Измерение диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь твердых электроизоляционных материалов на высоких частотах

Лабораторная работа №3

3.1. Цель работы

Целью работы является изучение стандартных методов определения диэ­лектрической проницаемости ε и тангенса угла диэлектрических потерь tgδ электроизоляционных материалов на высоких частотах, изучение и анализ характера влияния на диэлектрические характеристики различных матери­алов частоты электрического поля.

3.2. Указания к самостоятельной работе

При теоретической подготовке материала к лабораторной работе №3 следует изучить:

1. Физические основы и характерные черты различных видов поляриза­ции диэлектриков на низких и высоких частотах.

2. Виды и физические основы диэлектрических потерь.

3. Физические основы влияния частоты электрического поля и тем­пературы окружающей среды на величины и характер изменения е и tgδ.

4. Стандартную методику определения ε и tgδ твердых электроизоляцион­ных материалов на высоких частотах (свыше 10 кГц) резонансным методом.

5. Порядок работы на приборе Е4-11 и Е7-22.

6. Стандартный расчет результатов испытаний и порядок оформления протокола испытаний.

Теоретический материал к лабораторной работе №3 широко представ­лен в «Указании к самостоятельной работе» к предыдущей лабораторной работе, в «Инструкции по эксплуатации приборов Е4-11 и Е7-22» и в лекциях по кур­су «Материаловедение. Технология конструкционных материалов».

3.3. Программа работы

1. При температуре 20±5°С на частоте 1 мГц определить ε и tgδ образ­цов твердых диэлектриков, выбранных по указанию преподавателя.

2. Рассчитать погрешность измерения ε и tgδ на частоте 1 мГц.

3. Определить зависимость ε и tgδ от частоты электрического поля в диапазоне частот от 50 кГц до 10 мГц (10-12 точек по указанию преподава­теля) для предложенных образцов диэлектриков.

4. Полученные зависимости представить в виде графиков ε =f (lg f),

tgδ = f( lg f), где f - частота электрического поля.

5. Сделать письменно выводы по проведенной работе.

3.4. Описание лабораторной установки

Для определения е и tgδ диэлектриков на высоких частотах использует­ся резонансный метод измерения емкости и добротности конденсаторов с помощью измерителя добротности (Q - метра). Измерение основано на дву­кратной настройке в резонанс последовательного колебательного контура, содержащего образцовую катушку индуктивности L и конденсатор перемен­ной емкости С (рис.3.1).

Рис.3.1. Принципиальная схема измерительного колебательного контура куметра.

Сначала, не подключая испытуемый конденсатор, изменением емкости С контур настраивают в резонанс, где комплексное сопротивление контура минимально, а реактивные составляющие общего сопротивления равны:

(3.1)

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

Далее испытуемый конденсатор, который может быть представлен в виде параллельной схемы замещения С_х и R_x, включается параллельно емкости С (рис.3.2). При неизменных частотах ω и индуктивности L настройка контура в резонанс производится уменьшением переменной емкости С от величины С1. до С2 так, чтобы С₁ = С₂ + С_х .

Значение добротности Q₂, соответствующее резонансу в контуре с под­ключенным испытуемым конденсатором, меньше Q, за счет диэлектрических потерь в конденсаторе.

Тангенс угла диэлектрических потерь конденсатора tgδ рассчитывается по формуле

(3.3)

где С₁ и Q₁ - соответственно значения емкости С и добротность контура в резонансе без образца; С₂и Q₂ - то же с образцом.

Рис.3.2. Принципиальная схема измерительного колебательного контура куметра с подключенным испытуемым конденсатором