Министерство общего и профессионального образования

Российской федерации

УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИССЛЕДОВАНИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК ТВЕРДЫХ ТЕЛ

Методические указания к лабораторной работе по курсу “Физика твердого тела” для студентов специальности 19.02 - “Физические методы и приборы контроля качества” очного обучения физико-технического факультета

Екатеринбург

1997

Лабораторная работа № 2

ИССЛЕДОВАНИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТВЕДЫХ ТЕЛ

1. Цель работы

1. Ознакомиться с диэлектрическими свойствами материалов и методами их измерения.

2. Приобрести практические навыки расчета диэлектрической проницаемости и оценка ее погрешности на ЭВМ.

2. Описание лабораторной установки

Измерение емкости высокочастотных диэлектриков может производиться на приборе Е 12-1А ( Измеритель емкости и индуктивности ). Частота при измерении емкостей на этих приборах составляет 300~700 кГц.

Ниже следует описание принципиальной схемы устройства для измерения емкостей на приборе Е 12-1А. Прибор Е 12-1А работает по принципу резонансного метода измерений с индикацией момента резонанса по нулевым биениям. В приборе имеется два высокочастотных генератора, собранных по одинаковой схеме. В колебательный контур одного прибора включен образцовый конденсатор переменной емкости на 1000 пФ ( С_обр ). В контур второго генератора параллельно с контурной емкостью ( С₀ )включается измеряемая емкость ( С_х ).

Схемы высокочастотных контуров генераторов прибора Е 12-1А :

L₀’ C₀’ L₀” C₀” C_x

C_обр

L₀’ , L₀” - контурные индуктивности ;

С_х - измеряемая емкость ;

С₀’ - суммарная емкость 1-го контура ;

С₀” - суммарная емкость 2-го контура ;

рис. 2.1

Колебания высокой частоты обоих генераторов через буферные усилители поступают на смеситель. Со смесителя колебания разностной частоты подаются через фильтр низких частот на усилитель низкой частоты, параллельно анодной нагрузке которого включен индикатор настройки на нулевые биения. При отсутствии измеряемой емкости “С_х” генераторы настраиваются на одинаковую частоту (по нулевым биениям ).

С₀’L₀’ = C₀”L₀” ( 2.1 )

Измеряемая емкость после настройки на нулевые биения подключается параллельно контуру к зажимам “С_х” . Возникающая при этом относительная расстройка частот компенсируется отсчетными конденсаторами 1-го контура С_обр до восстановления равенства частот ( по нулевым биениям на выходе прибора ). При условии равенства контурных индуктивностей измеряемая емкость будет равна отсчетной емкости.

При выполнении работы используются : измеритель Е 12-1А, колумбус, микро-ЭВМ “ Искра-1256 “.

3. Программа работы

Измерение емкости диэлектриков на приборе Е 12-1А производится в следующем порядке.

1. Прибор посредством кабеля, находящемся на задней панели, подключается к электрической сети питания.

2. Тумблер 10 (см. Рис. 3.1 ) ставится в положение “включено“ при этом должна загореться индикаторная лампа 1 прибора. Прогрев прибора производится в течении 20-30 минут.

   Схема расположения основных узлов прибора Е 12-1А на его лицевой панели

   

   1 - индикаторная лампа ;

   2 - отсчетный конденсатор С₃ ( отсчет емкости до 10 пФ ) ;

   3 - переключатель емкости С₁ ( отсчет емкости до 4000 пФ );

   4 - отсчетный конденсатор С₂ ( отсчет емкости до 1000 пФ );

   5 - измерительные гнезда “С_х” , “L_х” ;

   6 - переключатель “ множитель К “ ;

   7 - ручка “начальная установка” ;

   8 - телефон ;

   9 - клемма заземления ;

   10 - тумблер включения прибора ;

3. предохранитель ;

   рис.3.1

4. Переключатель 6 - “множитель К “ ставится в положение “С”.

5. Шкалы всех отсчетных конденсаторов С₂ , С₃ и переключатель С₁ устанавливаются на нулевые значения.

6. Ручкой 7 - “начальная установка” - настраивается прибор на нулевые биения по индикаторной лампе 1 или по телефону 8. Вращением ручки 7 добиваются узкой линии на индикаторной лампе, при этом регистрируется исчезновение звуковых колебаний в наушниках телефона. После настройки прибора на нулевые биения, к ручке 7 прибора не прикасаться.

7. Подключают измерительную емкость к клеммам 5.

8. Производят вторичную настройку прибора на нулевые биения, пользуясь ручкой 2 - “отсчета емкости до 10 пФ” при измерении малых емкостей или ручкой 4 - “отсчета емкости до 1000 пФ” или одновременно переключателем 3 - “отсчета емкости до 4000 пФ” и ручкой 4 - “отсчет емкости до 1000 пФ” при измерении больших емкостей. Результаты емкости образцов занести в таблицу.

9. С помощью колумбуса измерить диаметр и толщину образцов. Результаты измерения геометрических размеров образцов занести в таблицу.