Тольяттинский государственный университет

Кафедра «Промышленная электроника»

Отчет о лабораторной работе №1

Определение удельных электрических сопротивлений твердых диэлектриков

по дисциплине

«Материаловедение и ТКМ»

Руководитель: Чуркин И.М.

Исполнитель: Гунин В.А.

Группа: ЭТМб-201

Тольятти 2010

1. Цель работы

Изучить методику определения поверхностного _s и удельного объемного _v электротехнических сопротивлений при постоянном напряжении, исследовать и обосновать их зависимость от приложенного напряжения

2. Программа работы

   0. 2.1 Определить _v и _s твердых диэлектриков. Метод измерения, материал диэлектрика и величину испытательного напряжения выбрать по указанию преподавателя.

   1. 2.2 Для образцов твердых электроизоляционных материалов при комнатной температуре снять зависимость _v и _s от величины приложенного напряжения в интервале от 500 до 1500 В. Построить график зависимости _v и _s от напряжения.

   2. 2.3 Сделать письменно выводы по проделанной работе.

3. Описание методики выполнения работы

Сопротивление изоляции материала зависит от токов поверхностной и объемной проводимостей. Для измерения каждой составляющей в отдельности, устраняя при этом влияние другой, используют систему, состоящую из трех электродов: измерительного, высоковольтного и охранного.

Для определения удельного сопротивления измеряется величина протекающего тока I_V и I_S. Зная величину приложенного к электродам напряжения, определяют величины сопротивлений:

или .

Зная величины сопротивлений и измеряя геометрические размеры образца диэлектрика и электродов, определяют удельные поверхностное и объемное сопротивления. На рис.1 представлена упрощенная схема для измерения удельного объемного сопротивления _v.

На ней изображены: нижний высоковольтный электрод – 1; измерительный электрод – 2; охранное кольцо – 3; гальванометр – 4; испытуемый образец – 5. Для измерения _v плоских образцов охранный электрод имеет форму кольца, которое расположено на поверхности концентрически с измерительным электродом. Охранное кольцо позволяет получить равномерное электрическое поле между электродами 1 и 2 (уменьшает влияние краевого эффекта).Поверхностный ток, который протекает по поверхности образца, с электрода 1 попадает на охранное кольцо и замыкается на источник, минуя гальванометр G. Таким образом, гальванометр будет измерять только объемный ток, проходящий через толщу диэлектрика.

Рис.1 Схема для измерения удельного объемного сопротивления _v.

На рис.2 представлена упрощенная схема для измерения удельного поверхностного сопротивления _s.

Рис.2 Схема для измерения удельного поверхностного сопротивления _s.

Здесь используются те же электроды. Ток от источника проводиться к охранному кольцу 3. Поверхностный ток I_s протекает по поверхности материала, заключенной между оранным 3 и измерительным 2 электродами, и далее через гальванометр G замыкается на источник. Объемный ток, протекающий между электродами 3-1, замыкается на источник, минуя гальванометр G.

Таким образом, гальванометр измеряет только поверхностный ток I_s.

Измерение токов производится микроамперметром с высокой чувствительностью или гальванометром (последний позволяет измерять токи меньшей величины). Объемное сопротивление .

По формуле определяем удельное объемное сопротивление, где S – площадь измерительного электрода; , м²; h – толщина испытуемого образца, м; d – диаметр измерительного электрода, м. Поверхностное сопротивление .

Удельное поверхностное сопротивление определяется по формуле:

или по приближенной формуле

,

где d₂ – диаметр (внутренний) охранного кольца.

Рис.3 Схема установки для измерения _v и _s.

Для измерения R_v методом непосредственного отклонения гальванометра необходимо переключатель S₁ (см. схему рис.3) поставить вверх или вниз (переключатель меняет полярность приложенного напряжения), переключатель S₂ – в положение «измерение», переключатель S₃ – в положение “R_v”, переключатель S₄ – разомкнуть, переключатель S₅ – замкнуть, переключатель S₆ – поставить в положение, соответствующее измерению наибольшего тока, подать напряжение, включив источник постоянного тока. При этом часть объемного тока будет протекать по цепи: “+” источника, переключатель S₁ (вверх), сопротивление R₁, переключатель S₂, переключатель S₃, нижний электрод, переключатель S₅, сопротивление R₅, гальванометр, а часть – через шунт гальванометра (R₂, R₃, R₄), на “-“ источника питания.

Поверхностный ток I_s при измерении R_v с нижнего электрода протекает по поверхности диэлектрика на охранное кольцо, далее через переключатель S₃ ( в положение R_v), переключатель S₁, на “-“ источника (I_s – не проходит через гальванометр). Если отклонение гальванометра мало, необходимо увеличить его чувствительность, для чего переключатель S₆ поставить в положение, соответствующее измерению меньшего тока.

Для измерения R_s переключатель S₃ поставить в положение R_s (вниз), остальные переключатели в те же положения, что и при измерении R_v

В этом положении поверхностный ток будет протекать по цепи: “+” источника, переключатель S₁. сопротивление R₁, переключатель S₂, переключатель S₃ (положение вниз), охранное кольцо, по поверхности диэлектрика на измерительный электрод и далее по той же цепи, что и при изменении R_v, на “-“ источника.

Объемный ток I_v при измерении I_s будет протекать от охранного кольца через толщу диэлектрика на нижний электрод, переключатель S₃, переключатель S₁, на “-“ источника (ток I_v проходит минуя гальванометр).

При малых отклонениях гальванометра переключателем S₆ необходимо увеличить его чувствительность.