Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Электронные компоненты и радиоматериалы. Лабораторный практикум

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 34 / 84 5 6 7 8 > Следующая >>>

Наряду с указанными факторами на электропроводность твердых диэлектриков большое влияние оказывает состояние их поверхности.

Поверхностная электропроводность зависит от количества влаги на поверхности диэлектрика, его диэлектрической проницаемости и от чистоты поверхности. Чем чище поверхность диэлектрика и чем меньше его проницаемость, тем ниже поверхностная электропроводность.

Для сравнительной оценки диэлектрических материалов пользуются значениями удельного объемного и поверхностного сопротивлений – величинами, обратными значениям электропроводности.

Чистые диэлектрики не должны проводить электрический ток в силу своего внутреннего химического строения, так как в них отсутствуют свободные электрические заряды. Электроизоляционные материалы, применяемые в радиоэлектронике, не являются совершенными с точки зрения электропроводности. Если приложить к диэлектрику постоянное напряжение, то через него потечет ток, изменяющийся согласно графику на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Зависимость тока, протекающего через диэлектрик,

от времени нахождения диэлектрика под напряжением

Электропроводность диэлектриков удобнее характеризовать величиной их сопротивления. В соответствии с токами различают объёмное сопротивление Rv, которое определяется по формуле

R =

где Rv – объемное сопротивление, Ом;

U – величина приложенного напряжения, В;

Iv – «одноминутный» объемный ток, А; и поверхностное сопротивление Rs, которое определяется по формуле

R =

где Is – «одноминутный» поверхностный ток, А;

Rs – поверхностное сопротивление, Ом [1].

3. Задание на выполнение работы

3.1. Ознакомиться с приборами и оборудованием, предназначен-

ными для выполнения лабораторной работы. Изучить назначение органов управления электрорадиоизмерительных приборов, приобрести и закрепить навыки работы с ними.

3.2. Изучить основные особенности и различия диэлектрических

материалов по параметрам их удельного объёмного и поверхностного сопротивления.

3.3. Заготовить протокол выполнения работы и черновик отчёта,

в котором необходимо зарисовать схему проведения измерений, перечислить приборы и оборудование с краткими техническими характеристиками, заготовить таблицы для экспериментальных данных.

4. Перечень используемого оборудования

1. Тераомметр Е6-13.

2. Набор диэлектриков.

3. Измерительные электроды.

4.1. Описание лабораторной установки

Схема для измерения объёмного сопротивления представлена на рис. 3.2, а схема для измерения поверхностного сопротивления – на рис. 3.3, где Л – высокоомный входной зажим, К – входной зажим, Э – экран (электрический нуль прибора), охранный электрод.

Рис. 3.2. Схема измерения объемного сопротивления

Рис. 3.3. Схема измерения поверхностного сопротивления

При определении объемного и поверхностного сопротивлений диэлектрика используют образцы, представляющие собой круглые или квадратные пластины и полосы шириной 40 мм и более и толщиной 0,1…4 мм. Для устранения прослойки воздуха электроды должны быть напылены или притерты к поверхности диэлектрика при помощи кремнийорганического вазелина (либо трансформаторного масла). В этом случае электроды вырезают из оловянной или отожженной алюминиевой фольги толщиной 0,01…0,03 мм. Испытуемый образец помещают в специальную контактную ячейку, которая позволяет осуществить включение образца в измерительную схему. Ячейка представляет собой систему из трех латунных электродов, укрепленных на диэлектрическом кронштейне и снабженных прижимными пружинами (рис. 3.4). Электроды присоединены гибкими проводами к измерительной установке [1].

4.2. Назначение и технические характеристики приборов

электрической установки

Назначение, технические характеристики и принцип действия те-

раомметра Е6-13.

Принцип работы тераомметра заключается в том, что измеряемое сопротивление подсоединяется к известному калиброванному сопротивлению через делитель, питаемый от стабилизированного источни-

ка напряжения. Полученное в результате деления напряжение, затем усиленное, позволяет определить величину измеряемого сопротивления по прибору непосредственного отчёта.

Рис. 3.4. Схема лабораторной установки

1 – измерительная установка; 2 – кронштейн; 3 – нижний латунный электрод;

4 – верхний, центральный фольговый электрод; 5 – фольговое охранное кольцо;

6 – испытуемый диэлектрик; 7 – верхний латунный электрод; 8 – нижний фольговый

электрод; 9 – прижимные пружины

Входной делитель подключен к усилителю постоянного тока с глубокой отрицательной обратной связью, применяемой для стабилизации коэффициента усиления и работы всего прибора в целом (рис. 3.5). Первый каскад усилителя постоянного напряжения тераомметра выполнен на электрометрической лампе. Последующие каскады усиления выполнены на транзисторах. Сопротивление образца рассчитывается по формуле

Тераомметр снабжён дополнительными измерительными электродами для измерения объёмного и поверхностного сопротивлений диэлектриков[1].

Рис. 3.5. Схема измерения электрического сопротивления с применением

электрометрического усилителя с отрицательной обратной связью:

В – высоковольтный электрод образца, И – измерительный электрод

4.3. Подготовка прибора к работе

4.3.1. Клемму «┴» Земля, расположенную на задней панели при-

бора, соединить шиной заземления.

4.3.2. Проверить положение замыкателя входа (должен быть в по-

ложении «►0◄»).

4.3.3. Включить питание прибора для прогрева в течение 30 минут.

4.4. Порядок работы с тераомметром

4.4.1. Проведение измерений с линейной шкалой. Перевести переключатель поддиапазонов в положение, соответ-

ствующее измеряемому сопротивлению (10

…1012 Ом). При этом пе-

реключатель характера шкалы на задней стенке прибора должен быть в положении «ЛИНЕЙНАЯ».

При необходимости заземления измеряемого объекта его следует соединить с клеммой «┴», расположенной на задней панели прибора. Измерения на поддиапазонах свыше 109 Ом следует производить в измерительной камере, причём клемму «┴», расположенную на задней стенке измерительной камеры, необходимо соединить с клеммой «┴» прибора.

Ручкой установки нуля «►0◄», расположенной на передней панели, установить указатель прибора на нулевую отметку шкалы. Подключив измеряемый объект, открыть вход прибора (ручку замыкателя вхо-

да на передней панели прибора поставить в положение «

»).

После измерения закрыть вход прибора поворотом той же ручки в про-

тивоположную сторону и зафиксировать её в положении «►0◄». Только после этого можно отключить измеряемый объект.

4.4.2. Проведение измерений с обратно пропорциональной шкалой. Измерение с обратно пропорциональной шкалой производится на

поддиапазонах с верхними пределами 1013…1014 Ом.

Переключатель характера шкалы на задней стенке прибора должен быть в положении «ОБРАТНАЯ», при этом должен светиться индикатор «ОБРАТНАЯ ШКАЛА», расположенный на передней панели прибора.

Переключатель поддиапазонов поставить в положение, соответствующее измеряемому сопротивлению. После этого измерение производится аналогично измерениям с линейной шкалой.

4.5. Порядок выполнения работы

4.5.1. Ознакомиться с методом измерения объёмных и поверх-

ностных сопротивлений.

4.5.2. Включить тераомметр.

4.5.3. Измерить с помощью штангенциркуля геометрические раз-

меры образцов.

Таблица 3.1

Результаты измерений

Измерить Вычислить

Материал

l, м d1, м d2, м Rv, Ом

1. Гетинакс

2. Стеклотекстолит

Rs,

Ом

Sa, м

ρv,

Ом·м

4.5.4. Измерить объёмное сопротивление диэлектриков. Результа-

ты измерений записать в табл. 3.1.

4.5.5. Измерить поверхностное сопротивление диэлектриков. Ре-

ρs,

Ом

зультаты измерений записать в табл. 3.1.

4.5.6. Вычислить удельное объемное сопротивление ρv испытуе-

мых диэлектриков по формуле

=ρ

где ρ

– удельное объемное сопротивление, Ом;

Rv – объемное сопротивление, Ом;

l – толщина испытуемого образца, м;

SA – контактная поверхность электрода А, м2.

SA находится по формуле

⋅π

где d1 – диаметра электрода А, м.

Удельное поверхностное сопротивление ρs испытуемых диэлектриков находится по формуле

74.2

=ρ

где ρs – удельное поверхностное сопротивление, Ом;

d1 – диаметр электрода А, м;

Rs – поверхностное сопротивление, Ом;

d2 – внутренний диаметр электрода В, м.

5. Содержание отчета

Отчёт должен содержать:

1) номер и название лабораторной работы;

2) цель работы;

3) перечень используемого оборудования, краткое описание ла-

бораторной установки;

4) схемы измерений с соответствующими подписями;

4) заполненные таблицы с результатами измерений и расчётов;

5) выводы по работе;

6) ответы на контрольные вопросы (устно).

Контрольные вопросы

1. Какой ток называется током сквозной проводимости?

2. Для чего служит охранное кольцо?

3. Как влияют на величины ρv и ρs влажность и температура?

Лабораторная работа № 4

χε

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ

И ТАНГЕНСА УГЛА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ

1. Цель работы

Определить диэлектрическую проницаемость и тангенс угла ди-

электрических потерь

2. Краткие теоретические сведения

Диэлектрические свойства электроизоляционных материалов должны сохраняться при воздействии на них ряда внешних факторов, из которых решающее значение имеет температура. Для сравнительной оценки качества работы диэлектриков при различных температурах вводят понятия нагревостойкости и морозостойкости.

Нагревостойкостью называют способность материала и изделий из него выдерживать кратковременное и длительное воздействия повышенной температуры без заметного ухудшения своих свойств.

Морозостойкостью называют способность материала и изделий из него противостоять пониженным температурам без заметного ухудшения своих свойств [5].

Поляризацией диэлектрика называется обратимый процесс смещения упруго связанных с молекулами или атомами электрических зарядов, а также их взаимная переориентация под действием электрического поля, причем диэлектрик при этом приобретает электрический (дипольный) момент

, отличный от нуля.

Суммарный дипольный момент P равен геометрической сумме моментов Σρ всех поляризованных молекул. Для случая плоского конденсатора

PΣ=

где V – объем диэлектрика.

Как известно, в линейном диэлектрике

где χ – диэлектрическая восприимчивость;

– электрическая постоянная, равная 1/8,86·10

-12

;

E – напряженность электрического поля.

Линейным называется диэлектрик, в котором зависимость величины суммарного дипольного момента от напряженности поля носит линейный характер [3].

Электрическое смещение (электрическая индукция) в таком диэлектрике:

PED

с другой стороны,

εε

Сопоставив приведенные выражения, можно найти связь между диэлектрической проницаемостью и диэлектрической восприимчивостью:

Очевидно, что диэлектрическая проницаемость всегда больше единицы. Используя выражение для D, можно записать, что

В случае плоского конденсатора, если пренебречь искажением поля у краев электродов, D и E можно выразить через заряд Q и напряжение U.

Известно, что

D =

;

E =

;

CUQ

где S – площадь электродов;

h – толщина образца;

С – емкость конденсатора, равная εS/h.

Емкость С0 конденсатора с теми же размерами, но с вакуумом в качестве диэлектрика определяется по формуле

Отсюда можно сделать вывод, что в общем случае диэлектрическая проницаемость

т.е. ε характеризует способность диэлектрика увеличивать емкость конденсатора.

Степень поляризации диэлектрика характеризуется увеличением ёмкости конденсатора, когда вместо воздушной прослойки в нём устанавливается данный диэлектрик [1].

Диэлектрическими потерями называется энергия, теряемая в диэлектрике под действием приложенного напряжения и вызывающая разогрев диэлектрика. Потери в диэлектриках носят сложный характер и определяются природой вещества, его строением и составом.

В реальных диэлектриках, кроме потерь, обусловленных поляризационными токами и сквозной проводимостью, происходит рассеивание энергии за счет присутствия полупроводящих примесей в виде влаги, окислов металлов, углерода и др., а также из-за наличия газовых включений, ионизирующихся при высоком напряжении и повышенной частоте [10].

С увеличением частоты тока и величины приложенного напряжения потери возрастают.

Потери в диэлектрике обычно характеризуются tgδ.

При изготовлении высококачественных кабелей в качестве изоляции выбирают диэлектрик, у которого ε и tg имеют минимальные значения:

ε≤2,8; tg≤0,001.

В конденсаторах же стремятся использовать диэлектрики с большим значением ε [1].

3. Задание на выполнение работы

3.1. Ознакомиться с приборами и оборудованием, предназначен-

3.2. Изучить основные особенности и различия диэлектрических

материалов по параметрам их диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь.

<<< < Предыдущая 1 2 34 / 84 5 6 7 8 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]