3. Методика измерения

Для измерений малых изменений емкости образца широко используется метод нулевых биений. Сущность его заключается в следующем (рис. 3.1).

Пусть - высокочастотный генератор известной фиксированной частоты , а - высокоточный генератор, в колебательный контур которого параллельно переменному конденсатору , включен испытуемый конденсатор (рис.3.2). .

Резонансная частота этого колебательного контура

. (3.1)

Если то на выходе детектора (см.рис.3.1) появится сигнал (сигнал биений). В качестве индикатора этого сигнала часто применяется телефон . Частоту можно изменить с помощью переменного конденсатора .

Рис. 3.1. Структурная схема установки

Рис. 3.2. Схема колебательного контура

Если колебательный контур генератора Б настроить на резонансную частоту , то частота сигнала биений , т.е. достигается состояние нулевых биений. При этом сигнал в телефоне отсутствует.

Нагреем копируемый конденсатор . Емкость его изменится на .

Следовательно, изменится резонансная частота и в телефоне будет слышен сигнал биений с частотой .

Для того, чтобы снова настроиться на нулевые биения, нужно изменить емкость переменного конденсатора . Например, если емкость образца при нагревании увеличилась на , то резонансная частота уменьшится и станет меньше . В телефоне будет слышен сигнал . Если плавно уменьшать емкость переменного конденсатора , то частота будет увеличиваться и в телефоне тон биений будет понижаться до полного прекращения слышимости сигнала. Изменив емкости переменного конденсатора при этом будет равно .

4. Порядок работы

4.1. В лабораторной установке для измерений используется гетеродинный волномер, в колебательный контур одного из генераторов которого впаяны контакты для подключения испытуемого конденсатора. Схема установки представлена на рис. 4.1.

Генератор фиксированной частоты стабилизирован кварцем и кроме основной частоты выдает серию гармоник, которые можно найти по градуировочной книге прибора.

4.2. Подготовить прибор к работе. Подключить телефон. Переключатель рода работ поставить в положение ПРОВЕРКА, переключатель ДИАПАЗОНЫ в положение 1 и корректор - на 1. Отсоединить зажим электрода образца в термостате от вывода высокочастотного генератора. Включить тумблер питания прибора и дать прогреться 15 мин.

4.3. Для заданной преподавателем частоты определить по градуировочной книге прибора соответствующее значение отсчёта по лимбам переменного конденсатора и на шкалах СОТНИ и ЕДИНИЦЫ установить это значение отсчета. Впаянные в контур контакта для приспособления образца создают паразитную емкость , которая включена в контуре параллельно переменному конденсатору (pис. 4.2).

Для компенсации ее влияния нужно, плавно увеличивая отсчет по лимбу переменного конденсатора, настроиться па нулевые биения.

При настройке нужно добиваться, чтобы тон сигнала, слышимого в телефоне, постепенно понижался до полного прекращения звука.

4.4. С помощью измерителя добротности Е9 - 4 измерить емкость испытуемого образца на заданной частоте. Методика измерений на измерителе добротности Е9 - 4 имеется в описаниях лабораторной работы «Исследование частотной зависимости тангенса угла диэлектрических потерь».

4.5. Пересчитать емкость образца в единицы шкалы переменного конденсатора по формуле

, (4.1)

где – измеренная емкость образца, пФ;

– цена деления шкалы переменного конденсатора, пФ/деление. Она находится по таблице на приборе.

4.6. Поместить образец в термостат и подключить его к выводу генератора, Чтобы после подключения образца измерения производились при заданной частоте, нужно емкость переменного конденсатора уменьшить на величину емкости образца . Для этого отсчет по шкале переменного конденсатора нужно увеличить на величину и настроиться на нулевые биения как в п. 4.3. Записать отсчет по шкале переменного конденсатора в таблицу результатов измерений при комнатной температуре.

4.7. Включить нагреватель термостата. В процессе нагревания образца непрерывно вести подстройку на нулевые биения. Отсчет производить черва каждые 5С до 140С. Результаты измерений занести в таблицу 1.

Таблица 1

Результаты измерений

№	, C	, дел.	, дел.	, дел.	, пФ	, 1/С
1
2
3						материал частота

- наушники телефона,

- милливольтметр,

- термопара,

- испытуемый образец,

- термостат,

- нагревательный элемент

термостата,

- реостат.

Рис. 4.1. Схема установки

Рис. 4.2. Схема колебательного контура с паразитной ёмкостью