9.2. Общие сведения

Важнейшими электрическими характеристиками диэлектрика являются диэлектрическая проницаемость  и тангенс угла диэлектрических потерь tg, определяющий диэлектрические потери.

Диэлектрическая проницаемость – характеристика поляризации диэлектрика. по диэлектрической проницаемости можно судить о способности диэлектрика создавать электрическую емкость определённой величины.

Диэлектрические потери – это мощность внешнего электрического поля, которая затрачивается на поляризацию диэлектрика и в конечном итоге выделяется в виде тепла:

. (9.1)

любой диэлектрик можно заменить параллельной схемой замещения (рис. 9.1).

Угол , дополняющий угол сдвига фаз  до 90, называется углом диэлектрических потерь (рис. 9.2).

Тангенс этого угла для параллельной схемы замещения

. (9.2)

Частотные характеристики tg, Р_а и  полярного диэлектрика изображены на рис. 9.3.

Р

Рис. 9.3. Зависимость рассеиваемой мощности, tg и  от частоты питающего напряжения для масляно-канифольного компаунда

Рис. 9.2. Векторная диаграмма токов для данной схемы

ис. 9.1. Параллельная схема замещения

9.3. Описание испытательной установки

Измерение tg и  на высокой частоте осуществляются с помощью измерителя добротности Е 9-4.

Измеритель добротности Е 9-4 получил широкое распространение в лабораторной и производственной практике при измерениях в области частот от 5 до10 кГц (рис. 9.4).

Измерительный контур индуктивно связан с широкодиапазонным генератором, частота которого устанавливается в требуемом поддиапазоне с помощью переключателя и конденсатора переменной емкости и может быть отсчитана по шкале.

Рис. 9.4. Схема лабораторной установки

Ток, поступавший в измерительную схему, контролируется термомиллиамперметром. Параллельно с катушкой включено безреактивное сопротивление R₀, величина которого пренебрежимо мала по сравнению с активным сопротивлением катушки. Конденсатор переменной емкости C практически не имеет потерь, так же как и ламповый вольтметр, включённый параллельно конденсатору.

Таким образом, эквивалентное активное сопротивление цепи, содержащей катушку и образцовый конденсатор C переменной емкости, равно сопротивлению катушки (контур C отключен). Если в цепи имеет место резонанс, то напряжение на конденсаторе

, (9.3)

где U₀ – напряжение на сопротивлении R₀.

Учитывая, что добротность катушки, имеющей индуктивность,

, (9.4)

а при резонансе

,(9.5)

получим, что напряжение U_c на конденсаторе

.(9.6)

Отсюда

,(9.7)

т. е. в момент резонанса напряжение на емкости будет больше подводимого напряжения U₀ в Q_K раз.

Поддерживая ток генератора ₀, а значит и напряжение U₀ строго заданными, можно проградуировать шкалу лампового вольтметра, измеряющего напряжение U₀, в значении добротности Q. Силу тока при измерении берут в пределах от 250  до 500 мА.

9.4. Порядок выполнения работы

Собрать схему, приведенную на рис. 9.4.

а) Установить ручку регулятора Q (нижний прибор) в крайнее левое положение.

б) Переключатель диапазонов поставить на диапазон 50–150 кГц. Подключить к левым клеммам образцовую катушку этого же диапазона.

в) По шкале частот установить нужную частоту ручкой «установка частоты».

г) Включить тумблер сети, при этом должна загореться сигнальная лампочка на панели прибора. После 1- – 2-минутного прогрева прибор готов к измерению.

д) Установить ручку «установка множителя» в положении 500 или 250 в зависимости от ожидаемой величины добротности.

е) Вращением ручки «установка нуля» Q-вольтметра стрелку прибора установить на нуль. После этого вращением ручки «установка емкости и подстройка» настроить контур в резонанс и отсчитать величину Q₁ по шкале Q-вольтметра. Одновременно взять отсчет емкости C₁ по шкале основного конденсатора. Полученные значения занести в табл. 9.1.

ж) Присоединить к правым клеммам прибора изготовленный из испытуемого диэлектрика конденсатор.

и) Уменьшая емкость эталонного конденсатора, вращением ручки «установка емкости» опять настроить контур в резонанс и взять отсчет Q₂ по шкале Q-вольтметра и емкости C₂ по шкале основного конденсатора.

Очевидно, что емкость конденсатора, изготовленного из испытуемого диэлектрика, будет иметь величину

. (9.8)

Добротность испытуемого образца может быть подсчитана по формуле

(9.9)

Отсюда тангенс угла диэлектрических потерь можно подсчитать по формуле

(9.10)

к) Определив С_х – емкость конденсатора, изготовленного из испытуемого диэлектрика по формуле (9.8), вычисляют его диэлектрическую проницаемость по формуле

, (9.11)

где С_х – емкость испытуемого конденсатора, пФ; h – толщина образца, см, h =0,3 см; D – диаметр образца, см, Д = 8,9 см.

л) Первое измерение производят при частоте 50 кГц, а затем, изменяя частоту через 10 кГц, до 150 кГц.

м) По окончании измерений выключают прибор.

По результатам измерений и вычислений строятся зависимости ив одних координатных осях.

Примечание. необходимо соблюдать следующий порядок работы на приборе: ручку установки множителя при переключении поддиапазонов частоты или при изменении частоты в пределах поддиапазона ставить на крайне левое положение и вращать вправо только после установки частоты.

Таблица 9.1

Результаты измерений

f, кГц

C1, пФ

C2, пФ

Q1

Q2

Cx, пФ



tg

h, см

D, см