应引线屏蔽组件，并在报告中标注试样实际温度。

湿度影响：橡胶吸湿后界面极化增强，tanδ在音频至低频段常先上升；因此梅雨季节或未干燥试样测出的“高损耗”，不一定是配方问题，也可能是状态调节不足。

电场强度影响：GB/T 1409-2006指出，超过1kV的试验电压可能引入与电容率、介质损耗无关的其他效应；GDAT-A在常规小信号谐振法下工作，属弱场测量，更适合材料本征介电响应表征。

九、维护保养与周期核查

本测试装置由精密机械构件组成，属于测微类高频夹具，使用和保存均应避开强振动、跌落、腐蚀气体与长期高湿环境；非专业人员不应自行拆装，否则平行度、同心度、测微分辨率难以恢复。

定期检查项目按原厂维护条款执行：

平板电容器二极片平行度不超过0.02mm；若超差，极板间空气隙分布不均，会使ε算小、tanδ算大。

圆筒电容器轴与轴同心度误差不超过0.1mm；超差会破坏0.33pF/mm的线性率，使tanδ换算漂移。

两个测微杆保持0.01mm分辨率；若手感空程过大或数显跳字，应先校验测微螺杆副。

用分辨率不低于±0.01pF的精密电容测量仪，对圆筒电容器从0mm到20mm每隔1mm测一点电容，确认其呈线性且与0.33pF/mm±0.05pF相符；这是判断夹具是否仍可继续用于1693/1409合规测试的关键核查项。

主机侧建议每年做一次频率计、Q值标准线圈、主电容线性核查；若长期在工厂现场高频使用，可缩短至半年。

十、常见异常与处理思路

开机后高频段搜不到谐振峰：先查所选电感是否过小导致Q值过低，再查夹具插头是否接触不良、引线是否过长、附近是否有开关电源或大电机干扰。

放入低损耗陶瓷后tanδ变化不明显：可能试样ε接近空气（如多孔轻质材料）、极片未夹实留有空气层，或所选频率远离该电感谐振窗口，回路对ΔC不敏感。

同一橡胶片重复测三次ε离散大：优先检查试样是否回弹、厚度是否因夹持力变化而改变；硅橡胶、软质EPDM在测微杆下易被轻微压薄，建议固定“刚接触后再进0.02mm”的统一步骤。

1MHz以上Q值跳字：多为接地不良、屏蔽罩未盖、圆筒电容刷片氧化；可用无水乙醇清理接触面，并缩短主机—夹具连线。

夹具摔落后数据整体漂移：不要继续出报告，先做平行度、同心度、圆筒线性三项核查；不合格则返修或换夹具模块。

十一、与工频电桥法的分工

在GB/T 1693体系中，方法A（50Hz）常以西林电桥完成；方法B（高频）则以Q表/谐振法完成。二者并非谁替代谁：

工频电桥在50Hz、1kHz附近对高损耗橡胶、含炭黑半导电橡胶、潮湿试样较友好，电极可配保护环降低边缘泄漏。

GDAT-A所属的高频谐振法，在1MHz-70MHz对低损耗陶瓷、低tanδ塑料、硅橡胶纯净配方更灵敏，因为其靠Q值跌落与微电容变化双重判据，避开了高频下电桥臂寄生参数干扰。

因此，一个橡胶绝缘材料实验室若同时做“出厂工频绝缘合格性（1693方法A）”和“高频应用适配性（1693方法B）”，往往会保留一台工频电桥加一台GDAT-A类高频Q表，而不是二选一。

十二、在第三方检测报告中的引用写法

为避免标准引用混乱，建议在检测报告中采用如下层次：

测试设备：GDAT-A高频介电常数介质损耗测试仪。

测试方法：高频谐振法（Q表法）。

依据文件：GB/T 1409-2006中通用高频电容率与介质损耗因数推荐方法；对硫化橡胶试样，同时参照GB/T 1693-2007方法B的高频电场测定要求。

测试条件：频率点××MHz，环境温度××℃，相对湿度××%，平板极片Φ××mm，试样厚度××mm，夹持压力为测微杆刚接触后微调××mm。

报告结果：相对介电常数εr＝××，介质损耗角正切tanδ＝××（×10^-4量级或10^-3量级视材料而定）。

这种写法既保留GDAT-A原始文档中GB/T 1409-2006的主依据，也回应用户标题中GB/T 1693-2007的橡胶专项语境，便于报告在橡胶厂、电缆附件厂、质检院所之间流转。

十三、GDAT-A性能参数单列

信号源

DDS信号

频率范围

10KHz-70MHz

10KHz-100MHz

100KHz-160MHz

Q值测量范围

2~1023

Q值量程分档

30、100、300、1000、自动换档或手动换档

电感测量范围

4.5nH-10mH

160M：1nH-140mH

电容直接测量范围

1~460pF

160M：1pF-25uF

主电容调节范围

30~540pF

160M：17-240pF

电容准确度

150pF以下：±1.5pF

150pF以上：±1%

型号频率指示误差

1 * 10^-6±1

Q值合格指示预置功能范围

5~1000

Q值锁定方式

Q值自动锁定，无需人工搜索

Q表正常工作条件

a. 环境温度：0℃~+40℃

b. 相对湿度：<80%

c. 电源：220V±22V，50Hz±2.5Hz

其他整机参数

a. 消耗功率：约25W

b. 净重：约7kg

c. 外型尺寸（长×宽×高）mm：380×132×280

产品标准配置

a. 测试主机一台

b. 电感一套

c. 夹具一套

平板电容器性能

极片尺寸：Φ25.4mm、Φ50mm

极片间距可调范围和分辨率：≥10mm，±0.01mm

圆筒电容器性能

电容量线性：0.33pF/mm±0.05pF

长度可调范围和分辨率：≥0~20mm，±0.01mm

夹具插头间距

25mm±1mm

夹具本底损耗角正切值

≤4×10^-4（1MHz时）

电极形式

数显电极

可选高频配置补充（BH916/S916类数显测微装置相关资料）

平板电容极片：Φ50mm/Φ25.4mm

间距可调范围：≥15mm（部分数显升级夹具）

测微杆分辨率：0.001mm（升级夹具）

夹具插头间距：25mm±0.01mm（升级夹具）

夹具损耗角正切值：≤4×10^-4（1MHz）

GDAT高频Q表可选频率范围（部分同族资料页）

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：30-500/18-220pF

主调电容误差：<1%或1pF

Q测试范围：2~1023

十四、应用案例类型简述

从公开采购与用户名单中可见，GDAT-A类高频Q表曾进入高校材料学院、电气学院、橡胶塑料研究所、质检院所、电缆与绝缘材料厂、电子陶瓷厂、密封件厂等场景。其共通需求多为：

需要在1MHz、10MHz、30MHz对橡胶或塑料小样做高频损耗横比；

需要把GB/T 1409-2006作为通用测试依据写入设备验收技术协议；

若试样为硫化橡胶，则在同一设备上追加GB/T 1693-2007方法B的测试记录栏；

希望用一台高频Q表覆盖从音频到百MHz级的介电初筛，而不在低频电桥、高频网络分析仪之间频繁转平台。

对这些用户而言，GDAT-A的意义不在于“替代所有宽带矢量网络分析系统”，而在于以较简洁的谐振法结构，在固体片状试样、橡胶小样、液体杯选件范围内，稳定提供可复核的ε与tanδ扫频数据。

十五、收束说明

GDAT-A作为一台以高频谐振法为核心、兼顾音频至高频频段（10kHz-160MHz可选）的介电常数介质损耗测试仪，其原始技术体系主要锚定GB/T 1409-2006；在硫化橡胶、硅橡胶、EPDM等弹性体材料进入高频电场评价时，又可承接GB/T 1693-2007方法B的测定任务。它通过平板电容器夹持试样、圆筒线性可变电容器读出微变电容、Q值自动锁定与量程自动转换，把“有无试样”的两次谐振状态差异，转化为材料的相对介电常数与介质损耗角正切。

对材料研发人员，它提供的是一条从配方小样到多频点介电谱的低成本验证路径；对工厂质检人员，它提供的是一批橡胶、陶瓷、塑料、环氧件在同一高频Q表体系下的横向可比数据；对第三方检测人员，它提供的是一份可同时引用GB/T 1409-2006与GB/T 1693-2007方法B的实测记录基础。上述价值均以第十三节所列原厂参数为硬件边界，超出该边界（如GHz级毫米波、极低损耗单晶、强导电近渗流材料）的测试需求，应在选型前另行论证。