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
Цель работы
Изучить методику определения поверхностного s и удельного объемного v электротехнических сопротивлений при постоянном напряжении, исследовать и обосновать их зависимость от приложенного напряжения
Программа работы
2.1 Определить v и s твердых диэлектриков. Метод измерения, материал диэлектрика и величину испытательного напряжения выбрать по указанию преподавателя.
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.
2.3 Сделать письменно выводы по проделанной работе.
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 IV и IS. 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 Is 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 Is.
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 Rv 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 “Rv”, 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 Is при измерении Rv с нижнего электрода протекает по поверхности диэлектрика на охранное кольцо, далее через переключатель S3 ( в положение Rv), переключатель S1, на “-“ источника (Is – 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 Rs переключатель S3 поставить в положение Rs (вниз), остальные переключатели в те же положения, что и при измерении Rv
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 Rv, на “-“ источника.
Объемный ток Iv при измерении Is будет протекать от охранного кольца через толщу диэлектрика на нижний электрод, переключатель S3, переключатель S1, на “-“ источника (ток Iv проходит минуя гальванометр).
При малых отклонениях гальванометра переключателем S6 необходимо увеличить его чувствительность.