Sb95856

Лабораторная работа 1

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ЭКВИВАЛЕНТНЫХ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО КОНДЕНСАТОРА ОТ РАЗМЕРОВ И ЧА-

СТОТЫ ТОКА

Цель работы

1.Ознакомление с методами экспериментального определения эквивалентныхпараметроврабочегоконденсатораспомощьюмостапеременноготока.

2.Исследование зависимости эквивалентных параметров рабочего конденсатора от зазора между пластиной конденсатора и нагреваемым телом.

Оборудование: Лабораторная установка состоит из моста переменного тока Р571, приставки с рабочими конденсаторами, имеющими раздвижные электроды, набор образцов из диэлектрика.

Общая часть

Конденсатор, частично заполненный диэлектриком (рис. 1.1), можно представить в виде эквивалентной двухконтурной схемы замещения рабочего конденсатора, показанной на рис. 1.2

Активное сопротивление растеканию высокочастотного тока по электродам конденсатора r1 пренебрежимо мало по сравнению с остальными со-

противлениями на схеме замещения. Реактивное сопротивление воздушного зазора xs ds / 0S2 , где d1 − высота воздушного зазора; S2 − площадь по-

верхности диэлектрика, обращенной к электродам (рис. 1.1); − круговая частота тока; 0 8,85 10 12 Ф/м − диэлектрическая проницаемость вакуума.

носительной комплексной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь.

3

краевая емкость рабочего конденсатора; С − емкость пустого конденсатора, в которой размещается нагреваемый материал; d1 − расстояние между электродами (рис. 1.1).

Для плоского конденсатора с квадратными электродами C 4 0a1k , где a1 − сторона квадрата.

Значение поправочного коэффициента k , учитывающего искажение электрического поля у краев конденсатора, приведены в табл. 1.1

Для плоского конденсатора с электродами в виде двух круглых дисков C 8 0Rk0 , где R − радиус электрода.

Значение поправочного коэффициента k0 даны в табл. 1.2.

тально определить эквивалентные параметры конденсатора с нагрузкой для различных величин воздушного зазора и частот тока и сравнить полученные результаты с расчетными.

Лабораторная установка для исследования зависимости эквивалентных параметров конденсатора от зазора и частоты тока. Измерения электриче-

ских параметров конденсаторов выполняются с помощью моста переменного тока Р571, принципиальная схема которого приведена на рис. 1.3.

4

Как видно из приведенной схемы, измерительное устройство содержит источник питания, индикатор нуля и собственно мост, состоящий из магазина сопротивлений и конденсаторов. В установке З571 источником питания служит генератор Ф 578 с диапазоном частот от 20 Гц до 10 кГц. Индикатором нуля является высокочувствительный электронный избирательный усилитель переменного тока Ф 550. Генератор, усилитель и собственно мост смонтированы на одной стойке.

Измерение заключается в подборе величин емкостей и сопротивлений плеч моста таким образом, чтобы напряжение на измеряемой диагонали было равным нулю. Подбор емкостей и сопротивлений производится верхним и нижним рядом переключений. Отсчет величины

измеряемой емкости Cэ производится по положе-

ниям верхнего ряда переключателей. Этот отсчет дает величину емкости в числах с запятой (светящийся сигнал), указывающий число целых знаков. Размерность отсчета дает указатель переключения пределов в окне среднего ряда справа.

меряемого комплексного сопротивления Qприв. Если частота измерений от-

личается от 1000 Гц, то действительное значение добротности

Q Qприв f /1000 . По полученным значениям Cэ и Q можно рассчитать эквивалентные сопротивления xэ 1/ Сэ; rэ xэ / Q .

Порядок выполнения работы

1.Рассчитать по формулам из общей части работы эквивалентные сопротивления конденсатора с квадратными или круглыми электродами для одного образца диэлектрика и трех значений воздушного зазора. Расчетная часто-

та 1000 Гц.

2.Включить измерительный мост в следующей последовательности:

а) включить шнур питания в сеть; б) ручку «Чувствительность» на блоке усилителя установить в положе-

ние «Минимум»; в) ручку регулировку яркости выходного осциллографа усилителя по-

вернуть против часовой стрелки до упора; г) включить тумблер «Сеть» на блоках генератора и усилителя;

5

д) ручку «Выход» на блоке генератораустановить в среднее положение; е) после прогрева ламп установить минимально необходимую яркость

свечения экрана осциллографа и ширину развертки луча.

3.Выполнить измерения параметров конденсатора с нагрузкой при тех же самых значениях воздушного зазора, что и по п. 1.

Частоты генератора 1000, 5000 и 10000 Гц. Для измерений необходимо:

а) подключить конденсатор к клеммам моста; б) переключателями частоты на блоках генератора и усилителя устано-

вить первую из заданных частот; в) с помощью переключателя в среднем ряду моста выбрать диапазон

измеряемых величин и переключателями верхнего и нижнего рядов установить расчетные значения Cэ и Qприв;

г) постепенно увеличивая чувствительность усилителя, поворотом переключателей верхнего и нижнего рядов моста добиться горизонтальной линии на экране выходного осциллографа. После уравновешивания моста повернуть ручку «Чувствительность» усилителя в положение «Минимум»;

д) полученные значения Cэ и Qприв записать в таблицу результатов

измерений; е) выполнить измерения при всех зазорах и указанных частотах тока.

4. После окончания измерений выключить мост.

Примечание. После каждого измерения ручку «Чувствительность» усилителя устанавливать в положение «Минимум».

Содержание отчета

1.Краткая характеристика работы и описание измерительной установки.

2.Эскиз конденсатора с нагрузкой и схема замещения.

3.Таблица результатов измерений, где должны быть приведены значения Cэ,

xэ, Qприв, Q , rэ для всех частот и зазоров между нагрузкой и верхним электродом конденсатора.

4.Таблица результатов расчета, где должны быть приведены значения xэ, rэ и L согласно пункту 1.

5.Кривые зависимости xэ и rэ от зазора при фиксированной частоте тока, построенные по результатам расчетов и измерений.

6.Выводы по работе.

6

Лабораторная работа 2 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА СУШКИ ДРЕВЕСИНЫ

ПРИ НАГРЕВЕ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ

Цель работы: Исследование кривой сушки и скорости сушки, электрических параметров рабочего конденсатора, напряжения и мощности на нем в процессе сушки древесины в электрическом поле высокой частоты.

Обрабатываемый материал: Древесина различных пород (дуб, бук, береза, сосна и др.) в виде брусков 25×25×100 мм, заранее увлажненных до значений относительной влажности порядка 40–60 %.

Оборудование: Высокочастотный генератор типа ЛГА-10 с выносной сушильной камерой, в которой установлены электроды; весы с разновесами; секундомер; киловольтметр; термокарандаш; неоновая лампа − индикатор ВЧ поля; волномер; разрядник.

Общая часть

Сушка − процесс удаления влаги из материала.

Степень увлажнения тела характеризуется относительным влагосодержанием W Gв / Gc , кг, где Gв − вес влаги; Gc − вес абсолютно сухого ма-

териала.

Влага, находящаяся в материале, делится на свободную и гигроскопическую: W Wсв Wг , кг, где W − полная влага; Wсв − свободная влага; Wг −

гигроскопическая влага.

Гигроскопически связанная влага отличается от свободной влаги тем, что при удалении ее дополнительно расходуется энергия на разрыв гигроскопических связей между влагой и материалом.

Эти связи могут быть адсорбционными, капиллярными, структурными и связями смачивания.

Процесс сушки зависит от структуры материала и характера связи влаги в нем. Древесина относится к коллоидным капиллярно пористым телам, для нее характерно наличие всех перечисленных видов связи гигроскопической влаги.

Перемещение влаги внутри материала и удаление ее с поверхности происходит под влиянием градиента влажности (от мест с большей влажностью к местам с меньшей влажностью), градиента температуры (от мест с высокой температурой к местам с более низкой температурой), под действием градиента электрического поля и градиента концентрации солей и кислот.

При сушке в электрическом поле высокой частоты нагрев материала происходит внутренними источниками энергии. В связи с этим градиенты

7

температуры, влажности и давления действуют из внутренних частей к поверхности тела, т. е. в направлении, благоприятном для удаления влаги.

Высокочастотный нагрев позволяет значительно ускорить процесс суш-

ки.

Удаление влаги при высокочастотном нагреве может происходить или в жидкой, или в паровой, или в смешанной фазе. При температурах и давлениях ниже критических, когда не происходит интенсивного превращения влаги в пар, удаление ее происходит в жидкой фазе. При достаточно высокой температуре влага превращается в пар и в виде пара перемещается к поверхности тела, откуда удаляется воздухом.

Основными характеристиками древесины при высокочастотном нагреве, как для любого другого диэлектрика, являются диэлектрическая проницаемость и тангенс угла потерь tg . Древесина представляет собой неодно-

8

Порядок выполнения работы

1.Ознакомиться с электрической схемой лампового генератора ЛГД-10, правилами эксплуатации и техники безопасности.

2.Подготовить к работе ламповый генератор:

а) открыть кран, подающий воду в установку; б) подать питание на генератор от щитка;

в) включить первую ступень накала генераторной лампы и тиратронов; г) через 30 с включить вторую ступень накала. Прогреть генератор в те-

чение 20 мин. До включения высокого напряжения.

3.Взвешиванием определить начальный вес загрузки G1.

4.Замерить бруски древесины.

Результаты занести в табл. 2.1.

после сушки

1

2

3

4

5.На внутренние и наружные поверхности образцов древесины нанести полосы термокарандашами в интервале температур 60 ÷ 100 °С.

6.Разместить бруски древесины между электродами рабочего конденсатора.

7.Установить зазор между электродами и загрузкой.

Сушка производится дважды при двух различных зазорах: 5 и 10 мм с каждой стороны. Режим сушки с меньшим зазором соответствует режиму нагрева с более высокой напряженностью электрического поля в материале, большей скоростью сушки.

8.Получение данных для построения кривых сушки и скорости сушки.

а) нажатием кнопки «Пуск, нагрев» на лицевой панели генератора включить высокое напряжение одновременно начинается нагрев древесины.

9

б) через равные промежутки времени (2−4 мин) нагрев выключается нажатием на кнопку «Стоп» на лицевой панели генератора.

После отключения нагрева выдвинуть нижнюю пластину встроенного рабочего конденсатора (разомкнуть электомеханическую блокировку). Убедиться в отсутствии напряжения на рабочем конденсаторе с помощью неоновой лампы.

Снять остаточный заряд с пластины рабочего конденсатора, используя разрядник.

Только после этого можно прикасаться к электродам рабочего конденсатора.

в) вынуть бруски древесины и взвесить их.

г) заново уложить образцы древесины между электродами и продолжить процесс сушки.

В результате получается ряд весов загрузки, соответствующих разным значениям относительной влажности древесины.

Сушка производится до тех пор, пока дальнейшее уменьшение веса в результате нагрева прекращается.

Полученные данные занести в табл. 2.2

д) При извлечении загрузки для взвешивания из электродов рабочего конденсатора необходимо удалять с них конденсаторную влагу тряпкой или фильтрованной бумагой.

9.В процессе сушки периодически (непосредственно перед отключением нагрева) записывать:

а) напряжение на рабочем конденсаторе Uрк по показаниям киловольт-

метра;

б) анодный Ia и сеточный ток Ig по показаниям приборов лампового ге-

нератора;

в) рабочую частоту генератора f по показаниям волномера. Результаты измерений занести в табл. 2.3

10