Файл: Лабник.pdf

2.С помощью кнопок «УСТАНОВКА–»или «УСТАНОВКА+» задайте требуемую температуру нагрева термостата на цифровом индикаторе.

3.Контролируйте нагрев термостата до заданной температуры по состоянию светодиодных индикаторов: «БОЛЬШЕ»; «НОРМА»; «МЕНЬШЕ».

При зажигании светодиода «НОРМА» (дублируется звуковым сигналом) необходимо сделать выдержку 2…3 мин для обеспечения установившегося температурного режима внутри рабочей камеры термостата. После наступления установившегося температурного режима проведите измерения емкости и тангенса угла диэлектрических потерь.

4.При необходимости измерения можно проводить и в режиме уменьшения нагрева от установленной максимальной температуры.

5.По измеренным значениям емкости и с учетом геометрических размеров испытуемого образца вычисляются значения диэлектрической проницаемости.

Внимание! После окончания измерений установите минимальную температуру кнопкой «УСТАНОВКА–» термостата, не допускайте длительной работы термостата при температурах свыше 100 ºС.

6.После двух часов непрерывной работы выключите термостат на

время не менее 30 мин.

Обработка результатов измерений

Диэлектрическая проницаемость ε диэлектрика с круглыми электродами (рис. 1, а) вычисляется по формуле

ε = Ch/(ε0S),

где C — емкость образца в Ф; h — толщина образца, м; S — площадь круглого электрода; ε0 = 8,85·10–12 Ф/м — электрическая постоянная.

Образец имеет следующие размеры: толщина — 2,5 мм; диаметр — 150 мм.

Контрольные вопросы

1.Какие виды поляризаций могут наблюдаться в твердых диэлектриках, что такое диэлектрическая проницаемость?

2.Какие поляризации сопровождаются диэлектрическими потерями?

3.Какие механизмы обусловливают диэлектрические потери, что такое мощность диэлектрических потерь и тангенс угла диэлектрических потерь?

21

4.Как зависят ε и tgδ от температуры, напряженности и частоты электрического поля?

5.Как рассчитать величину ε диэлектрического материала по измеренной емкости конденсатора?

6.Что представляют собой гетинакс, стеклотекстолит, стекло, керамика?

Список литературы

1.Колесов С.Н., Колесов И.С. Материаловедение и технология конструкционных материалов. — М.: Высш. шк., 2007. — 535 с. (гл. 2, гл. 3, гл. 7).

2.Богородицкий Н.П., Пасынков В.В., Тареев Б.М. Электротехнические материалы. — Л.: Энергоатомиздат, 1985. — 304 с. (гл. 3; § 6.14, 6.16, 6.17).

3.Казарновский Д.М., Тареев Б.М. Испытания электроизоляционных материалов и изделий. — Л.: Энергия, 1980. — 213 с. (Введение, гл. 3).

4.Бородулин В.Н. Диэлектрики. — М.: Издательство МЭИ, 1993. — 60 с. (гл. 3).

22

Лабораторная работа № 3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ И ТАНГЕНСА УГЛА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ ТВЕРДЫХ ДИЭЛЕКТРИКОВ (ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ) НА ВЫСОКИХ ЧАСТОТАХ

Цель работы — определение диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь tg различных электроизоляционных материалов в зависимости от изменения частоты электрического поля, а также ознакомление с одним из стандартных методов определения этих диэлектрических характеристик.

Домашнее задание

Изучите:

1)физические основы и характерные черты различных видов поляризации диэлектриков на высоких частотах;

2)виды и физическую природу диэлектрических потерь;

3)влияние частоты электрического поля и температуры окружаю-

щей среды на величины и tg .

4)методику определения и tg твердых электроизоляционных материалов на высоких частотах (выше 10 кГц) резонансным методом;

5)порядок проведения работы;

6)порядок проведения обработки результатов испытаний и оформления протокола по работе.

Описание лабораторной установки

В работе для определения и tg диэлектриков на высоких частотах используется резонансный метод измерения емкости и добротности конденсаторов с помощью измерителя добротности (куметра).

Измерение основано на двукратной настройке в резонанс последовательного колебательного контура, содержащего образцовую индуктивную катушку L и конденсатор переменной емкости С (рис. 1, а).

Сначала, не подключая испытуемый конденсатор, изменением емкости С контур настраивают в резонанс, когда комплексное сопро-

23

Рис. 1. Принципиальная схема измерительного колебательного контура куметра без подключенного образца (а) и с подключенным образцом (б)

тивление контура минимально, а реактивные составляющие общего сопротивления контура равны, то есть

L 1 C .

Резонанс фиксируют по максимальному показанию Q1 проградуированного в единицах добротности вольтметра Q.

Далее испытуемый конденсатор, который может быть представлен в виде параллельной схемы замещения (С и R), включают параллельно емкости С (рис. 1, б). При неизменных частоте и индуктивности L контур вновь настраивают в резонанс. Теперь настройку контура производят изменением (уменьшением) переменной емкости С от значения С1 до С2 так, чтобы

С1 = C2 + Сх.

Значение добротности Q2, соответствующее резонансу в контуре с подключенным испытуемым конденсатором, меньше Q1 из-за диэлек-

трических потерь в конденсаторе Сх.

Тангенс угла диэлектрических потерь испытуемого конденсатора tg рассчитывают по формуле

где C1 и Q1 — соответственно значения емкости С и добротности контура Q в резонансе без образца; С2 и Q2 — то же с образцом.

24

Рабочее задание

1. При температуре (20±5) °С на частоте 1 МГц определите и tg образцов твердых диэлектриков, выбранных по указанию преподавателя.

2.Рассчитайте погрешность определения и tg .

3.Снимите зависимости и tg от частоты в диапазоне от 50 кГц до 10 МГц (10—12 точек, по указанию преподавателя) для предложенных образцов диэлектриков.

5.Сделайте письменные выводы по проведенной работе.

6.Оформите протокол проделанной работы.

Порядок проведения работы

Исследования образцов проводятся с помощью измерителя добротности Е4-7, предназначенного для эксплуатации в интервале частот от 50 до 35 МГц.

Перед началом работы следует ознакомиться с прибором, комплектом образцовых индуктивных катушек, предлагаемыми образцами твердых электроизоляционных материалов, типовым рабочим заданием и указаниями преподавателя. Начинать работу можно только по разрешениию преподавателя в следующем порядке.

1.Для подготовки прибора к работе тумблер питания переводится

вположение “СЕТЬ”, при этом должна загореться сигнальная лампочка. Прибор будет готов к работе после 30-минутного прогрева.

2.Подготовьте образцы диэлектриков для испытаний. В случае необходимости проведите измерение геометрических размеров образцов и электродов.

3.После прогрева производится калибровка прибора, для чего, установив переключатель “Частота kHz/MHz” на требуемый поддиапазон, ручкой “Частота kHz/MHz” поставьте стрелку на нужную частоту. Переключатель “ Q – Q” поставьте в положение “Q”, а тумблер

“Измерение-калибровка Q ” — в положение “Калибровка Q ”. Ручкой “Калибровка Q ” стрелка измерительного прибора устанав-

ливается точно на риску под знаком “ ”. После этого тумблер “Из- мерение-калибровка Q ” ставится в положение “Измерение”. При-

бор готов к измерениям.

25

4.Из комплекта индуктивных катушек подберите такую, которая может резонировать на частоте измерения (диапазон частот указан на катушке), и подключите ее к клеммам “L”.

5.Настройте измерительный контур в резонанс. Для этого нажатием кнопки “ ” изменяйте емкость конденсатора переменной ем-

кости, добиваясь максимального значения Q. В случае необходимости нужно перейти на другой диапазон Q. Точная настройка контура в резонанс проводится нониусным конденсатором. Проведите калибровку в соответствии с п. 3 Порядка проведения работы, зафиксируйте (запишите) полученные значения С1 и Q1 .

6. К клеммам Сх подключите исследуемый конденсатор. Контур вновь настройте в резонанс, произведите калибровку и зафиксируйте

значения С2 и Q2.

Внимание! При работе на шкалах Q “300” и “1000” необходимо предварительно включить переключатель “ Q – Q” в положение “ Q >” и ручкой

“Нуль Q” установить стрелку указателя Q на отметку “0”.

7. После выполнения всего объема испытаний для завершения работы необходимо выполнить следующие операции.

7.1.Снять образцовую индуктивную катушку и уложить ее в контейнер.

7.2.Отключить образцы от прибора.

7.3.Получить разрешение преподавателя на окончание работы.

7.4.Выключить питание прибора тумблером “СЕТЬ”.

Обработка результатов измерений

1. В случае использования плоских образцов диэлектрическая проницаемость может быть вычислена по формуле

14,4Cx h ,

D2

где h — толщина образца, см; D — диаметр измерительного электрода, см; Сх — емкость образца, пФ.

2. Расчет погрешностей измерения и tg ведется по формулам

26