7 Диэлектриков с дипольными молекулами зависимость диэлектри­ческой проницаемости от температуры проявляется значительно резче

? ⁹

и характеризуется наличием максимума (рис.5). С увеличением температуры молекулярные силы {ослабевают, вязкость вещества понижается

и диэлектрическая проницаемость возрастает. При дальнейшем увели­чении температуры возрастает энергия теплового движения молекул, хаотическое движение молекул становится интенсивнее и уменьшается ориентирующее влияние поля, что и приводит к уменьшению диэлек­трической проницаемости.

Зависимость диэлектрических потерь от температуры

В неполярных диэлектриках диэлектрические потери невелики и обусловлены только электропроводностью.

Н а рис.6 представлена зависимость диэлектрических потерь от температуры для полярного диэлектрика (масляно-канифольного ком­паунда) . Потери в этих диэлектриках су­щественно зависят от температуры: при некоторых температурах обнаруживаются максимум и минимум потерь. При низких температурах вязкость жидкости доста­точно велика, молекулы не успевают сле­довать за изменением поля и дипольная поляризация практически исчезает; ди­электрические потери малы. Увеличение на начальном участке объясняется затратами энергии на ориентацию полярных молекул. Максимум потерь объясняется тем ,что вязкость вещества становится такой, при которой молекулы приобретают возможность максимально ориентироваться под действием приложенного напряжения. а следовательно. производить максимальную работу. Уменьшение после перехода че­рез максимум объясняется дальнейшим снижением вязкости жидкости, а следовательно, и уменьшением количества энергии, затрачиваемой на ориентацию диполей. Дальнейшее возрастание после минимума потерь с повышением температуры объясняется ростом электро­проводности, определяющей механизм диэлектрических потерь при по­вышенных температурах.

Описание лабораторной установки

Для определения и при измерениях на переменном напряжении широкое распространение получили мостовые методы.

В данной работе для измерения диэлектрических параметров ис­пользуется мост переменного тока F57I типа МИШ. Мост предназна­чен для измерения емкости, добротности и тангенса угла диэлектри­ческих потерь в диапазоне частот от 40' до 10000 Гц. Мост является лабораторным прибором, предназначенным для работы при температуре окружающего воздуха от и относительной влажности

до при температуре

В работе используются две рабочие схемы моста для определе­ния диэлектрических параметров (рис.7 и 8): схема 1 - для измере­ния емкости в эквивалентной схеме последовательного замещения ;схема 2 - для измерения емкости и тангенса угла диэлектрических по­терь в эквивалентной схеме параллельного замещения.

Соответствующие принципиальные схемы приведены на рис.7.

В качестве плавнорегулируемых. отсчетных плеч моста служат сопротивления и

Изменение пределов моста производится изменением плеч и Сопротивление в схеме для измерения емкости служит для уравно­вешивания тангенса угла диэлектрических потерь

Регулировка моста по емкости производится сопротивлением плеча .

II

С опротивление в обоих схемах является плечом сравнения, изменяющимся скачкообразно, и состоит из образцовых катушек со­противления.

Переключение сопротивлений и образцовых емкостей в пле­че обеспечивает перекрытие всего диапазона измерений при пределах. Для уменьшения погрешностей в схеме введена симметрирующая ветвь, воспроизводящая оба отсчетные плеча. Средняя точка этой ветви соединена с "землей". Симметрирующая ветвь присоединена к вершинам моста, в которые подается напряжение питания. Питание моста осуществляется от встроенного генератора Ф678, имеющего регу­лировку частоты и напряжения. Питание от генератора подведено че­рез разделительный трансформатор, встроенный в мост. Основная ра­бочая частота 1000 Гц включается непосредственно установкой руко­ятки генератора на соответствующее фиксируемое положение (красные цифры).

Указателем равновесия служит встроенный индикатор нуля ти­па Ф550, имеющий регулировку частоты и чувствительности.

Основная рабочая частота 1000 Гц соответствует установке на поддиапазоне

Конструктивно мост выполнен в виде стойки, объединяющей в се­бе три блока: собственно мост, индикатор нуля и питающий генера­тор. Все блоки соединены между собою экранированными проводниками

(кабелями).

Все рукоятки регулировки индикатора нуля и питающего генера­тора выведены на их лицевые панели. Лицевая панель собственно мос­та для удобства работы имеет наклон к вертикали На панели расположены три ряда рукояток.

Верхний ряд рукояток (три переключателя и реох6рд)предназначен для регулирования и отсчета емкости.

В этом ряду по указателям рукояток получают прямой отсчет измеряемой величины с запятой (светящийся сигнал), указывающей число целых знаков. Размерность отсчета дает указатель переключателя пределов в окне среднего ряда справа.

В среднем ряду, кроме переключателя пределов, расположен схемособирающий переключатель.

Схемособирающий переключатель изменяет присоединение образ­цового емкостного плеча (из последовательного в параллельное), переключая одновременно ж магазин сопротивлений этого плеча.

12

Равная величина номинального сопротивления в схемах парал­лельного и последовательного включения обусловливает наличие двух магазинов.

Нижний ряд рукояток обеспечивает регулировку по или

, в зависимости от включенной схемы.

Переключатели верхнего и нижнего ряда имеют по одиннадцать фиксированных положений.

В среднем ряду левый переключатель имеет только два положения, соответствующие параллельной или последовательной эквивалент­ным схемам замещения, измеряемой величины.

Правый переключатель в среднем ряду имеет круговое вращение на 18 положений, из которых 7 положений - для измерения емкостей, 7 - для измерения индуктивностей, а 4 промежуточных положения ис­пользованы для разделения включений.

Методика проведения испытаний

1. Установить все рукоятки на панелях генератора и индикатора в положения, согласно их правилам пользования. Установить требуемую частоту. Рукоятку регулировки напряжения генератора поста­ вить в крайнее левое положение. Рукоятку (чувствительности) индикатора поставить в одно из начальных положений (слева).

2. Рукоятки моста установить: - в верхнем ряду (отсчет С) и нижнем ряду (отсчет

- в средние положения; -в среднем ряду: левый переключатель в положение, соответ­ствующее выбранной схеме замещения, а правый - в одно из положе­ний измерения

3. Подсоединить измеряемый образец.

4. Включить шнур питания стойки в сеть 50 Гц 220 В(или 127 В). При этом загорается одна из ламп знака "запятая".После пятиминутного прогрева рукоятку регулировки выхода генератора перевести вправо (в среднее положение). _

5. мост уравновешивать при помощи рукояток верхнего и сред­него ряда, начиная с левых (более грубая регулировка), постепенно переходя к правым. Уравновешивать следует рукоятками верхнего и нижнего рядов, постепенно увеличивая чувствительность схемы руко­яткой на индикаторе нуля.

В том случае, если для достижения равновесия моста все руко­ятки верхнего ряда требуется устанавливать в положение (стрем ятся к набору больше 10), следует переключатель пределов (правый в среднем ряду) повернуть вправо на одно положение.

Если же рукоятки в верхнем ряду стремятся к набору "О", сле­дует переключатель пределов повернуть влево. Рекомендуется произ­водить измерения на таком пределе, когда набор в верхнем ряду бу­дет наибольшим. В отдельных случаях, при недостаточной чувстви­тельности схемы, можно увеличить напряжение генератора.

6. Измеренное значение емкости прочитывается в окнах верхне­го ряда переключателей. Число целых знаков отсчета отделяется за­ пятой (светящаяся точка).

Диэлектрическую проницаемость определяют по формуле

где - емкость испытуемого образца, Ф; ;

- толщина испытуемого образца, м;

- площадь электрода, м.

7. Измеренное значение или прочитывается в окнах нижнего ряда переключателей' с умножением на множитель в окне переключателя пределов.

Для испытания применяются плоские (круглые или квадратные) об­разцы размером (диаметром кругa или стороной квадрата) он до и толщиной Образцы не должны иметь видимых невооруженным глазом короблений, препятствующих плотному при­леганию электродов. Плоскости образцов должны быть строго парал­лельными.

Для получения зависимостей от температуры в работе

используется вакуумный сушильный шкаф. Измеряемые образцы помеща­ются в термокамеру и термостабилизируются при соответствующей тем­пературе 20 минут. Измерение диэлектрических параметров начинают с комнатной температуры. Повышая температуру через каждые (по указанию преподавателя) повторяют измерения при основной рабочей частоте 1000 Гц.

Для получения зависимостей от частоты приложенного

напряжения повторяют измерения твердых диэлектриков при

частотах, указанных преподавателем.