Метод непосредственного отклонения

Устройство испытательной установки показано на рис.

Образец изоляционного материала или изделия включается в цепь последовательно с сопротивлением R₀, имеющим точно известное сопротивление, например 1 МОм, и зеркальным гальванометром Г. Питание схемы осуществляется от стабилизированного источника постоянного напряжения, регулируемого в пределах от 0 до 2000 – 5000 В. Контроль напряжения осуществляется с помощью вольтметра.

К₀ – высоковольтный переключатель, с помощью которого можно изменять полярность прикладываемого напряжения, что необходимо при испытании неоднородных материалов (исключается влияние напряжения объемно-зарядной, или высоковольтной поляризации).

R₀ – сопротивление, которое имеет двойную функцию:

1. служит для определения динамической постоянной гальванометра С_д по току и ток гальванометра определяется I = αnC_д, где α – угол отклонения луча гальванометра, выраженный в [мм] шкалы. n = 1, 5, 10, 20, 50, 100, ...10000.

2. служит для защиты гальванометра от перегрузки при случайном коротком замыкании. В этом случае ограничивается ток короткого замыкания при пробое образца и случайных замыканиях электродов.

Вольтметр должен иметь высокий уровень изоляции и малое собственное потребление энергии. Этим требованиям удовлетворяют вольтметры электростатической системы и ламповые.

К₁ – переключатель для разрядки образца, поскольку образец – это емкость.

В, И, З – высоковольтная, измерительная и «земляная» клеммы для подключения образцов.

К₂ – ключ для отключения гальванометра от схемы.

R_ш – универсальный шунт, который отводит большую часть тока от гальванометра. Шунтовое число показывает, какая часть общего тока, прошедшего через образец, проходит через гальванометр. С помощью рукоятки R_ш изменяют до тех пор, пока не произойдет отклонение луча на шкале гальванометра. Однако, если и при самом большом значении = 1 луч гальванометра не отклоняется, то этот способ нечувствителен, и такой ток проводимости (очень маленький) измерить нельзя.

Следует помнить, что эти измерения являются высоковольтными. Поэтому правая часть схемы монтируется на металлическом листе, который заземляется. Провода, идущие от измерительного электрода к гальванометру, должны быть экранированы, а экран заземлен. Все переключатели монтируются на панелях из материала, имеющего достаточно высокое значение удельного сопротивления, чтобы предотвратить возможные утечки. Вся высоковольтная часть установки собирается в камере, которая имеет блокировочные (вспомогательные) контакты, отключающие питание при замене образца и разряжающие конденсатор фильтра выпрямителя (измерения проводятся на постоянном напряжении).

Определение динамической постоянной гальванометра

Динамическую постоянную гальванометра, даже если она указана в паспорте на прибор, определяют экспериментально после установки гальванометра для эксплуатации.

Высоковольтный и измерительный электроды замыкаются накоротко, а охранный электрод отключают от зажима «земля». При этих условиях ток в цепи определяется сопротивлением R₀, величина которого, как сказано выше, известна - 1 МОм.

Существует несколько способов определения динамической постоянной гальванометра.

I способ. В качестве эталонного источника постоянного напряжения берется нормальный элемент, ЭДС на зажимах которого принимается

, В.

Измерения тока начинаются при положении шунта на делении 1/10000, затем переходят постепенно на остальные деления, добиваясь отклонения луча по шкале не более 100 мм.

Ток в цепи установки будет равен

(1)

Вспомним, что

I = αnC_д (2)

Тогда, подставив (2) в (1) получаем динамическую постоянную гальванометра – ток гальванометра, отнесенный к одному делению шкалы:

, [А/мм]. (3)

Динамическую постоянную гальванометра определяют при двух полярностях напряжения, а затем находят среднее значение.

II способ. Берется прецизионный вольтметр, например магнитоэлектрической системы, который позволяет измерить напряжение U = 100 В. Измерения С_Д проводятся тем же порядком. Вольтметр должен иметь заземленный экран, защищающий прибор от внешних электромагнитных полей.

III способ. Если нет эталонного сопротивления, нет нормального элемента, то можно воспользоваться следующим способом (см. рисунок).

Для измерений берется r₁ <<(r_Г + r_Д). Обычно у гальванометров r_Г = 500 – 1000 Ом, r_Д = 100 000 Ом. R = 100000 Ом. Тогда r₁ ≈ 0,5 Ом. Рассмотрим контур 1 – 2 – 3 – 4, считая, что R_ш = ∞.

Сопротивление контура

(1)

Отсюда

(2)

В (2) можно пренебречь r₁ в знаменателе, как очень малым слагаемым. Тогда (r_Г + r_Д) – сокращаются и

R_1-4 ≈ r₁ . (3)

Напряжение между точками 1 и 4

(4)

Отсюда

. (5)

Тогда динамическая постоянная будет равна

. (6)