1.2. Описание измерительного стенда

Стенд предназначен для освоения методики определения емкости, диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь, изучения этих характеристик диэлектриков в зависимости от температуры и частоты.

В данной работе студентам предлагается освоить методику измерения диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь.

Измерительный стенд включает в себя следующие компоненты:

1) термостат;

2) портативный цифровой LCR-метр.

Нагрев осуществляется внутри рабочей камеры термостата, куда помещается приемная кассета с исследуемым диэлектрическим образцом. Конструкция рабочей камеры термостата обеспечивает одинаковую температуру во всем рабочем объеме и равновесие между температурой образца и среды. Измерение, регулирование и поддержка заданного температурного режима осуществляется по показанию чувствительного платинового термодатчика, установленного стационарно внутри рабочей камеры термостата. Предварительная установка значения требуемой температуры производится ручным регулятором с индикацией на цифровом 3-разрядном индикаторе, далее процесс разогрева (или остывания) до заданной температуры, а также ее поддержка осуществляется авто- матически.

Контроль текущего температурного режима относительно заданного осуществляется тремя световыми индикаторами: «Б» – больше; «Н» – норма; «М» – меньше. Предусмотрена звуковая сигнализация при равенстве текущей температуры заданной. Значение текущей температуры выводится на цифровой 3-разрядный индикатор нажатием кнопки «ИЗМЕР t».

Портативный цифровой LCR-метр является измерителем индуктивности, емкости и сопротивления. Он предоставляет возможность проводить измерения схем как в параллельном, так и в последовательном режимах. Прибор измеряет прямые и точные значения параметров L, C и R на двух рабочих частотах – 120 Гц и 1 кГц. Возможен выбор диапазона как автоматически, так и вручную. Прибор обеспечивает максимальное удобство выбора функций и режимов работы, таких как удержание данных, режим записи максимального, минимального и среднего значений, режим относительных измерений, сортировка элементов по допуску, выбор частоты, а также режимов измерений индуктивности, емкости и сопротивления.

Блок схема измерений показана на рис. 1.2.

Рис. 1.2 – Блок-схема измерений

1.3. Правила по технике безопасности

При установке (замене) исследуемого образца убедитесь, что термостат отключен от питающей сети.

Во время измерений наибольшему нагреву подвергается приемная кассета термостата, а также электрод и исследуемый образец. Во избежание ожогов проявляйте повышенную бдительность при работе с этими деталями!

При длительной работе термостата в режиме нагрева запрещается прикосновение к жалюзям вытяжной вентиляции, расположенным на верхней крышке во избежание ожога. Время непрерывной работы термостата не должно превышать два часа, после чего его необходимо выключить не менее чем на 30 минут.

1.4. Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с краткими сведениями из теории и правилами по технике безопасности. В соответствии с вариантом получить исследуемый образец и электрод.

2. Перед началом измерений необходимо зафиксировать геометрические параметры исследуемого образца:

h – толщина образца в м;

d – диаметр круглого электрода в м.

3. Измерение величин емкости и тангенса угла диэлектрических потерь проводятся в диапазоне температур 30–80С, с шагом 5С на частоте 120 Гц.

4. Образец с электродом установить в приемную кассету термостата (см. рис. 1.3). Закрепить образец при помощи крепежных винтов.

1 – основание (электрод Н); 2 – прижимные винты; 3 – планка; 4 – диэлектрик; 5 – верхний электрод.

Рис. 1.3 – Приемная кассета термостата

5. Соединить выходной шнур кассеты термостата с гнездом «ВХОД» LCR-метра.

6. Перевести регулятор «УСТАНОВКА t» термостата в крайнее положение против часовой стрелки.

7. Включить термостат (тумблером на передней панели), регулятором установки температуры выставить значение 30 ⁰С.

8. Включить LCR-метр (нажать и удерживать кнопку «POWER»). Кнопкой «LCR» выбрать режим измерения емкости, при этом на экране должен загореться символ «С». Кнопкой «DQ» выбрать режим измерения тангенса угла диэлектрических потерь, при этом на экране должен загореться символ «D».

9. При достижении заданной температуры на термостате начинает мигать красная лампочка «Н», в этот момент необходимо снять показания LCR-метра и ручкой регулировки температуры термостата выставить следующее значение.

10. После окончания измерений выключить LCR-метр (нажать и удерживать кнопку «POWER»). Выключить термостат (тумблером на передней панели).

11. Рассчитать значения диэлектрической проницаемости и построить температурные зависимости (t) и D(t). Расчет диэлектрической проницаемости производится по формуле:

 = C h/(₀ S), (1.8)

где С – измеренное значение емкости, Ф;

h – толщина исследуемого образца, м;

₀ – диэлектрическая постоянная, равная 8,8510^-12 Ф/м;

S – площадь верхнего электрода, м².

12. Результаты измерений и расчетов занести в таблицу 1.

Таблица 1

Толщина образца h, м			Диаметр круглого электрода d, м
Температура t, 0С	30	35		40	45	50	55	60	65	70	75		80
Емкость С, пФ
Диэлектрическая проницаемость 
Тангенс угла диэлектрических потерь D