4.5. Задание на выполнение лабораторной работы

1. Определить заряд, выделяемый при прямом пьезоэффекте.

2. Вычислить пьезомодуль пьезоэлектрика при прямом пьезоэффекте.

3. Построить АЧХ выходного напряжения пьезоэлектрика при обратном пьезоэффекте.

4. По полученному графику определить резонансную частоту. На слух проверить соответствует ли частота резонанса максимальной громкости звучания пьезоизлучателя.

4.6. Программа работы

1. Прочитать методические указания по подготовке и проведению лабораторной работы.

2. Получить у преподавателя вариант задания исходных данных к работе.

3. При ознакомлении с рабочим местом проверить наличие необходимых приборов и соединительных проводников (в случае отсутствия какого-либо ком­плектующего элемента типового комплекта необходимо немедленно сообщить об этом преподавателю или техническому персоналу);

4. Перед сборкой цепи проверить, чтобы все приборы на рабочем столе бы­ли выключены;

4.6.1. Опыт 1: Изучения прямого пьезоэффекта и расчёт пьезомодуля пьезо­электрика

1. Согласно (рис. 4.3, б) выполнить электрические соединения модулей для изучения прямого пьезоэффекта. Монтаж схемы производить при от­ключенном питании. Элементы VD1 и С1 (рис. 4.3, б) установлены в схеме «Прямой пьезоэффект».

Для сборки схемы эксперимента воспользоваться модулем «Прямой и об­ратный пьезоэффект. Наборное поле». После проверки правильности соедине­ний схемы преподавателем или лаборантом, подать напряжение питания на ком­плект включением автоматического выключателя и УЗО «Модуля питания».

Рис. 4.3. Схема электрическая пикового детектора

2. Запустить программу «DiSco». Выбрать режим работы осциллографа «Самописец». Установить развёртку на 10 мкс, установить развертку канала «А» на 15 В. Включить сбор данных кнопкой «Запуск». Произвести нажатие кнопки (воздействие силы F на рис. 4.3, а), расположенной на схеме «Прямой пьезо­эффект».

3. По полученной осциллограмме (рис. 4.4) определить значение пи­кового напряжения U_пик заносить в табл. 4.1

Рис. 4.4

4. Повторить измерения по пунктам 3 несколько раз С ПЕРИОДИЧНО­СТЬЮ НЕ МЕНЕЕ 3 с. Результаты заносить в табл. 4.1.

Таблица 4.1

№ п.п.	Umax	Среднее напряжение <Umax>, B	∂, Кл/Н
1
2
…….

5. Рассчитать пьезомодуль, используя формулы (4.1) и (4.2). Сила воздей­ствия на диэлектрик F = 21 Н и ёмкость конденсатора С = 10 нФ.

Для определения пьезомодуля используя формулу (4.1) необходимо из­мерить выделяемый заряд при воздействии на пьезоэлектрик силы F.

На схеме 4.3, б весь заряд, выделенный пьезоэлектриком, перено­сится в ёмкость конденсатора. Измерив значение пикового напряжения U_пик по формуле (4.3), определим значение заряда Q.

Q = CU. (4.3)

Сравнить значение рвсчитанного пьезомодуля ∂ со справочным.

---

6. После оформления отчета и проверки результатов преподавателем необ­ходимо разобрать схему.

4.6.2. Опыт 2: изучения обратного пьезоэффекта и определение резонансной частоты пьезорезонатора

1. Согласно рис. 4.5 выполнить электрические соединения модулей для изучения обратного пьезоэффекта. Монтаж схемы производить при от­ключенном питании.

Рисунок 2.15- Схема электрическая соединений типового комплекта для изучения обратного пьезоэффекта.

Запустить программу «DiSco», установить усиление 12 В/э, развертку 10 мкс, синхронизировать по каналу «А».

2. После проверки правильности соединений схемы преподавателем или лаборантом, подать напряжение питания на комплект включением автоматиче­ского выключателя и УЗО «Модуля питания». Включить мультиметры и модуль «Функциональный генератор».

Установить следующий режим работы модуля «Функциональный генера­тор»:

– тип сигнала - синусоидальный «~»;

– частота сигнала - 50 Гц;

Установить амплитуду входного сигнала 8 В.

3. Порядок снятия АЧХ и определение резонансной частоты:

– увеличивая частоту входного сигнала кнопками увеличения частоты на модуле «Функциональный генератор», контролировать напряжение U₁ и под­держивать его на постоянном уровне, при помощи кнопок увеличе­ния/уменьшения амплитуды на модуле «Функциональный генератор»;

Последовательно увеличивая частоту сигнала до 2 кГц, измерять амплиту­ду напряжения U₂ на пьезоэлектрике BF2, значения заносить в табл. 4.2.

Таблица 4.2

№ п.п.	f, Гц	U2, В
1
2
…

4. По экспериментальным данным построить АЧХ в логарифмическом масштабе. По графику определить резонансную частоту (частота соответствую­щая максимальной амплитуде).

На слух определить, соответствует ли частота резонанса максимальной громкости звучания пьезоизлучателя.

5. После оформления отчета и проверки результатов преподавателем необ­ходимо разобрать схему, предоставить комплект в полном составе и исправности преподавателю или лаборанту.

4.7. Содержание отчета

1. Название работы. Цель работы.

2. Используемое оборудование и схемы электрических соединений.

3. Результаты измерений.

4. Результаты расчётов и построенные опытные зависимости (графики).

5. Краткие выводы по каждой работе, анализ полученных результатов:

– сравнение опытных зависимостей (графиков) с теоретическими;

– сравнение полученных экспериментальных значений с табличными, с обязательными ссылками на источники информации;

– сопоставление их расхождений с точностью измерений.

6. Обобщающий вывод по всей лабораторной работе. Вывод включает в себя:

а) основные численные результаты работы;

б) погрешность измерений, в случае относительной погрешности более 15% обязательны анализ и указание причин, приведших к снижению точности эксперимента.

---

4.8. Контрольные вопросы

1.Приведите определение прямого и обратного пьоэффекта? В каких ди­электриках наблюдаются эти явления?

2.От каких факторов зависят пьезоэлектрические свойства сегнетоэлектри- ческой керамики?

Лабораторная работа № 5

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРОБОЙ В ДИЭЛЕКТРИКАХ

5.1. Цель работы

Закрепить и расширить знания студентов по теории пробоя газообразных диэлектриков.

5.2. Задачи работы

1. Определить электрическую прочность воздуха.

2. Сравнить полученные результа­ты со справочными данными.

5.3. Краткие теоретические сведения

Пробой - потеря электрической прочности под действием напряжённости электрического поля - может иметь место как в образцах различных диэлектри­ков и систем изоляции, так и в электроизоляционных системах любого электро­технического устройства - от мощных генераторов и высоковольтных трансфор­маторов до любого бытового прибора. Сочетание в системах изоляции материа­лов, разных по электрической прочности, может приводить к серьёзным ослож­нениям в эксплуатации самых разнообразных электротехнических устройств, особенно высокого напряжения, где изоляция работает в сильных электрических полях и может возникнуть её пробой.

Причины пробоя бывают различными, поэтому не существует единой уни­версальной теории пробоя. В любой изоляции пробой приводит к образованию в ней канала повышенной проводимости, достаточно высокой, чтобы произошло короткое замыкание в данном электротехническом устройстве, создающее ава­рийную ситуацию, по существу выводящую это устройство из строя. Однако в этом отношении пробой может проявлять себя в разных системах изоляции по- разному. В твёрдой изоляции, как правило, канал пробоя сохраняет высокую про­водимость после выключения, приведшего к пробою напряжения, явление проте­кает необратимо. В жидких и газообразных диэлектриках вследствие высокой подвижности их частиц электрическое сопротивление канала пробоя восстанав­ливается вызвавшего его напряжения практически мгновенно.

Пробивное напряжение обозначается U_пp и измеряется чаще всего в кило­вольтах. Электрическая прочность определяется пробивным напряжением отне­сенным к толщине диэлектрика в месте пробоя:

, (5.1)

гдe h – толщина диэлектрика.

Удобные для практических целей численные значения электрической проч­ности диэлектриков получаются, если пробивное напряжение выражать в кило­вольтах, а толщину диэлектрика – в миллиметрах. Тогда электрическая проч­ность будет в киловольтах на миллиметр. Для сохранения численных значений и перехода к единицам системы СИ используют единицу МВ/м:

1 MB/м = 1кВ/мм = 10⁶ В/м.

Пробой газа обусловливается явлением ударной и фотонной ионизации. Пробой жидких диэлектриков происходит в результате ионизационных и тепло­вых процессов. Одним из главнейших факторов, способствующих пробою жид­костей, является наличие в них посторонних примесей. Пробой твердых тел мо­жет вызываться как электрическим, так и тепловым процессами, возникающими под действием поля.

---

Тепловой пробой является следствием уменьшения активного сопротивле­ния диэлектрика иод влиянием нагрева в электрическом поле, что приводит к росту активного тока и дальнейшему увеличению нагрева диэлектрика вплоть до его термического разрушения.

При длительном действии напряжения пробой может быть вызван электро­химическими процессами, происходящими в диэлектрике под воздействием элек­трического поля.

Из изложенного следует, что пробой газов – явление чисто электрическое. Поэтому все численные результаты экспериментов по пробою газов относятся к максимальным (амплитудным) значениям.

При повышении напряжения между элек­тродами внезапно возникает искра, которая затем переходит в дугу, если источ­ник напряжения имеет достаточную мощность.

Зависимость электрической прочности воздуха (амплитудные значения) от расстояния между электродами показана на рис. 5.1

Рис. 5.1. Зависимость электрической прочности воздуха от расстояния между электродами в случае однородного поля

5.4. Используемое оборудование

Минимодуль «Пробой газообразного диэлектрика» с раз­личными воздушными промежутками; Прибор «МЕГАОММЕТР
Е6-24»; Защи­щенные соединительные проводники.

5.5. Задание на выполнение лабораторной работы

1. Подавая на исследуемый образец напряжение от 500 В до 2500 В визуально пронаблюдать возникновение искры между электродами при пробое.

2. По полученному напряжению пробоя определить электрическую прочность воздуха.

3. Проверить результаты со справочными данными.

5.6. Программа работы

1. Прочитать методические указания по подготовке и проведению лабораторной работы.

2. Получить у преподавателя вариант задания исходных данных к работе.

3. При ознакомлении с рабочим местом проверить наличие необходимых приборов и соединительных проводников (в случае отсутствия какого-либо ком­плектующего элемента типового комплекта необходимо немедленно сообщить об этом преподавателю или техническому персоналу);

4. Перед сборкой цепи проверить, чтобы все приборы на рабочем столе бы­ли выключены;

5. Согласно рисунку 5.2 выполнить электрические соединения модулей для изучения пробоя в твёрдых диэлектриках. Монтаж схемы производить при отключенном питании. Исследуемый образец выдается преподавателем (в ра­боте исследуются 2 образца с фиксированным расстоянием между электро­дами). Образцы подключаются к соответствующим гнездам на мегаомметре защищёнными проводниками. При использовании мегаоммегра необходимо соблюдать особые меры предосторожности. На выводах прибора присутст­вует высокое напряжение до 2500В. Во избежание поражения электриче­ским током во время работы прибор не следует держать в руках. Использо­вать мегаоммегр разрешается только лицам имеющим допуск к работе с аппаратурой, функционирующей под напряжением выше 1000В (лаборант, техник), в противном случае категорически запрещается выполнять дан­ную лабораторную работу.

---

Рис. 5.2. Схема соединений прибора измерения сопротивления изоляции и минимодуля «Пробой газообразного диэлектрика»

6. Включить мегаомметр. Установить испытательное напряжение 500 В нажатием кнопки «URr». Для осуществления измерения сопротивления и элек­трической прочности воздуха необходимо нажать и удерживать кнопку «Лх» по­ка не установится значение сопротивления. Трёхразрядный семисегментный индикатор отображает значение сопротивления испытуемого образца, а располо­женные правее светодиодные индикаторы – единицу измерения «G» – ГОм (10⁹Ом), «М» – МОм (10⁶Ом).

7. Символ «П» на индикаторе означает, что при данном испытательном напряжении пробой диэлектрика не произошел. Увеличить испытательное на­пряжение до 1000В и повторить измерения по п.З. Если пробой не произошел увеличить напряжение до 2500В. Заносить в табл. 5.1 значение напряжения, при котором произошел пробой.

Визуально пронаблюдать возникновение искры между электродами при пробое.

Результат заносить в табл. 5.1

Таблица 5.1

№ п.п.	U, В	h, мм	Епр, МВ/м	<Епр>, МВ/м
1 -ый образец
…

8. Повторить измерения по пунктам 6-7 для разных выданных образцов Ре­зультаты заносить в табл. 5.1. Рассчитать электрическую прочность E_пр для всех исследованных образцов по формуле (5.1). Толщина воздушного слоя h указана на минимодуле.

9. Рассчитать среднее значение <E_пр> и сравнить его со справочным.

10. После оформления отчета и проверки результатов преподавателем необ­ходимо разобрать схему, предоставить комплект в полном составе и исправности преподавателю или лаборанту.

5.7. Содержание отчета

1. Название работы. Цель работы.

2. Используемое оборудование и схемы электрических соединений.

3. Результаты измерений.

4. Результаты расчётов и построенные опытные зависимости (графики).

5. Краткие выводы по каждой работе, анализ полученных результатов:

– сравнение опытных зависимостей (графиков) с теоретическими;

– сравнение полученных экспериментальных значений с табличными, с обязательными ссылками на источники информации;

– сопоставление их расхождений с точностью измерений.

6. Обобщающий вывод по всей лабораторной работе. Вывод включает в себя:

а) основные численные результаты работы;

б) погрешность измерений, в случае относительной погрешности более 15% обязательны анализ и указание причин, приведших к снижению точности эксперимента.

5.8. Контрольные вопросы

1. Опишите механизмы и назовите условия пробоя диэлектриков?

2. Почему значение напряжения пробоя не характеризует электрическую прочность диэлектрика.

3. У каких диэлектриков наибольшая электрическая прочность, у каких наименьшая (твердых, жидких или газообразных)? Объяснить, чем вызвано это явление.

---

Смотрите также файлы

• Макро 2 семестр.docx

• Компьютерный английский Met_196.doc

• Информатика.docx

• Задачи по физике.docx

• дневник ПГС.doc