Файл: Исследование температурной зависимости диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь электроизоляционных материалов.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 04.12.2023
Просмотров: 93
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
0:
В настоящей работе ε определяется мостовым методом с помощью измерителя L, С, R цифрового Е7-8.
Измеритель L, С, R цифровой Е7-8 предназначен для автоматического измерения параметров конденсаторов, катушек индуктивности, резисторов с цифровым отсчетом измеряемых величин.
Прибор питается от сети переменного тока частотой 50 Гц при напряжении 220В.
Рабочая частота прибора (100 ± 10) Гц.
Прибор обеспечивает автоматический и ручной выбор пределов измерения.
В данной работе измеряется емкость с потерями по параллельной схеме замещения, выраженными в форме тангенса угла потерь.
Пределы измеряемых величин:
Емкость (С) ± (0.01 pF – 100 μF), tgδ =1×10-4 – 1
Прибор имеет два режима работы: следящий режим и режим одиночного измерения.
Структурная схема прибора.
В основе измерения прибором лежит мостовой метод с фазочувствительными детекторами уравновешивания. Питание моста осуществляется от генератора 1000 Гц. Напряжение разбаланса мостовой схемы через усилитель сигнала разбаланса поступает на входы фазовых детекторов активной (АС) и реактивной (PC) составляющих.
Опорные напряжения фазовых детекторов снимаются с мостовой схемы и выбираются такими, чтобы связь контуров уравновешивания была минимальной.
Выходные напряжения разбаланса с фазовых детекторов подаются на реверсивные счетчики, управляющие состоянием органов уравновешивания мостовой схемы, и на генераторы импульсов, задающие скорость счета реверсивных счетчиков.
Направление счета реверсивных счетчиков определяется знаком напряжения разбаланса фазового детектора, скорость счета – величиной этого напряжения.
Чем дальше мост от состояния равновесия, т.е. больше напряжение разбаланса, тем больше частота следования импульсов от генераторов АС и PC, тем больше скорость реверсивного счетчика и, следовательно, быстрее процесс уравновешивания моста. По мере приближения к балансу напряжение разбаланса уменьшается, вследствии чего замедляется скорость уравновешивания моста. Для пуска и остановки системы дискретного уравновешивания имеется вспомогательная система аналога уравновешивания (САУ), плавно уравновешивающая мост в пределах + 0,6 единицы дискретности (на рис. 10 она для простоты опущена).
При наличии разбаланса больше ± 0,6 единицы дискретности САУ находится в состоянии ограничения и происходит дискретное уравновешивания моста. По достижении разбаланса, не превышающего ± 0,6 единицы дискретности, САУ выходит из состояния ограничения и останавливает работу схемы дискретного уравновешивания моста.
Рис. 10. Структурная схема прибора
Упрощенная измерительная схема моста.
Измерительная система прибора представляет собой четырехплечий мост с трансформаторами с тесной индуктивной связью с операционными усилителями.
Изменение схемы, обеспечивающее переход от измерения объектов с емкостным характером реактивности к измерению объектов индуктивного характера, достигается сменой переключателя С, G - L, R. Измерение потерь в виде активной составляющей (G, R) или тангенса угла потерь (tgδ) определяется установкой переключателя G, R-tgδ.
Подготовка к работе.
Порядок работы.
Подготовка к проведению измерений.
Включите тумблер «Сеть» и дайте прибору прогреться в течение 1 мин. Убедитесь в правильном функционировании прибора. Проверка производится в следующем порядке:
Установите переключатель "Вид измерений" в положение C,G и
G,R, а тумблер «ЗАПУСК» в положение следящий;
При разведенных концах соединительного кабеля на табло прибора должны появиться показания по обеим составляющим 00,00 pF или
00,01 pF и 000,0 nS;
Закоротите концы соединитльного кабеля с помощью медной или
латунной пластины шириной порядка 1 см длиной 2 см, на показания 99,99μF и 999,9 mS;
Переведите переключатель С, G - L, R в положение L, R;
При замкнутых концах соединительного кабеля на табло прибора должны быть показания 000,0μH или 000,1 μН и 0,000 Ω или 0,001
Ω, при разомкнутых - 999,9 Н и 9,999 MΩ
Проведение измерений
При необходимости проследить изменение параметров измеряемого объекта проводятся измерения в следующем режиме с автоматическим выбором пределов измерения.
Порядок проведения измерений следующий:
1. Присоедините измеряемый образец к прибору с помощью выводов
соединительного кабеля.
2. Установите переключатель «Запуск» в положение следящий.
3. Установите переключатель «Знак С, L» в положение (+).
4. Установите переключатель «Вид измерений» в положение С, G и
tgδ.
5. Установите переключатель «Пределы измерений» в положение
«Авт.»
6. Прочтите результаты измерения (ёмкость, pF и tgδ) на табло
прибора.
Задание
1. Измерить емкость и tgδ диэлектриков при различных температурах (значение температур, при которых ведется исследование, задаются преподавателем).
2. Рассчитать значение ε для исследуемых диэлектриков при соответсвующих температурах по формуле (7).
3. Построить графики зависимостей ε и tgδ от температуры.
4. Исходя из литературных данных о составе исследуемых диэлектриков (органические, неорганические) и структуре (нейтральные, полярные, ионные) и из полученных
экспериментально температурных зависимостей ε и tgδ исследуемых диэлектриков, а также учитывая абсолютные значения
ε и tgδ, сделать вывод о преобладающем виде поляризации
исследуемых материалов и объяснить температурные зависимости
ε и tgδ этих диэлектриков.
IV. Содержание отчета
Отчет должен содержать:
1. Эквивалентные схемы диэлектрика (последовательную и параллельную) с расчетами tgδ и рассеиваемой мощности Pa;
2. Расчетную формулу для ε;
3. Решение задач 4.1.11, 4.1.12 из задачника из задачника: Антипов Б.Л. и др. Материалы электронной техники. Задачи и вопросы, 1990.
4. Графики зависимостей ε и tgδ от температуры для разных видов поляризации.
5. Ответы на контрольные вопросы.
V. Контрольные вопросы
1. Физическая сущность процесса поляризации.
2. Основные виды поляризации.
3. Классификация диэлектриков по видам поляризации.
4. Что такое диэлектрическая проницаемость и каковы ее значения
для различных классов диэлектриков?
5. Виды диэлектрической проницаемости и их размерности.
6. Зависимость ε и tgδ от температуры для различных видов
поляризации.
7. Формула для расчета.
8. Отличие поляризации от электропроводности.
9. На каких принципах основано создание термостабильной конденсаторной керамики?
ЛИТЕРАТУРА
1. Богородицкий Н.П., Пасынков В.В., Тареев Б.М. Электротехнические материалы.
Л.: Энергоатомиздат, 1985. 304 с.
2. Горелик С. С., Дашевский М. Я. Материаловедение полупроводников и диэлектриков. Учебник для ВУЗов. – М – МИСИС, 2003.
3. Сорокин В. С., Антипов Б. Л., Лазарева Н. П. Материалы и элементы электронной техники. Проводники, полупроводники, диэлектрики: Учебник. — Т. 1. — 2_е изд., испр. — СПб.: Издательство «Лань», 2015.
4. Антипов Б.Л. и др. Материалы электронной техники. Задачи и вопросы, 1990.
В настоящей работе ε определяется мостовым методом с помощью измерителя L, С, R цифрового Е7-8.
Измеритель L, С, R цифровой Е7-8 предназначен для автоматического измерения параметров конденсаторов, катушек индуктивности, резисторов с цифровым отсчетом измеряемых величин.
Прибор питается от сети переменного тока частотой 50 Гц при напряжении 220В.
Рабочая частота прибора (100 ± 10) Гц.
Прибор обеспечивает автоматический и ручной выбор пределов измерения.
В данной работе измеряется емкость с потерями по параллельной схеме замещения, выраженными в форме тангенса угла потерь.
Пределы измеряемых величин:
Емкость (С) ± (0.01 pF – 100 μF), tgδ =1×10-4 – 1
Прибор имеет два режима работы: следящий режим и режим одиночного измерения.
Структурная схема прибора.
В основе измерения прибором лежит мостовой метод с фазочувствительными детекторами уравновешивания. Питание моста осуществляется от генератора 1000 Гц. Напряжение разбаланса мостовой схемы через усилитель сигнала разбаланса поступает на входы фазовых детекторов активной (АС) и реактивной (PC) составляющих.
Опорные напряжения фазовых детекторов снимаются с мостовой схемы и выбираются такими, чтобы связь контуров уравновешивания была минимальной.
Выходные напряжения разбаланса с фазовых детекторов подаются на реверсивные счетчики, управляющие состоянием органов уравновешивания мостовой схемы, и на генераторы импульсов, задающие скорость счета реверсивных счетчиков.
Направление счета реверсивных счетчиков определяется знаком напряжения разбаланса фазового детектора, скорость счета – величиной этого напряжения.
Чем дальше мост от состояния равновесия, т.е. больше напряжение разбаланса, тем больше частота следования импульсов от генераторов АС и PC, тем больше скорость реверсивного счетчика и, следовательно, быстрее процесс уравновешивания моста. По мере приближения к балансу напряжение разбаланса уменьшается, вследствии чего замедляется скорость уравновешивания моста. Для пуска и остановки системы дискретного уравновешивания имеется вспомогательная система аналога уравновешивания (САУ), плавно уравновешивающая мост в пределах + 0,6 единицы дискретности (на рис. 10 она для простоты опущена).
При наличии разбаланса больше ± 0,6 единицы дискретности САУ находится в состоянии ограничения и происходит дискретное уравновешивания моста. По достижении разбаланса, не превышающего ± 0,6 единицы дискретности, САУ выходит из состояния ограничения и останавливает работу схемы дискретного уравновешивания моста.
Рис. 10. Структурная схема прибора
Упрощенная измерительная схема моста.
Измерительная система прибора представляет собой четырехплечий мост с трансформаторами с тесной индуктивной связью с операционными усилителями.
Изменение схемы, обеспечивающее переход от измерения объектов с емкостным характером реактивности к измерению объектов индуктивного характера, достигается сменой переключателя С, G - L, R. Измерение потерь в виде активной составляющей (G, R) или тангенса угла потерь (tgδ) определяется установкой переключателя G, R-tgδ.
Подготовка к работе.
-
Подключите к прибору кабель питания. -
Заземлите прибор с помощью клеммы защитного заземления. -
Проверьте правильность установки и номиналы предохранителей. -
Установите тумблер "Сеть" в нижнее положение и включите в сеть
кабель питания прибора. -
К гнездам Zx (I, U, I1, U1) подсоедините соединительный кабель. -
Установите переключатель U поляр., I подмаг. в положение ВЫКЛ, переключатель, «пределы измерений» - в АВТ., переключатель
ЗНАК С, L в положение АВТ.
Порядок работы.
Подготовка к проведению измерений.
Включите тумблер «Сеть» и дайте прибору прогреться в течение 1 мин. Убедитесь в правильном функционировании прибора. Проверка производится в следующем порядке:
Установите переключатель "Вид измерений" в положение C,G и
G,R, а тумблер «ЗАПУСК» в положение следящий;
При разведенных концах соединительного кабеля на табло прибора должны появиться показания по обеим составляющим 00,00 pF или
00,01 pF и 000,0 nS;
Закоротите концы соединитльного кабеля с помощью медной или
латунной пластины шириной порядка 1 см длиной 2 см, на показания 99,99μF и 999,9 mS;
Переведите переключатель С, G - L, R в положение L, R;
При замкнутых концах соединительного кабеля на табло прибора должны быть показания 000,0μH или 000,1 μН и 0,000 Ω или 0,001
Ω, при разомкнутых - 999,9 Н и 9,999 MΩ
Проведение измерений
При необходимости проследить изменение параметров измеряемого объекта проводятся измерения в следующем режиме с автоматическим выбором пределов измерения.
Порядок проведения измерений следующий:
1. Присоедините измеряемый образец к прибору с помощью выводов
соединительного кабеля.
2. Установите переключатель «Запуск» в положение следящий.
3. Установите переключатель «Знак С, L» в положение (+).
4. Установите переключатель «Вид измерений» в положение С, G и
tgδ.
5. Установите переключатель «Пределы измерений» в положение
«Авт.»
6. Прочтите результаты измерения (ёмкость, pF и tgδ) на табло
прибора.
Задание
1. Измерить емкость и tgδ диэлектриков при различных температурах (значение температур, при которых ведется исследование, задаются преподавателем).
2. Рассчитать значение ε для исследуемых диэлектриков при соответсвующих температурах по формуле (7).
3. Построить графики зависимостей ε и tgδ от температуры.
4. Исходя из литературных данных о составе исследуемых диэлектриков (органические, неорганические) и структуре (нейтральные, полярные, ионные) и из полученных
экспериментально температурных зависимостей ε и tgδ исследуемых диэлектриков, а также учитывая абсолютные значения
ε и tgδ, сделать вывод о преобладающем виде поляризации
исследуемых материалов и объяснить температурные зависимости
ε и tgδ этих диэлектриков.
IV. Содержание отчета
Отчет должен содержать:
1. Эквивалентные схемы диэлектрика (последовательную и параллельную) с расчетами tgδ и рассеиваемой мощности Pa;
2. Расчетную формулу для ε;
3. Решение задач 4.1.11, 4.1.12 из задачника из задачника: Антипов Б.Л. и др. Материалы электронной техники. Задачи и вопросы, 1990.
4. Графики зависимостей ε и tgδ от температуры для разных видов поляризации.
5. Ответы на контрольные вопросы.
V. Контрольные вопросы
1. Физическая сущность процесса поляризации.
2. Основные виды поляризации.
3. Классификация диэлектриков по видам поляризации.
4. Что такое диэлектрическая проницаемость и каковы ее значения
для различных классов диэлектриков?
5. Виды диэлектрической проницаемости и их размерности.
6. Зависимость ε и tgδ от температуры для различных видов
поляризации.
7. Формула для расчета.
8. Отличие поляризации от электропроводности.
9. На каких принципах основано создание термостабильной конденсаторной керамики?
ЛИТЕРАТУРА
1. Богородицкий Н.П., Пасынков В.В., Тареев Б.М. Электротехнические материалы.
Л.: Энергоатомиздат, 1985. 304 с.
2. Горелик С. С., Дашевский М. Я. Материаловедение полупроводников и диэлектриков. Учебник для ВУЗов. – М – МИСИС, 2003.
3. Сорокин В. С., Антипов Б. Л., Лазарева Н. П. Материалы и элементы электронной техники. Проводники, полупроводники, диэлектрики: Учебник. — Т. 1. — 2_е изд., испр. — СПб.: Издательство «Лань», 2015.
4. Антипов Б.Л. и др. Материалы электронной техники. Задачи и вопросы, 1990.