8.2.3. Установка для вимірювання ємності та діелектричних втрат на змінному струмі

Класичний метод вимірювання ємності та діелектричних втрат базується на застосуванні різних модифікацій відомої схеми містка Уітстона. Для досліджень діелектричних характеристик ε і tg найчастіше використовують високочастотний міст Шеринга І, принципова схема якого разом з іншими приладами функціональної схеми приведена на рис. 8.15.

Установка зібрана з використанням приладу типу ТР - 9701 (міст Шеринга) - 1, комірки-конденсатора 2 для досліджуваного матеріалу з мікрометричним індикатором для вимірювання товщини зразка d. Конденсатор-комірка 2 і конденсатор для вимірювання та збалансування містка Сn екранується. Діапазон вимірювання ємності знаходиться в межах 10 пФ... 1 мкФ, діапазон вимірювання втрат (1...1000)10^-4, а на частоті 50 Гц границя втрат дорівнює 2500·10^-4, діапазон робочих частот складає 50 Гц...З00 кГц, величина f задається, наприклад, в області звукових частот генератором типу ГЗ - 34 -(4). В якості "О"- індикатора використано осцилограф 5.

Рис. 8.15. Функціональна схема установки для вимірювань і tg

Для проведення досліджень температурної залежності і tg досліджуваного зразка комірку-конденсатор потрібно помістити в термостатуючу шафу і контроль температури здійснити за допомогою термопари, наприклад, хромель-копелевої або хромель-алюмелевої та потенціометра ПП - 63. Шкідливий вплив крайового поля на ємності робочої вимірної ділянки комірки-конденсатора ліквідується введенням захисного кільця. Передумовою точних результатів є паралельність пластин-електродів, постійне за величиною зусилля прижиму їх до зразка і надійне термостатування його.

Збалансування містка Шеринга установки для діелектрометрії і визначення досліджуваних параметрів здійснюється за допомогою змінних конденсаторів C і С₂ та опорів R і R в такий спосіб, щоб на екрані осцилографа ("О"- індикатора) еліпс перетворився на зображення прямої лінії. Тоді справедливі слідуючи співвідношення:

R = С₂ R / C (8.31)

C = R C / R (8.32)

tg =ω R C = ω R C (8.33)

8.3. Питання самоконтролю

1. Що являють собою питомий опір та електропровідність матеріалів та від чого вони залежать?

2. Суть методу електропровідності та області його застосування.

3. Пояснити схему вимірювання опору матеріалів за допомогою вольтамперного способу та за допомогою містка Уітстона і Кольрауша.

4. Принципова схема та конструкція основних вузлів установки для вимірювання електропровідності матеріалів контактним методом.

5. Електролітичні комірки для проведення фізико-хімічного аналізу методом кондуктометрії.

6. Теоретичні основи методу обертаючого магнітного поля (А.Р. Регеля) для вимірювання електропровідності матеріалів.

7. Принципова схема та конструкція основних вузлів установки для вимірювання електропровідності матеріалів безелектродним методом.

8. Дати визначення відносної діелектричної проникності середовища та діелектричним втратам і від чого вони залежать.

9. Суть методу діелектрометрії та області його застосування.

10. Записати вираз для електроємності плоского конденсатора з діелектриком між пластинами і у вакуумі та що з цього слідує.

11. Накреслити діаграму зсуву фаз між напругою та струмом у випадку ідеального та реального конденсатора. Пояснити, що таке тангенс кута втрат.

12. Записати та пояснити вираз для енергії, яка виділяється в конденсаторі за одиницю часу, зв'язок між відносною діелектричною проникністю середовища і питомою електропровідністю, значення тангенса кута втрат для випадків послідовного та паралельного опору по відношенню до конденсатора - моделі зразка з діелектричними втратами.

13. В чому полягає обмеженість та доцільність використання методу діелектрометрії?

14. Пояснити принципову схему містка Шеринга.

15. Пояснити функціональну схему установки для дослідження діелектричних властивостей матеріалів.