標(biāo)準(zhǔn)電容器規(guī)范

1標(biāo)準(zhǔn)電容器檢定規(guī)程本規(guī)程適用于電容范圍0.001pF～10mF、頻率范圍20Hz～1MHz的標(biāo)準(zhǔn)電容器的首次檢定、后續(xù)檢定和使用中檢查。2引用文件本規(guī)程引用了下列文件：JJF1023—1991常用電學(xué)計(jì)量名詞術(shù)語(yǔ)(試行)GB9090—1988標(biāo)準(zhǔn)電容器凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本規(guī)程；凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本規(guī)程。3術(shù)語(yǔ)和計(jì)量單位3.1電容capacitance兩導(dǎo)體所帶電荷為等量異號(hào)時(shí)，電荷的量值與該兩導(dǎo)體間電位差的比值。在國(guó)際單位制SI中，電容的單位是法拉，F(xiàn)。1.電容的大小，既與兩電極的幾何形狀、尺寸和相互位置有關(guān)，也與其間的電介質(zhì)的電容率有關(guān)。2.工程上經(jīng)常使用的電容單位有微法[拉]μF或皮法[拉]pF。3.2電容器損耗因數(shù)dissipationfactorforcapacitors電容器損耗因數(shù)即電容器的損耗角正切tan?。在交流電場(chǎng)中，電容器損耗功率與其貯存功率的比值為損耗因數(shù)，用來(lái)判斷電容器及介質(zhì)的品質(zhì)。標(biāo)準(zhǔn)電容器是檢定各等級(jí)電容計(jì)量器具的實(shí)物量具。根據(jù)介質(zhì)材料的不同，分為氣體介質(zhì)和固體介質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)電容器，常用的氣體介質(zhì)有空氣、氮?dú)?、氬氣等，固體介質(zhì)有石英、云母，陶瓷、有機(jī)介質(zhì)材料等；根據(jù)測(cè)量引出端的不同，分為單端口同軸、三端、四端對(duì)和五端標(biāo)準(zhǔn)電容器。標(biāo)準(zhǔn)電容器的結(jié)構(gòu)分為同軸型、平板型、卷繞型和多層型。常用的同軸型和平板型電容器示意圖如圖1所示。其中：圖1(a)中，l是電極長(zhǎng)度，d?和d?是內(nèi)外電極的直徑；圖1(b)中，d是極板間距離。JJG183—20172(a)同軸型標(biāo)準(zhǔn)電容器(b)平板型標(biāo)準(zhǔn)電容器標(biāo)準(zhǔn)電容器的等效電路如圖2所示。其中：R是引線、支柱及電極的等效電阻；L是引線及電極的電感；C是電極間的電容及支承結(jié)構(gòu)的電容之和；G是絕緣支承結(jié)構(gòu)的損耗、電極間的介質(zhì)損耗及直流泄漏的等效電導(dǎo)。圖2標(biāo)準(zhǔn)電容器的等效電路圖5計(jì)量性能要求5.1示值誤差標(biāo)準(zhǔn)電容器的示值絕對(duì)誤差等于電容器標(biāo)稱值與實(shí)際值之差，表示為標(biāo)準(zhǔn)電容器的示值相對(duì)誤差表示為8標(biāo)準(zhǔn)電容器的示值相對(duì)誤差。5.2年穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)電容器的穩(wěn)定性是指電容值隨時(shí)間恒定的能力。在1年內(nèi)，電容值發(fā)生的變化為年穩(wěn)定性。通過(guò)下式計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)電容器的年穩(wěn)定性。y標(biāo)準(zhǔn)電容器的年穩(wěn)定性；JJG183—20173Cx——本次檢定電容器的電容實(shí)際值，F(xiàn);Cx——上次周期檢定電容器的電容實(shí)際值，F(xiàn)。5.3偏差標(biāo)準(zhǔn)電容器的偏差為電容實(shí)際值減去標(biāo)稱值，其大小等于負(fù)的示值絕對(duì)誤差。標(biāo)準(zhǔn)電容器的相對(duì)偏差表示為式中：o——標(biāo)準(zhǔn)電容器的相對(duì)偏差。5.4準(zhǔn)確度等級(jí)通過(guò)考察示值相對(duì)誤差和年穩(wěn)定性使用的標(biāo)準(zhǔn)電容器，用級(jí)別劃分其準(zhǔn)確度等級(jí)，主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示。表1標(biāo)準(zhǔn)電容器定級(jí)的主要技術(shù)指標(biāo)準(zhǔn)確度級(jí)別最大允許誤差年穩(wěn)定性極限0.001級(jí)土0.001%0.002級(jí)0.005級(jí)0.01級(jí)士0.01%0.02級(jí)0.05級(jí)0.1級(jí)士0.1%0.2級(jí)0.5級(jí)1級(jí)通過(guò)考察年穩(wěn)定性使用的標(biāo)準(zhǔn)電容器，用等別劃分其準(zhǔn)確度等級(jí)，主要技術(shù)指標(biāo)如表2所示。表2標(biāo)準(zhǔn)電容器定等的主要技術(shù)指標(biāo)準(zhǔn)確度等別測(cè)量不確定度Ua(k=2)年穩(wěn)定性極限最大允許偏差0.00005等年穩(wěn)定性極限絕對(duì)值的1/20.0001等0.0002等0.0005等士0.0005%4準(zhǔn)確度等別測(cè)量不確定度年穩(wěn)定性極限最大允許偏差0.001等年穩(wěn)定性極限絕對(duì)值的1/30.002等0.005等0.01等0.02等0.05等士0.5%0.1等5.5電容器損耗因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)電容器損耗因數(shù)范圍應(yīng)符合表3的規(guī)定。介質(zhì)材料容量標(biāo)稱值頻率范圍損耗因數(shù)氣體介質(zhì)固體介質(zhì)固體介質(zhì)固體介質(zhì)注：10mF標(biāo)準(zhǔn)電容器的損耗因數(shù)包含了測(cè)量引線的影響。6通用技術(shù)要求被檢標(biāo)準(zhǔn)電容器的外殼上或說(shuō)明書(shū)中應(yīng)有下列信息：a)產(chǎn)品名稱及生產(chǎn)廠家；b)型號(hào)及出廠編號(hào)；c)標(biāo)稱值及最大允許誤差；d)損耗因數(shù)范圍；e)電位端、電流端和屏蔽端；f)極限電壓。7計(jì)量器具控制計(jì)量器具控制可包括首次檢定、后續(xù)檢定和使用中檢查。7.1檢定條件被檢標(biāo)準(zhǔn)電容器的檢定條件如表4所示。首次送檢或處于定等、定級(jí)考察期間的標(biāo)準(zhǔn)電容器，其檢定環(huán)境條件應(yīng)滿足所評(píng)定目標(biāo)等級(jí)的規(guī)定。在檢定之前，被檢標(biāo)準(zhǔn)電容JJG183—20175器須放置的時(shí)間為：0.05級(jí)及以上、0.05等及以上的被檢標(biāo)準(zhǔn)電容器在實(shí)驗(yàn)室放置時(shí)間不少于24h;其余等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)電容器放置時(shí)間不少于8h。表4標(biāo)準(zhǔn)電容器的檢定環(huán)境條件準(zhǔn)確度級(jí)別準(zhǔn)確度等別溫度相對(duì)濕度/%檢定頻率0.01級(jí)及以上0.01等及以上50±101.推薦頻率：2.指定頻率0.02級(jí)0.02等(20士2)℃50±100.05級(jí)；0.1級(jí)0.05等；0.1等50±200.2級(jí)及以下50±207.2計(jì)量器具及主要配套設(shè)備的技術(shù)條件檢定用計(jì)量器具主要包括標(biāo)準(zhǔn)電容器、電容電橋或阻抗測(cè)量?jī)x。其技術(shù)性能應(yīng)滿足7.2.1電容的擴(kuò)展不確定度由檢定裝置、方法、環(huán)境，頻率、電壓、穩(wěn)定性等因素引起的測(cè)量不確定度符合表5中的規(guī)定。表5電容實(shí)際值的測(cè)量不確定度準(zhǔn)確度級(jí)別準(zhǔn)確度等別電容實(shí)際值的測(cè)量0.00005等≤年穩(wěn)定性極限絕對(duì)值的1/20.0001等0.0002等0.0005等0.001級(jí)0.001等≤年穩(wěn)定性極限絕對(duì)值的1/30.002級(jí)0.002等0.005級(jí)0.005等0.01級(jí)0.01等0.02級(jí)0.02等0.05級(jí)0.05等0.1級(jí)0.1等0.2級(jí)0.5級(jí)1級(jí)采用替代測(cè)量法檢定標(biāo)準(zhǔn)電容器時(shí)，選擇的標(biāo)準(zhǔn)電容器等級(jí)、替代測(cè)量裝置(電容電橋或阻抗測(cè)量?jī)x)的分辨力、短期穩(wěn)定性等因素還要滿足表6的規(guī)定。67.2.2損耗因數(shù)的擴(kuò)展不確定度電容器損耗因數(shù)的測(cè)量不確定度應(yīng)優(yōu)于損耗因數(shù)最大允許值的1/3。7.3檢定項(xiàng)目檢定項(xiàng)目如表7所示。7.4檢定方法7.4.1外觀檢查外觀檢查應(yīng)符合6的要求。準(zhǔn)確度級(jí)別準(zhǔn)確度等別標(biāo)準(zhǔn)電容器等級(jí)替代裝置的分辨力和短期穩(wěn)定性0.0001等比被檢電容器高1個(gè)準(zhǔn)確度等級(jí)引入的不確定度分量小于等于被檢電容器年穩(wěn)定性極限絕對(duì)值的1/10 0.0002等0.0005等0.001級(jí)0.001等比被檢電容器高2個(gè)準(zhǔn)確度等級(jí)0.002級(jí)0.002等0.005級(jí)0.005等0.01級(jí)0.01等0.02級(jí)0.02等0.05級(jí)0.05等序號(hào)檢定項(xiàng)目首次檢定后續(xù)檢定使用中檢查1外觀檢查十十十2示值誤差/偏差十十十3年穩(wěn)定性十 4損耗因數(shù)十十一注：符號(hào)“十”表示需要檢定，符號(hào)“—”表示不需檢定。7.4.2電容和損耗因數(shù)實(shí)際值的檢定7.4.2.1直接測(cè)量法a)檢定裝置通電預(yù)熱根據(jù)使用說(shuō)明書(shū)中的規(guī)定，對(duì)檢定裝置進(jìn)行通電預(yù)熱，確保其工作在最佳的測(cè)量狀b)設(shè)置等效電路模型、積分時(shí)間和測(cè)量次數(shù)等參數(shù)根據(jù)被檢標(biāo)準(zhǔn)電容器的阻抗值大小，高阻抗值的電容器選擇并聯(lián)電路模型，低阻抗7值的電容器選擇串聯(lián)電路模型進(jìn)行讀數(shù)。c)設(shè)置檢定頻率和電壓根據(jù)推薦頻率或客戶指定的頻率，設(shè)置檢定裝置的測(cè)量頻率；根據(jù)被檢標(biāo)準(zhǔn)電容器工作電壓范圍選擇測(cè)量電壓。d)選擇測(cè)量引線將被檢標(biāo)準(zhǔn)電容器接入檢定裝置時(shí)，選擇的測(cè)量引線應(yīng)保證其屏蔽方式與檢定裝置e)開(kāi)路短路校準(zhǔn)進(jìn)行開(kāi)路和短路校準(zhǔn)(包括測(cè)量引線部分),消除分布參數(shù)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。有些檢定裝置有專(zhuān)用測(cè)試線，其開(kāi)路和短路參數(shù)已內(nèi)置于裝置內(nèi)部，可省略此步驟。f)接線讀數(shù)用測(cè)量引線將被檢標(biāo)準(zhǔn)電容器接入檢定裝置(電容電橋或阻抗測(cè)量?jī)x)。如用三端電容電橋檢定三端電容器時(shí)，用兩根絞繞的同軸電纜分別將電橋與電容器高端、低端相連，如圖3所示。等示值穩(wěn)定后，在檢定裝置上讀取被檢標(biāo)準(zhǔn)電容器的電容和損耗因數(shù)實(shí)際值。式中：Cx——被檢標(biāo)準(zhǔn)電容器的電容實(shí)際值，F(xiàn)。式中：D——檢定裝置的損耗因數(shù)示值；Dx——被檢標(biāo)準(zhǔn)電容器的損耗因數(shù)實(shí)際值。g)計(jì)算示值誤差/偏差和年穩(wěn)定性獲得電容實(shí)際值后，代入公式(2)、公式(4)和公式(3)計(jì)算出被檢標(biāo)準(zhǔn)電容器的示值相對(duì)誤差(或相對(duì)偏差)和年穩(wěn)定性。再根據(jù)計(jì)算結(jié)果為被檢標(biāo)準(zhǔn)電容器定7.4.2.2替代測(cè)量法a)～e)按照7.4.2.1的a)～e)操作。f)接線讀數(shù)8依次將作為標(biāo)準(zhǔn)用的標(biāo)準(zhǔn)電容器和被檢標(biāo)準(zhǔn)電容器接入替代裝置進(jìn)行測(cè)量，如圖4所示(為減少回路的面積，兩根同軸電纜最好絞繞)。(a)接標(biāo)準(zhǔn)電容器(b)(a)接標(biāo)準(zhǔn)電容器待示值穩(wěn)定，讀取替代裝置上的電容示值，再按下列公式算出被檢標(biāo)準(zhǔn)電容器的電容實(shí)際值。式中：Cx——被檢標(biāo)準(zhǔn)電容器的電容實(shí)際值，F(xiàn);g)計(jì)算示值誤差/偏差和年穩(wěn)定性獲得電容實(shí)際值后，代入公式(2)、公式(4)和公式(3)計(jì)算出被檢標(biāo)準(zhǔn)電容器的示值相對(duì)誤差(或相對(duì)偏差)和年穩(wěn)定性。再根據(jù)計(jì)算結(jié)果為被檢標(biāo)準(zhǔn)電容器定7.5檢定結(jié)果的處理根據(jù)數(shù)據(jù)修約規(guī)則和測(cè)量不確定度對(duì)檢定數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。判斷被檢標(biāo)準(zhǔn)電容器是否合格，以處理后的測(cè)量結(jié)果為依據(jù)。7.5.2檢定證書(shū)和檢定結(jié)果通知書(shū)7.5.2.1依據(jù)本規(guī)程的項(xiàng)目進(jìn)行檢定，滿足全部技術(shù)指標(biāo)要求，且連續(xù)三次周期檢定后的標(biāo)準(zhǔn)電容器給予定準(zhǔn)確度等級(jí)；7.5.2.2標(biāo)準(zhǔn)電容器的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)經(jīng)過(guò)連續(xù)三次以上周期檢定，均符合所定準(zhǔn)確度等級(jí)的要求時(shí)，判定該標(biāo)準(zhǔn)電容器為合格，發(fā)給檢定證書(shū)。7.5.2.3檢定不合格的標(biāo)準(zhǔn)電容器，發(fā)給檢定結(jié)果通知書(shū)，并注明不合格項(xiàng)目。不合格的標(biāo)準(zhǔn)電容器，允許降等級(jí)使用，但必須滿足所定等級(jí)的全部技術(shù)指標(biāo)要求。7.6檢定周期標(biāo)準(zhǔn)電容器檢定周期一般不超過(guò)1年。9A.1測(cè)量串聯(lián)等效電感法在某一頻率范圍內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)電容器(如有些同軸或平板結(jié)構(gòu)的氣體電容器)的串聯(lián)等效電感是固定值時(shí)，可采用網(wǎng)絡(luò)分析法或諧振法測(cè)量其電感值，在遠(yuǎn)小于諧振頻率的情況下，按以下公式計(jì)算各頻率下的電容實(shí)際值：Cx=C?kh?(1+w2LC?kH)(A.1)L——標(biāo)準(zhǔn)電容器的串聯(lián)等效電感值，H;C?k1kHz時(shí)標(biāo)準(zhǔn)電容器的電容實(shí)際值，F(xiàn);Cx不同頻率下標(biāo)準(zhǔn)電容器的電容實(shí)際值，F(xiàn)。A.2直接測(cè)量法在選定的頻率下，用檢定過(guò)的寬頻電容電橋或阻抗測(cè)量?jī)x直接測(cè)量被檢標(biāo)準(zhǔn)電容器的頻率特性。A.3替代測(cè)量法用已知頻率特性的標(biāo)準(zhǔn)電容器與被檢標(biāo)準(zhǔn)電容器相比較，從而確定被檢標(biāo)準(zhǔn)電容器的頻率特性，所用替代測(cè)量裝置應(yīng)滿足頻率范圍、短期穩(wěn)定性、分辨力等要求。10μF以上的標(biāo)準(zhǔn)電容器(簡(jiǎn)稱高值電容器)分為兩種：實(shí)物電容器和模擬電容器。實(shí)物電容器通常是由多只云母、聚碳酸脂、聚苯硫醚或陶瓷等介質(zhì)材料的電容器并聯(lián)而成，按本規(guī)程予以定等定級(jí)；模擬高值電容器是由感應(yīng)分壓器或多只電阻電容元件組合而成的等效高值電容，容量可達(dá)1F,可參照本規(guī)程進(jìn)行校準(zhǔn)，不適合定等定級(jí)。高值電容器的電容實(shí)際值與使用頻率、工作電壓有關(guān)，受引線阻抗、引線間互感影響較大。因此，在檢定中必須注意以下幾個(gè)方面。B.1檢定和使用頻率的規(guī)定檢定頻率應(yīng)與使用頻率一致。B.2測(cè)試電壓高值電容的量值與使用電壓有關(guān)，應(yīng)在規(guī)定的電壓下檢定和使用。B.3四端或四端對(duì)的測(cè)量方法為了減小引線阻抗和引線間互感影響，應(yīng)采用四端測(cè)量或四端對(duì)的測(cè)量方法，還要消除引線間的互感耦合，推薦的測(cè)量方法如下。B.3.1用成直角的兩對(duì)絞合線連接，如圖B.1所示。B.3.2用無(wú)定向同軸電纜連接(兩端口),如圖B.2所示。B.3.3四端對(duì)連接目前，低阻抗的最佳測(cè)量方法是按四端對(duì)阻抗的定義進(jìn)行測(cè)量。用四端對(duì)方法測(cè)量時(shí)，連接電容器的四根同軸電纜，其芯、皮電流大小相等且方向相反，可有效消除互感耦合的影響。對(duì)于四端對(duì)結(jié)構(gòu)的電容器，直接接到四端對(duì)測(cè)量?jī)x器上進(jìn)行測(cè)量；對(duì)于五端結(jié)構(gòu)的電容器，為近似保證按四端對(duì)阻抗定義進(jìn)行測(cè)量，要在靠近電容器側(cè)，用導(dǎo)線把屏蔽短接為一點(diǎn)后接Cx的外殼，如圖B.3所示。屏蔽座與外殼絕緣模擬高值電容并不是傳統(tǒng)的四端結(jié)構(gòu)，其高電位引線與高電流引線不能有短接點(diǎn)，壓回路與電流回路分離的測(cè)量線路測(cè)量。(a)四端結(jié)構(gòu)的實(shí)物高值電容(b)用IVD實(shí)現(xiàn)的模擬高值電容檢定原始記錄格式標(biāo)準(zhǔn)電容器檢定原始記錄格式(直接測(cè)量法)標(biāo)準(zhǔn)裝置的擴(kuò)展不確定度：直接測(cè)量法檢定數(shù)據(jù)電容標(biāo)稱值損耗范圍電容實(shí)際值損耗實(shí)際