20Hz～2MHz介电常数测试仪GDAT-S是一套用于固体与液体绝缘材料电性能测试的介电常数测试系统。整套系统由高频阻抗分析仪、测试装置与标准介质样品组合而成，可在20Hz～2MHz频率范围内对绝缘材料的相对介电常数ε与介质损耗角D（也写作tanδ）进行测量，并以上下位同时检测的方式直接读取结果，无需人工干预。仪器符合GB/T 1409-2006、ASTM D150以及IEC 60250的规范要求，覆盖20Hz～1MHz、20Hz～2MHz、20Hz～5MHz（选配）三种频率选项；主机体积小、结构紧凑，便于上架使用，4.3寸TFT液晶显示配合中英文操作界面，并提供RS232C、USB、LAN、HANDLER、GPIB、DCI等接口，适合材料研发、来料检验与产线抽检等场景使用。

一、介电常数测试仪GDAT-S的定位与适用范围

1.1 系统由哪些部分组成

介电常数测试仪GDAT-S并不是一台单一仪表，而是一套组合式的介电性能测试系统，它把三部分配套在一起使用。高频阻抗分析仪负责信号输出、参数测量与结果显示；测试装置由平板电容器构成，用来夹持被测样品；标准介质样品则用于测量前的状态确认与数据比对。三者配合，从信号发生到参数直读形成一条完整的测量链路。

其中高频阻抗分析仪是整个系统的测量核心，采用数字合成方式产生测试信号，频率分辨率与输出电平都比较稳定。GDAT-S属于具有多种功能和更高测试频率的新型阻抗分析仪，体积小、紧凑便携，也便于装入机架或测试台，仪器基本精度为0.05%。

整套系统在测量方式上采用上下位同时检测，上位机负责数据处理与显示，下位机负责信号与参数采集，两者同步工作，测试过程中无需人工干预即可读取结果。集成的变压器测试功能与平衡测试功能，让同一台仪器在材料测试之外还能承担一部分元件测试工作，提高了测试效率。

1.2 一台设备可以测量哪些参数

从材料评价的角度看，GDAT-S关注的核心是两个量：相对介电常数ε与介质损耗角D（也写作tanδ）。相对介电常数描述材料在交变电场中储存电场能量的能力，数值大小与材料的极化响应有关；介质损耗角描述材料内部因极化弛豫、电导与杂质等因素引起的能量损耗程度，数值越小，通常说明材料在交变电场下的损耗越低。

在实际使用中，仪器把这两项结果直接呈现出来。把试样放入平板电容器与把试样取出两种状态下，读取D值（损耗值）的变化和Cp（电容值）读数，即可得到绝缘材料的介电常数与损耗值，读数可直接使用，无需人工计算。

除介电参数以外，GDAT-S还可以当作一台通用阻抗测量设备使用，测试参数涵盖C、L、R、Z、Y、X、B、G、D、Q、θ、DCR，并且可以测试电阻。也就是说，同一台设备既能完成材料的介电性能测试，也能承担元器件、线路与材料的电参数测试，一台仪器可以覆盖多个测试环节。

1.3 适用的材料与行业

在材料类型上，GDAT-S既可用于固体试样，也可用于液体试样。固体方面常见的有塑料与工程塑料、橡胶与弹性体、绝缘薄膜、陶瓷与装置瓷、云母、绝缘漆膜、覆铜板与层压基材、纤维增强复合材料以及各类改性材料；液体方面常见的有绝缘油等液体与易熔材料。固体试样按GB 1409（GB/T 1409）执行，液体试样可参照相应液体绝缘材料的测量方法进行。

从行业分布看，这类仪器常用于电气与电子制造、电线电缆、家用电器、光伏与储能、新能源汽车、航空航天、科研院所与高校实验室，以及承担委托测试的检测机构。凡是需要评价材料绝缘性能、介电特性与高频损耗的场合，都有可能用到它。

1.4 典型使用场景

● 材料研发：在配方筛选阶段比较不同填料与不同工艺条件下的ε与tanδ差异，为选材提供依据。

● 来料检验：对进厂薄膜、板材、树脂等原材料做介电参数核对，判断批次之间的一致性。

● 出厂抽检：对成品绝缘件、基材或元器件做抽检与数据记录，形成可追溯的检验档案。

● 绝缘系统评估：评估绝缘结构在工频、音频与高频条件下的介电行为与损耗水平。

● 教学与科研：在实验室中完成介电常数与介质损耗的测量实验，验证材料电性能规律。

● 委托检测：为第三方检测机构提供稳定、可重复的测试手段，支撑检测报告的出具。

二、测量原理与测试方法

2.1 平板电容法是怎样测出介电常数的

介电常数测试的基本做法是平板电容法。把被测材料加工成片状试样，夹在两块平板电极之间，试样本身就成为电容器的介质。同一电极构形下，充入绝缘材料时的电容量Cx与真空电容Co之比，即为该材料的相对介电常数ε。仪器并不需要使用者去套公式，它读取的是电容值Cp与损耗值D，再由这两个读数得到介电常数与介质损耗结果。

因为电极的几何尺寸、试样的厚度与直径都是已知量，测试装置可以把这些条件固定下来，使测量过程标准化。GDAT-S的测试装置由平板电容器组成，平板电容器一般用来夹被测样品，并配用高频阻抗分析仪作为指示仪器，这也是这套系统能够直接读数的基础。

用公式表达，相对介电常数等于充入绝缘材料时电容器的电极电容Cx与真空中电容器的电极电容Co之比；在标准大气压下，不含二氧化碳的干燥空气的相对介电常数约为1.00053，因此许多场合可以用空气中的电容代替Co进行测量，结果仍有足够的准确度。介质损耗角是指在绝缘材料作为介质的电容器上，外加电压与由此产生的电流之间相位差的余角；介质损耗角的正切tanδ即为损耗因数，数值上等于仪器显示的D值。

2.2 放入与取出试样对比读数，直接得到结果

不少介电测试方案需要人工记录多组读数再代入公式计算，过程繁琐，也容易引入人为误差。GDAT-S的处理方式是把对比测量交给仪器：分别记录试样放入与取出时平板电容器的D值变化与Cp读数，介电常数与损耗值即可直接得到。上下位同时检测，无需人工干预即可读取结果，对重复性要求高的场合，这样的处理方式能减少人工计算环节带来的不一致。

2.3 三种电极方法：接触电极法、薄膜电极法、非接触法

精密介电常数测试装置提供测试电极，可对直径φ10～56mm、厚度小于10mm的试样进行测量。针对不同试样，装置可以设置成三种方式，以适应软材料、表面不平整和薄膜试样的测试。

● 接触电极法：电极与试样表面直接贴合，适合表面平整、有一定刚性的板材与片材，测量时注意试样表面清洁与贴合均匀。

● 薄膜电极法：面向薄膜类试样，兼顾薄片的夹持与接触，减少因试样过薄带来的读数波动。

● 非接触法：电极与试样不直接接触，适合软材料与表面不平整的试样，避免加压或贴合对试样状态造成影响。

2.4 保护电极与边缘效应

测试装置含保护电极。保护电极的作用是减少边缘电场与表面泄漏电流对测量结果的影响，让测得的电容值更接近试样本体的真实情况。对低损耗材料与薄膜试样，保护电极带来的改善会比较明显。使用时应保持电极工作面清洁，避免油污、粉尘与划伤，并注意试样与电极的同轴对位。

2.5 常见术语与计算说明

● 相对介电常数ε（relative permittivity）：同一电极构形下，充入绝缘材料时的电容与真空（或空气）电容之比，反映材料的极化能力。

● 电容率：绝缘材料的相对介电常数与真空电气常数的乘积，在SI制中表示为法/米。

● 介质损耗角δ：外加电压与由此产生的电流之间相位差的余角。

● 介质损耗因数tanδ：介质损耗角的正切，也就是仪器显示的D值。

● 损耗指数：材料的损耗因数与相对介电常数的乘积，用来描述材料单位体积的损耗水平。

● 品质因数Q：损耗因数tanδ的倒数，Q值越高，通常说明回路或材料的损耗越低。

● 等效方式：串联与并联两种等效电路模型，选择与试样阻抗水平相适应的一种，可以让读数更贴近真实情况。

三、执行标准与合规性说明

3.1 GB/T 1409-2006

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》是国内现行的方法标准，规定了在15Hz～300MHz频率范围内测量电容率与介质损耗因数的方法，适用于液体、易熔材料以及固体材料。该标准修改采用IEC 60250:1969，是目前电气绝缘材料介电性能测试的常用依据。

3.2 ASTM D150

ASTM D150是固体电绝缘材料交流损耗特性与电容率（介电常数）的标准试验方法，采用集总阻抗法测定相对介电常数、损耗因数、损耗指数、功率因数、相位角与损耗角等参数，频率覆盖范围较宽。GDAT-S在方法上与之衔接，便于需要按美标出具数据的场合使用。

3.3 IEC 60250

IEC 60250:1969是在工频、音频、射频（包括米波长）下测定电气绝缘材料介电常数与介质损耗因数的推荐方法，也是GB/T 1409-2006的采标来源。三套标准在方法思路上相互对应，仪器在设计上同时兼顾，方便不同体系下的数据对照。

3.4 测试条件对结果的影响

介电参数会随测试条件变化。频率、温度、湿度、试样厚度与表面状态、施加电压的高低，都会对ε与tanδ产生影响。同一材料在不同频率下测得的结果不具可比性，因此记录与报告数据时应同时注明测试频率、试样尺寸与所处环境条件，必要时对试样做状态调节后再测量。

四、主要技术指标

本节按原始资料逐条列出整机的技术指标，各条目的数值、单位与表达均保持原样，未作改动，便于对照核验。

4.1 频率与信号

● 工作频率范围：20Hz～2MHz，数字合成，精度±0.02%

● 测试频率：20Hz～2MHz，10mHz步进

● 测试信号电平：f≤1MHz时为10mV～5V，±（10%+10mV）；f>1MHz时为10mV～1V，±（20%+10mV）

● 输出阻抗：10Ω、30Ω、50Ω、100Ω

● 频率选项：20Hz～1MHz、20Hz～2MHz、20Hz～5MHz（选配）

4.2 测量参数与显示范围

● 测试参数：C、L、R、Z、Y、X、B、G、D、Q、θ、DCR

● 电容测量范围：0.00001pF～9.99999F，六位数显

● 损耗因素D值范围：0.00001～9.99999，六位数显

● 显示范围 L：0.0001uH～9.9999kH

● 显示范围 C：0.0001pF～9.9999F

● 显示范围 R、X、Z、DCR：0.0001Ω～99.999MΩ

● 显示范围 Y、B、G：0.0001nS～99.999S

● 显示范围 D：0.0001～9.9999

● 显示范围 Q：0.0001～99999

● 显示范围 θ：-179.99°～179.99°

4.3 精度、分辨率与速度

● 基本准确度：0.1%

● 仪器基本精度：0.05%

● 电容测量基本误差：±0.05%

● 电容值Cp分辨率：0.00001pF；D值为6位显示

● ε和D测量范围：ε为1～105，D为0.1～0.00005

● ε和D测量精度（10kHz）：ε为±2%，D为±5%±0.0001

● 测量速度：快速200次/s（f>30kHz）、100次/s（f>1kHz）；中速25次/s；慢速5次/s

● 测试速度（快档）：13ms/次

● 微分头分辨率：10μm

4.4 偏置、校准与触发

● 内部直流偏置源电压模式：-5V～+5V，±(10%+10mV)，1mV步进

● 内部直流偏置源电流模式（内阻为50Ω）：-100mA～+100mA，±(10%+0.2mA)，20uA步进

● 可外接大电流直流偏置源

● 校准功能：开路/短路点频、扫频清零，负载校准

● 等效方式：串联方式、并联方式

● 量程方式：自动、保持

● 显示方式：直读、Δ、Δ%

● 触发方式：内部、手动、外部、总线

4.5 显示、存储与接口

● 显示器：320×240点阵图形LCD显示；4.3寸TFT液晶显示

● 操作界面：中英文可选

● 存储器：可保存20组仪器设定值

● 内部文件存储与外部U盘文件保存，测量数据可直接保存到U盘

● USB DEVICE（支持USBTMC与USBCDC）

● USB HOST（支持FAT16与FAT32）

● LAN（支持LXI class C）

● RS232C、HANDLER、GPIB（选件）、DCI接口

● 比较器功能：10档分选及计数功能

4.6 测试装置与电极

● 介电常数测试装置（含保护电极）：提供测试电极，可对直径φ10～56mm、厚度小于10mm的试样进行测量

● 电极设置方式：接触电极法、薄膜电极法、非接触法

● 微分头分辨率：10μm

● 耐压上限：±42Vp（AC+DC）

● 电缆长度设置：1m

● 使用频率上限：5MHz（选配）

● 固体试样执行标准：GB 1409（GB/T 1409）

4.7 标准配置

● 试验主机：一台

● 试验电极：一套

● 数据连接线：一条

● 电源线：一条

● 说明书：一份

● 合格证：一份

● 保修卡：一份

五、功能要点逐项解读

把整机的功能点逐一展开，更容易判断这台介电常数测试仪是否契合自身的测试需求。以下按功能逐项说明。

● 直接得到介电常数与介质损耗：通过放入与取出试样的对比读数，ε与D值直接显示，不用人工计算，减少换算环节带来的误差。

● 可测试电阻：在阻抗测量能力之外支持电阻测量，同一台仪器可以兼顾材料与元件的电参数测试。

● 4.3寸TFT液晶显示：采用4.3寸TFT液晶屏，配合320×240点阵图形LCD显示，读数直观，数据与状态都可以在屏幕上呈现。

● 中英文可选操作界面：界面语言可以切换，便于不同操作习惯的人员使用，也方便跨国团队的交接。

● 测试频率覆盖至5MHz（选配）：标准配置覆盖20Hz～2MHz，选配后使用频率上限可达5MHz，为高频段材料评估预留了空间。

● 平衡测试功能：针对对称结构或平衡绕组类被测件，提供平衡方式的测试能力，扩展了仪器的适用范围。

● 变压器参数测试功能：集成变压器测试功能，可对变压器相关参数进行测量，提高同一台设备的测试效率。

● 测试速度（快档）13ms/次：在快速测量档位下，单次测试时间可以做到13ms，适合需要连续取值或多点扫描的场合。

● 电压或电流的自动电平调整（ALC）功能：输出信号电平可以自动调整，使测试条件保持稳定，减少因电平漂移造成的读数波动。

● V、I测试信号电平监视功能：对测试电压与电流电平进行监视，方便确认施加在试样上的实际条件。

● 内部自带直流偏置源：无需外接偏置设备，即可在电压模式或电流模式下施加直流偏置，观察偏置条件下的参数变化。

● 可外接大电流直流偏置源：当需要更大的偏置电流时，可以通过外接方式扩展，满足更高要求的偏置测试。

● 10点列表扫描测试功能：可以设置10个测试点，按列表顺序连续扫描，适合观察参数随频率或条件变化的趋势。

● 内阻可选：提供30Ω、50Ω、100Ω可选内阻，另有10Ω档位，便于与被测件阻抗匹配，获得更合适的测量条件。

● 内建比较器，10档分选和计数功能：可对测量结果分档，并统计各档数量，适合抽检与分选作业。

● 内部文件存储与外部U盘文件保存：仪器设定值可保存在内部存储器（可保存20组设定值），测量数据也可以保存到U盘。

● 测量数据可直接保存到U盘：不需要连接电脑，插入U盘即可导出数据，便于现场记录与后期整理。

● 接口配置丰富：提供RS232C、USB、LAN、HANDLER、GPIB、DCI接口，其中LAN支持LXI class C，GPIB为选件，能满足自动分选测试、数据传输和保存的各种要求。

● Cp分辨率0.00001pF与6位D值显示：电容值分辨率达到0.00001pF，D值采用6位显示，为ε与D值测量的精度和重复性提供支撑。

● 介电常数测量范围可达1～105：介电常数测量范围覆盖1～105，可以兼顾低介电常数材料与高介电常数材料的测试需求。

六、选型与应用建议

6.1 频率范围怎么选

GDAT-S提供三种频率选项：20Hz～1MHz、20Hz～2MHz以及20Hz～5MHz（选配）。如果测试对象以工频、音频与常规频率附近的介电行为为主，20Hz～1MHz的配置已经能够覆盖常用频点；如果还需要兼顾更高频率下的损耗变化，选择20Hz～2MHz会更从容；对高频段材料评估有需求时，可以通过选配把使用频率上限扩展到5MHz。选择时建议先明确常测的几个频点，再结合材料在其他频段的表现来定，避免为用不到的频段增加配置。

6.2 输出阻抗怎么选

仪器提供10Ω、30Ω、50Ω、100Ω几种输出阻抗。阻抗选择与被测件阻抗及测试条件有关，选择合适的档位可以让测量回路工作在更接近理想的状态，减小系统误差。对于低阻抗试样与高阻抗试样，同一测试条件下得到的读数可能有差异，建议在相同档位下做横向比较。

6.3 电极方法与试样尺寸怎么匹配

测试装置可测直径φ10～56mm、厚度小于10mm的试样。选定试样尺寸时，需要让试样直径覆盖测量电极并留有保护间隙，厚度则以均匀、平整为前提。薄膜试样适合薄膜电极法，硬质片材与板材适合接触电极法，软材料与表面不平整试样适合非接触法。试样表面应清洁、无油污与划伤，厚度应在多点测量后取平均值输入，厚度的准确性会直接影响介电常数的计算结果。

6.4 不同材料的测试要点

● 塑料与工程塑料：推荐压制成圆形薄片，厚度均匀、表面平整干燥，必要时在表面制备电极以降低接触阻抗。

● 薄膜与薄片：注意夹持力度与接触均匀性，避免因受压导致厚度变化而影响计算结果。

● 陶瓷与装置瓷：试样以圆片为宜，厚度均匀、无裂纹气孔；高介电常数材料测量前应确认量程是否覆盖。

● 橡胶与弹性体：宜采用成品原生厚度，不要打磨减薄；测量时轻贴合，避免挤压改变厚度。

● 覆铜板与层压基材：按板材实际厚度取样，注意试样边缘平整，减少边缘效应对读数的影响。

● 绝缘油等液体：按液体试样的测量方式装夹，注意容器与电极的清洁，并控制环境温湿度。

6.5 使用前的核对清单

● 确认试样尺寸落在直径φ10～56mm、厚度小于10mm的范围之内，并在多点测量后取平均厚度。

● 确认所选电极方法与材料软硬、厚度和表面状态相匹配。

● 确认测试频率与对照数据保持一致，并在记录中注明频点。

● 确认已完成开路/短路清零，夹具与连接线处于良好状态。

● 确认数据保存方式，按批次建立命名规则，便于日后追溯。

七、操作与校准要点

7.1 开机与环境

开机后先让仪器预热一段时间，待读数稳定后再开始测试。测试环境应避开强电磁干扰源与大型金属构件，保持环境温湿度相对稳定；对吸潮性较强的材料，必要时应先做状态调节。

7.2 校准与清零

仪器具备开路/短路点频与扫频清零功能，并支持负载校准。每次更换测试夹具、连接线或改变测试频点后，建议按流程重新清零，以扣除夹具与引线带来的寄生参数，让读数更接近试样本身的贡献。

7.3 接线、接地与电缆长度

连接测试装置与主机时使用配套数据连接线，并注意可靠接地。仪器提供电缆长度设置（1m），按要求设置可以让测量结果与线缆的实际长度匹配，减少引线带来的偏差。

7.4 数据保存与导出

测量数据既可以保存在仪器内部，也可以直接保存到U盘。对于需要长期留存的批次数据，建议按测试日期、材料牌号与测试频点建立固定的命名规则，便于后续追溯与横向比对。

八、常见问题解答

GDAT-S可以测量哪些参数？

除相对介电常数ε与介质损耗角D（tanδ）之外，仪器还可测量C、L、R、Z、Y、X、B、G、Q、θ、DCR等参数，并可测试电阻，能够兼顾材料介电性能测试与常规阻抗测试。

20Hz～2MHz介电常数测试仪的频率范围是多少？

工作频率范围为20Hz～2MHz，采用数字合成，测试频率以10mHz步进；另有20Hz～1MHz与20Hz～5MHz（选配）两种选项，测试信号电平随频段不同而变化。

为什么同一材料两次测试结果会不一样？

介电参数对频率、温度、湿度、试样厚度与表面状态比较敏感。每次测试应注明测试频率并保持环境条件接近，试样应清洁干燥、厚度均匀，必要时先做状态调节，再按相同流程测量。

薄膜和软材料应该怎么测？

可以选用薄膜电极法或非接触法。薄膜电极法兼顾薄片的夹持与接触，非接触法避免电极对软材料直接施压，两种方式都能覆盖软材料与表面不平整试样。

ε和D的测量精度是多少？

在10kHz条件下，ε的测量精度为±2%，D为±5%±0.0001；测量范围为ε为1～105，D为0.1～0.00005。

仪器符合哪些标准？

仪器符合GB/T 1409-2006、ASTM D150以及IEC 60250的规范要求，固体试样按GB 1409（GB/T 1409）执行。

测试数据如何导出？

测量数据可以直接保存到U盘，也可以通过USB、LAN、RS232C等接口与上位机连接，接口中LAN支持LXI class C，GPIB为选件。

可以外接直流偏置源吗？

可以。仪器内部自带直流偏置源，支持电压模式与电流模式；需要更大的偏置电流时，可通过外接大电流直流偏置源扩展。

仪器可以用于自动分选吗？

可以。内建比较器支持10档分选与计数功能，配合HANDLER等接口，可用于抽检与分选作业。

这台仪器可以测量液体材料吗？

可以。介电常数测试仪由高频阻抗分析仪、测试装置与标准介质样品组成，能对绝缘材料进行高低频介电常数与介质损耗角的测试，固体与液体试样都在适用范围之内。

测试频率对结果的影响有多大？

介电参数本身是频率的函数，同一材料在20Hz、1kHz、1MHz等不同频点下测得的ε与tanδ往往不同，因此在横向比较数据时必须使用相同的测试频率与相近的环境条件。

试样厚度和直径有什么要求？

测试装置可对直径φ10～56mm、厚度小于10mm的试样进行测量，微分头分辨率为10μm。试样直径应覆盖测量电极并留出保护间隙，厚度要均匀、表面要平整，厚度在多点测量后取平均值输入。

九、日常维护与保养

● 保持电极工作面清洁，测试前后用无尘布擦拭，避免油污与粉尘附着。

● 试样应清洁干燥，测量结束后及时取出，避免残留物在电极表面堆积。

● 仪器放置在干燥、通风、无腐蚀性气体的环境中，避免阳光直射与剧烈振动。

● 长期不用时定期通电，并按说明书的周期做检查与校准，保证读数稳定。

● 连接线缆不要过度弯折，接口插拔时对准方向，避免损伤端子。

十、结语

20Hz～2MHz介电常数测试仪GDAT-S把高频阻抗分析仪、测试装置与标准介质样品组合成一套完整的介电性能测试系统。它覆盖20Hz～2MHz的频率范围，支持5MHz选配，可测量固体与液体绝缘材料的相对介电常数与介质损耗角，并通过放入与取出试样的对比读数直接给出结果；配合10档分选、10点列表扫描、多种输出阻抗与丰富接口，能够适应研发、检验与抽检等不同环节的使用需要。对于正在寻找介电常数测试仪、介质损耗测试设备的用户，可以把GDAT-S列入比较范围，并结合自身常测频点、试样形态与数据记录要求确定具体配置。