Исследование удельного объемного и поверхностного сопротивления тве

лах от 1:10000 до 1:1. Шунтовое число показывает, какая доля протекающего через образец тока ответвляется в гальванометр. Ток через гальванометр

Iг = α Cg ,

где α – отклонение «зайчика» гальванометра, мм, шкалы; Cg – динамическаяпостояннаягальванометра(цена 1 деления шкалы), А/мм.

Cg = 2,7 10−9.

Ток в образце будет в n раз больше:

Iv = α Cg n .

Этот ток является объемным током утечки, так как поверхностный ток утечки с электрода С не попадает на электрод А – он собирается кольцевым электродом В, выполняющим роль охранного кольца (электрода), и отводится на землю, минуя гальванометр. Охранный электрод, имея практически тот же потенциал, что и измерительный электрод А, способствует устранению краевого эффекта у этого электрода и тем самым созданию практически однородного электрического поля в образце между электродами А и С.

Рис. 6. Схема измерения удельного объемного сопротивления образца диэлектрика

Зная приложенное к образцу напряжение U, В, можно определить объемное сопротивление образца:

12

Rv = U = ρv h ,

Iv S

где ρv – удельное объемное сопротивление, Ом·м; h – толщина образца, м; S – площадь электрода A, м2.

чательную формулу для определения величины объемного удельного сопротивления испытуемого образца, Ом·м

Схему измерения поверхностного сопротивления плоского образца (рис. 7) от предыдущей схемы отличает способ включения образца. Если электрод А опять является измерительным, т.е. остается соединенным с гальванометром, то другие электроды поменялись ролями: кольцевой электрод В стал высоковольтным, а электрод С – охранным. При этом гальванометр измеряет поверхност-

ный ток Is в кольцевом зазоре между электродами А и В, а объемный ток утечки Iv , который мог бы также проходить oт электрода

B к электроду А , отводится электродом С на землю и минует гальванометр. Зная напряжение U (в вольтах), приложенное к образцу, и поверхностный ток утечки можно определить поверхностное сопротивление образца:

Зная поверхностное сопротивление Rs , можно рассчитать ρs , Ом, по формуле:

13

C

Г

Ш

-З

Рис. 7. Принципиальная схема измерения удельного поверхностного сопротивления диэлектриков

Схема для измерения удельных сопротивлений диэлектриков содержит защитный резистор R, предназначенный для ограничения тока в цепи при пробое образца во избежание повреждения гальванометра.

Постоянное напряжение в схему (рис. 6, 7) подается от источника высокого напряжения фирмы Keithley (рис. 8). Максимальное напряжение источника – 5 кВ.

Рис. 8. Внешний вид источника постоянного напряжения: 1 – шкала индикации напряжения на образце;

2 – шкала задаваемого напряжения; 3 – шкала тока; 4 – тумблер подачи высокого напряжения на образец; 5 – клавиша «Enter»; 6 – цифровые клавиши;

7 – тумблер включения/выключения прибора (ON/OFF)

14

Образец материала помещается между тремя электродами в испытательной камере, куда подведены клеммы высокого напряжения от источника «ВН», гальванометра «Г» и заземление «3». Для охраны работающего от воздействия высокого напряжения камера снабжена автоматическим блокировочным устройством.

3.ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.Собрать схему для измерения удельного объемного или поверхностного сопротивления (см. рис. 6, 7), показать собранную схему преподавателю и после подтверждения правильности собранной схемы закрыть испытательную камеру.

2.Для защиты гальванометра от перегрузок поставить рукоятку шунта в положение, соответствующее наименьшему току в гальванометре (∞).

Важно! Во избежание перегрузки гальванометра все действия по подаче либо подъему напряжения на образце проводить в положении шунта (∞)!

3.В присутствии преподавателя включить гальванометр и источник высокого напряжения в сеть.

4.Установить необходимую величину испытательного напряжения подаваемого на образец (задается преподавателем), для чего на источнике высокого напряжения (см. рис 8):

– тумблер включения прибора 7 поставить в положение «ON»;

– цифровыми клавишами 6 на шкале задаваемого напряжения 2 выставить указанную преподавателем величину напряжения и нажать клавишу «Enter» 5. Приэтомнапряжение наобразецпока неподается;

– для подачи напряжения на образец включить тумблер подачи высокого напряжения 4, при этом шкала напряжения на образце 1 высветит величину напряжения, равную заданной 2.

5.Для измерения тока, протекающего через образец, выждать 1 мин после подачи напряжения, а затем постепенно вывести шунт гальванометра до получения удобно отсчитываемого показания. При этом зайчик гальванометра начнет отклоняться от нулевого положения (соответствующего положению шунта (∞)).

15

Внимание! Не допускать зашкаливания светового «зайчика» гальванометра.

6. Записать в таблицу отклонение «зайчика» α1 (в мм). Пере-

ключателем (П), расположенным рядом с шунтом, изменить направление тока в гальванометре. При этом зайчик отклонится в обратную от нулевого положения сторону. Величину отклонения записать как значение α2 (в мм) и определить среднее отклонение

зайчика при двух направлениях тока.

α = α1 + α 2 . 2

7.Вернуть переключатель шунта в положение ( ∞ )!

8.Для изменения подаваемого на образец напряжения не отключая тумблер подачи высокого напряжения (см. рис. 8 п. 4) цифровыми клавишами 6 на шкале задаваемого напряжения 2 выставить новую величину напряжения и нажать клавишу «Enter» 5. Прибор автоматически поднимет напряжение на образце и шкала напряжения на образце 1 высветит новое значение.

4.ПРИМЕРНОЕ ЗАДАНИЕ

1.Определить зависимость удельного объемного сопротивления двух-трех образцов изоляционных материалов от величины напряжения.

2.Определить зависимость удельного поверхностного сопротивления тех же образцов в зависимости от величины напряжения.

3.Построить графики снятых зависимостей и дать их краткое объяснение.

4.Сравнитьполученныерезультаты слитературнымиданными.

5.Данные измерений занести в таблицу.

16

5.СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1.Цель работы.

2.Принципиальная схема установки.

3.Расчетные формулы, использованные в работе.

4.Таблицы с экспериментальными и расчетными данными, приведенные в руководстве.

5.Графики снятых зависимостей.

6.Выводы по работе. Сравнительная оценка испытанных материалов.

6.ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

I.Качество диэлектрика при работе в цепи постоянного тока.

2.Как определяются и в каких единицах измеряются ρv и ρs

диэлектриков?

3. Объяснить зависимости ρv и ρs от различных факторов (влажность, приложенное напряжение, температура и т.п.).

4.Как изменяется сопротивление диэлектрика после включения постоянного напряжения?

5.Через какой промежуток времени после включения образца под напряжение принято брать отсчет и почему?

6.Почему ток, протекающий через диэлектрик при переменном напряжении, больше, чем при постоянном?

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Богородицкий Н.П., Пасынков В.В., Тареев Б.М. Электротехнические материалы. – Д.: Энергия, 1983.

2.Корицкий Ю.В. Электротехнические материалы. – М.: Энергия, 1972.

3.Пасынков В.В., Тареев Б.М., Корицкий Ю.В. Справочник по электротехническим материалам. – М.: Энергия, 1974, т. 1, 2, 3.

17

18

Учебное издание

ИССЛЕДОВАНИЕ УДЕЛЬНОГО ОБЪЕМНОГО И ПОВЕРХНОСТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ТВЕРДЫХ

ДИЭЛЕКТРИКОВ

Методические указания к лабораторным работам

Составитель Черняев Владислав Васильевич

Корректор Л.В. Лыкова

Подписано в печать 02.04.2014. Формат 90×60/16. Усл. печ. л. 1,25. Тираж 100 экз. Заказ № 46/2014.

Издательство Пермского национального исследовательского

политехнического университета.

Адрес: 614990, г. Пермь, Комсомольский проспект, 29, к. 113.

Тел. (342) 219-80-33.

19