3774

6.Вращением ручки регулировки трансформатора 12 (против часовой стрелки до упора) снижают до минимума ток в цепи и отключают установку тумблером 13.

7.Рассчитывают значения удельного сопротивления нагретых проводников и температурные коэффициенты удельного сопротивления. Значения последних сравниваются со справочными данными [4]. Если значения, полученные экспериментально, отличаются от справочных более чем на 10 %, их анализируют, выявляют ошибки при проведении измерений и этап 2 повторяется после охлаждения проволок до комнатной температуры.

На третьем этапе, после обработки результатов, используя данные измерения и необходимые справочные данные [4], рассчитывают значения токов, которые разогреют каждый из проводов до температуры плавления за 1 с. Расчет проводится по выражению, учитывающему зависимость удельного сопротивления материала от температуры:

В этом выражении I – ток; S – сечение проводника; с и d – соответственно теплоемкость и плотность материала провода; TK t и t – температурный коэффициент и удельное сопротивление, определенные при температуре t; tк и t0 – конечная и начальная температуры проводника.

Указанный расчет рекомендуется выполнить индивидуально каждому члену бригады (для разных проводников).

Отчет выполняется один на подгруппу и защищается индивидуально каждым членом бригады.

Контрольные вопросы

1.Что такое удельное электрическое сопротивление, как его вычислить по сопротивлению образца?

2.Что такое температурный коэффициент удельного электрического сопротивления, что нужно знать для его вычисления?

3.Какое значение имеет удельное электрическое сопротивление меди при комнатной температуре ?

4.Какое значение имеет удельное электрическое сопротивление алюминия при комнатной температуре ?

21

5.Какое значение имеет удельное электрическое сопротивление стали при комнатной температуре ?

6.В каких единицах измеряется температурный коэффициент ?

7.Почему при одинаковом токе падение напряжения на алюминиевой проволоке меньше, чем на медной?

8.В какую сторону изменяется удельное электрическое сопротивление металлического проводника при его нагревании и почему?

9.Почему при протекании определенного тока температура вначале поднимается, а потом удерживается примерно на одном уровне?

10.В каких единицах измеряются удельное электрическое сопротивление и удельная электрическая проводимость ?

11.Какой знак имеет температурный коэффициент длины провод-

ников?

12.Каковы, по данным ваших расчетов, предельные плотности тока для проводов из меди, стали, алюминия?

13.Что такое сталь?

22

ИЗМЕРЕНИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ И ТАНГЕНСА УГЛА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ РАЗЛИЧНЫХ ДИЭЛЕКТРИКОВ

Цель работы. Ознакомиться визуально с образцами следующих диэлектрических материалов:

резина с высоким содержанием сажи; стеклотекстолит; лакоткань (толщина 0,125 мм);

полиметилметакрилат (оргстекло); гетинакс; текстолит;

поливинилхлорид (ПВХ, винипласт); поливинилхлорид в виде изоляционной ленты (ПВХ-лента); эпоксидный компаунд; политетрафторэтилен (фторопласт); кремнийорганическая резина.

Увыбранных образцов измерить диэлектрическую проницаемость

итангенс угла диэлектрических потерь. Ознакомиться с построением векторных диаграмм для схем замещения диэлектрика.

Методы измерения

Диэлектрическую проницаемость испытываемого материала вычисляют, измерив предварительно емкость образца в эквивалентной последовательной схеме или в эквивалентной параллельной схеме. Тангенс угла диэлектрических потерь tg можно определить прямыми измерениями или по результатам косвенных измерений, используя формулы пересчета.

Методы определения tgи на частоте 50 Гц стандартизированы

(ГОСТ 6433.4–71 и ГОСТ 6581–75).

В лабораторной работе для указанных измерений используется измеритель иммитанса3 LCR-819. Измеритель иммитанса предназначен для автоматического измерения емкости, индуктивности и сопротивления с базовой погрешностью 0,05 % по параллельной и последовательной эквивалентным схемам.

3 Иммитанс – общее название сопротивлений и проводимостей.

23

Описание лабораторной установки

Цифровой измеритель иммитанса LCR-819 представлен на рис. 3.4. Назначения кнопок, используемых при измерении:

1 – питание прибора;

2 – выбор измеряемых величин (при индикации режима MODE); 3 – выбор схемы измерения (при индикации режима CIRCUIT); 5 – цифры для набора частоты; 6 – ввод набранной частоты.

Рис. 3.4. Передняя панель цифрового измерителя иммитанса

Включение прибора производится кнопкой 1.

Измеряемый параметр выбирается с помощью кнопки 2. При этом: режим «C/D» – измерение емкости С и тангенса угла диэлектрических потерь D (Dissipation Factor – англ.) – используется в данной ра-

боте; (режимы: «L/Q», «C/Q», «R/Q» в данной работе не используются). Выбор частоты измерения производится следующим образом: на-

жать кнопку 4, набрать необходимую частоту цифровыми кнопками 5 в килогерцах (кГц), (100 Гц набирать как 0,1 кГц) и нажать кнопку 6 – ввод.

Измерение производится автоматически. При смене диэлектрика питание прибора не отключается.

Методические указания

Студенты должны сопоставить приведенные выше названия материалов с представленными образцами и выбрать для измерений по три образца на каждого члена бригады. Для знакомства с составом и тех-

24

нологией изготовления материалов рекомендуется использовать справочники [2, 3].

Перед началом работы необходимо отыскать по справочнику ожидаемые значения диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь выбранных материалов. По справочному значению диэлектрической проницаемости рассчитать значения ожидаемой емкости. Толщина образца и диаметр верхнего электрода (для определения площади) измеряются при помощи штангенциркуля (приложение 5).

Для измерений образец изучаемого материала помещают между

ют на трех частотах для каждого образца:100 Гц, 1 кГц и 100 кГц. Если при измерениях на какой-либо частоте не определяется D (tg δ), то в таблице измерений ставят прочерк.

По измеренным значениям емкости, толщине образца и площади электродов вычисляют диэлектрическую проницаемость материала.

В отчете по работе должны быть представлены:

все измеренные значения: С, tg , частота измерения, площадь пластин и толщина образцов;

рассчитанные значения диэлектрической проницаемости для каждого образца на каждой частоте;

справочные значения диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь с указанием частот, им соответствующих.

Измеренные значения сравниваются со справочными, все расхождения объясняются.

В отчете необходимо также привести последовательную и параллельную схемы замещения диэлектриков, соответствующие им соотношения и векторные диаграммы, используя материал лекций, настоящего пособия и справочников.

Отчет выполняется один на подгруппу и защищается индивидуально каждым членом подгруппы.

25

Контрольные вопросы

1.Что такое диэлектрическая проницаемость?

2.Что такое угол диэлектрических потерь?

3.Назовите наименования материалов, представленных в образцах к лабораторной работе.

4.Нарисуйте векторную диаграмму, соответствующую параллельной схеме замещения диэлектрика.

5.Нарисуйте векторную диаграмму, соответствующую последовательной схеме замещения диэлектрика.

6.Какой материал более прозрачен: полиметилметакрилат или поливинилхлорид?

7.Во сколько раз емкость воздушного конденсатора больше или меньше емкости такого же конденсатора, но с измеренным вами диэлектриком ?

8.Какие физические процессы, происходящие в диэлектрике, находящемся в электрическом поле, приводят к нагреванию диэлектрика (диэлектрическим потерям)?

9.От чего зависит мощность диэлектрических потерь?

10.В каких случаях и как неплотное прилегание электрода к образцу (воздушная прослойка) может заметно изменить результаты измерений?

11.В какую сторону изменяются измеренные значения при увеличении доли проводящих включений в образце (например, сажи в резине)?

12.Чем отличается текстолит от гетинакса?

13.Приведите химические названия оргстекла, винипласта, «синей» изоленты.

14.Назовите значения диэлектрической проницаемости известных вам твердых диэлектриков.

15.Назовите значения тангенса угла диэлектрических потерь известных вам твердых диэлектриков.

16.Какое значение емкости получится, если в измерительном конденсаторе установить двухслойный диэлектрик из измеренных образцов?

17.Как будет выглядеть векторная диаграмма, если ее построить по измеренным данным?

26

СНЯТИЕ ОСНОВНЫХ КРИВЫХ НАМАГНИЧИВАНИЯ

ИПЕТЕЛЬ ГИСТЕРЕЗИСА ФЕРРОМАГНИТНЫХ

ИФЕРРИМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Цель работы. Изучить магнитные свойства, исследовать с помощью осциллографа процессы намагничивания и и размагничивания, экспериментально получить основную кривую намагничивания магнитных материалов и построить зависимость магнитной проницаемости материала от напряженности магнитного поля.

Методы измерений

Основной характеристикой магнитного материала является петля гистерезиса. Существует два метода снятия петли гистерезиса магнетиков – статический и динамический. Статический метод позволяет исследовать кривые намагничивания с помощью баллистического гальванометра.

Динамический метод позволяет измерять магнитную индукцию в образцах. Магнитную индукцию удобно определять с помощью ЭДС, возникающей при изменении магнитного потока Φ в катушке, намотанной на образец. В соответствии с законом электромагнитной индукции значение ЭДС – Е пропорционально скорости изменения магнитного потока Ф:

Пусть катушка плотно охватывает образец и индукция В в образце однородна. В этом случае

где N2 – число витков в измерительной катушке, а S – площадь витка. Подставляя это значение Φ в формулу (1), после интегрирования

найдем

1

| B | E t . (3)

SN2

Таким образом, для определения B нужно проинтегрировать ЭДС, наведенную меняющимся магнитным полем в измерительной катушке, намотанной на магнитопровод из исследуемого магнитного материала.

27

Для интегрирования сигнала применяют разного рода интегрирующие схемы. Простейшая из них состоит из соединенных последовательно резистора R и конденсатора C (рис. 3.5). Схема выполняет свое назначение, если сопротивление R резистора заметно превышает емкостное сопротивление конденсатора (если выходной сигнал много меньше входного). При выполнении этого условия ток в цепи пропорционален входному напряжению, а напряжение на емкости C:

Этот вывод тем ближе к истине, чем меньше характерное время процесса (например, его период) по сравнению с постоянной времени

η = RC.

Обозначив параметры интегрирующей ячейки через R и C, выразим индукцию B с помощью формул (3) и (4) через

Описание лабораторной установки

Применяемая в работе схема приведена на рис. 3.5.

Подлежащий исследованию сердечник из магнитного материала снабжается намагничивающей и измерительной обмотками. Необходимое значение намагничивающего тока устанавливается регулятором.

Рис. 3.5. Схема лабораторной установки:

r – шунт для измерения тока (напряженности магнитного поля); R, C – сопротивление и емкость интегрирующей цепочки; X, Y – входы осциллографа,

соответствующие осям координат

28

Напряжение с шунта r, установленного в цепи тока намагничивания, подается на пластины горизонтального отклонения электронного осциллографа; отклонение луча по горизонтали в каждый данный момент будет пропорционально намагничивающему току и соответственно напряженности поля Н. Благодаря интегрирующей цепочке RC мгновенное значение падения напряжения на конденсаторе С пропорционально мгновенному значению индукции в образце. Это напряжение подается на пластины вертикального отклонения осциллографа, и на экране получается изображение кривой гистерезисного цикла.

В работе исследуются магнитопроводы двух трансформаторов. Трансформатор Т1 имеет магнитопровод из листов горячекатаной электротехнической стали. Трансформатор Т2 имеет кольцевой магнитопровод из феррита. В табл. 1 приведены параметры магнитопроводов и катушек этих трансформаторов.

Т а б л и ц а 1

Параметры трансформаторов с исследуемыми магнитопроводами

На панели установки размещены (рис. 3.6): исследуемые образцы 6, осциллограф 1, регулятор тока в первичной обмотке трансформатора 2, переключатель объектов измерения 3, тумблеры «Питание генератора» 4 и «Сеть» 5.

29

Рис. 3.6. Панель установки для исследования магнитных материалов

Методические указания

В начале измерений необходимо убедиться в нулевом положении регулятора тока 2. Затем включается питание установки тумблером «Сеть» 5 и питание осциллографа кнопкой, расположенной на панели осциллографа 1. В исходном положении экран включенного осциллографа показан на рис. 3.7.

Рис. 3.7. Исходное положение экрана осциллографа

30