Государственная система обеспечения единства измерений. Относительная диэлектрическая проницаемость и тангенс угла потерь твердых диэлектриков. Методика выполнения измерений в диапазоне частот от 10 в ст. 9 до 10 в ст. 10 Гц

измеряют резонансные частоты, соответствующие типам коле­баний Е_тМ, f,_a (аналогично указанному в п. 6.3);изменяя частоту генератора в большую и меньшую стороны от Л , определяют частоты ft и ftz, при которых уровень сигнала по индикатору выходного уровня составляет половину уровня при час­тоте Г ;

определяют частотную ширину резонансной кривой

А/=|А-Л1; (6)

измерения проводят не мене трех раз, -Вычисляя среднее ариф­метическое значение резонансной частоты fe_n и ширины резонан­сной кривой Д/, округляя результат до ±0,5 МГц;

рассчитывают нагруженную добротность ячейки по формуле а тангенс угла диэлектрических потерь по формуле

где Qo — нагруженная добротность пустого резонатора^ приво­дится в нормативно-технической документации на ячейку;

1,3 — коэффициент добротности, определяется как отноше­ние нагруженных добротностей резонатора, заполненного диэлек­триком, с металлическими крышками и электродами из фольги.

7. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

   1. При использовании метода «вариации длины резонатора» относительную диэлектрическую Проницаемость) с вычисляют с точностью до трех значащих цифр по формуле

•=(V + O. (9)

где Х_кр = 1,640-7? —■ критическая длина волны, мм;

R — радиус резонатора, мм;

X — длина волны на частоте измерения, мм;

d — толщина образца диэлектрика, мм;

х — безразмерная величина, определяемая уровнем

tgx _ tg Po(X + d)

X ~ M ’

где L — смещение, измеренное в п. 6.1, мм;

О і. 1

Ро=;— — фазовая постоянная, мм" , ^ЛВ.

'%_в — длина волны в резонаторе, измеренная по п. 5.1, мм.

тангенса угла диэлектрических потерь tg 6 вычисляют с точностью до двух значащих цифр по формуле

где А — ослабление, вносимое образцом диэлектрика, измеренное

1о — резонансная длина резонатора без образца, мм;

Qo — нагруженная добротность резонатора без образца ди­электрика;

d — толщина образца диэлектрика, мм.

т] вычисляют с точностью до двух-трех значащих цифр по фор-

Отношение потерь вычисляют с точностью до трех значащих цифр по формулам:

где /? — радиус резонатора, мм;

1г — резонансная длина резонатора с образцом диэлектри­ка, мм.

Примечания:

1. Радиус резонатора К и нагруженная добротность Qo должны быть ука­заны в нормативно-технической документации.

2. При оценочных измерениях тангенса угла диэлектрических потерь tg б МОЖНО принять Т)=1.

3. При измерениях тангенса угла диэлектрических потерь tg6>0,001 по­тери на связь можно не учитывать, т. е. при расчетах принимать Х=0.

Программа расчета относительной диэлектрической проницаемости е и тан­генса угла диэлектрических потерь tg б на ЭВМ приведена в справочном при­ложении 7.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Справочное

Измерительная ячейка типа 0Р-2М

7—•основание; 3—микрометрическая головка; 3—поршень; 4— образец диэлектрика; <5—фланец; 6—резонатор; 7—поглоти­тель; в—волновод; 9—отверстия связи

Диапазон измеряемых значений относительной диэлектрической проницае­мости є от 1,5 до 200, тангенса угла диэлектрических потерь tg 6 от 1-Ю-⁴ до 1-Ю-²;

произведение e-tg б не более 0,2.Измерительная ячейка типа ИЯМТ

/—корпус ячейки; 2—электрод из фольги; 3—резиновая прокладка; 4—крыш-
ка; 5-—коаксиальный разъем; 6—возбуждающий элемент; 7—образец диэлек-

трика

Технические характеристики ячеек ИЯМТ

Прижимное устройство

1—основание; 2—часовой индикатор; 3—платформа; 4—плава­ющая прижимная платформа; 5—ручка управления; 6—винто­вая пара; 7—корпусПРИЛОЖЕНИЕ 4

Обязательное

ПОДГОТОВКА ОБРАЗЦОВ ДИЭЛЕКТРИКОВ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ
МЕТОДА «ВАРИАЦИИ ДЛИНЫ РЕЗОНАТОРА»

1. Образец диэлектрика должен быть выполнен в форме диска диаметром 50Z0,050 ^мм (^см- чертеж).

2. Отклонение от параллельности торцов образца не более 0,03 мм, отклоне­ние от перпендикулярности боковой поверхности к торцу не более 0,05 мм.

3. Высоту образца d вычисляют по формуле

к
d=0,5m—_г ■ =—

/«-пта ’

где Л — длина волны на частоте измерения, мм;

R — радиус резонатора, мм;

m — целое число, равное 1, 2, 3 ....

Высоту образца можно округлить до целого числа, но не более чем на 0,Id

m

Предпочтительнее для измерений использовать образцы диэлектриков с та­ким значением d, чтобы т=1.

Примечания:

1. Предварительное измерение можно проводить на образцах толщиной I—2 мм.

2. Высоту образца измеряют в десяти точках, указанных на чертеже с по­грешностью не более ±0,01 мм. Вычисляют среднее арифметическое значение этих измерений.

60°

4. Обработка образцов не должна изменять свойств материала. Способ об­работки должен быть указан в НТД на материал.

5. Нормализация и кондиционирование образцов — по ГОСТ 6433.1—71.

ПРИЛОЖЕНИЕ 5

Обязательное

ПОДГОТОВКА ОБРАЗЦОВ ДИЭЛЕКТРИКОВ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ
МЕТОДА «ВАРИАЦИИ ЧАСТОТЫ И ТИПОВ КОЛЕБАНИЙ»

1. Образец твердого диэлектрика должен быть выполнен в форме диска с размерами, указанными в таблице.

   Тип ячейки	Относительная диэлектри­ческая проницаемость образца в	Размеры образца, мм
   		Диаметр	Высота
   иямт-ік	От 2 до 4	гп—0,025 ои-0,050	10-0,12
   ИЯМТ-2К	От 4 до 40	ід—0,016 1 -0,033	Ю —0,12

2. Отклонение от параллельности торцев образца — не более 0,03 мм, от­клонение от перпендикулярности боковой поверхности к торцу — не более 0,03 мм, микронеровности на торцевой поверхности образца — не более 0,5 мкм.

3. Высоту образца измеряют не менее чем в десяти точках, равномерно рас­пределенных по поверхности образца.

4. Диаметр образца измеряют не менее чем в шести направлениях, распо­ложенных под одинаковыми углами по отношению друг к другу.

5. Обработка образцов не должна изменять свойств материала. Способ об­работки должен быть указан в нормативно-технической документации на ма­териал.

6. Нормализация и кондиционирование образцов по ГОСТ 6433.1—71.

ПРИЛОЖЕНИЕ 6

Справочное

Значения корней функции Бесселя

ПРОГРАММА РАСЧЕТА ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ е И ТАНГЕНСА УГЛА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ tg б ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ МЕТОДА «ВАРИАЦИИ ДЛИНЫ РЕЗОНАТОРА»

DIMENSION Е (20), TGD (20)

INTEGER QZ

Р = Ч 141 5927 * 9

READ (5,91) R, AL1, AL2, Q0

91 FORMAT (3F7.2.15)

PRINT 92, R, AL1, AL2, Q0

92 FORMAT (2X, 2HR = , F6.2.5 H AL1 = , F6.2.5 H AL2 = , F6.2.4 H Q0=, 15) PRINT 93

93 FORMAT (2X, 30 (2H**))

1 READ (5,94, END = 77777) D, AL0, ALE, BL0, AN0, ANE, EMAX

94 FORMAT (7F9.3)

PRINT 95, D, AL0, ALE, BLB, AN0, ANE, EMAX

95 FORMAT (2X, 3H D = ,F7.3,5H AL0=,F7.3,5 H ALE = ,F7.3,5 H BLB = , F7.3, * 5H AN0=, F7.3.5 H ANE*=.F7.3,6 H EMAX=, F5.1)

PRINT 96

96 FORMAT (2X, 25 (2H ) )

AL=AL0—ALE

BZ=P/BLB

CPL=1.64*R

AM=0.186* (BLB/R)**3

AK=rAM/(SQRT (AL1/AL2)— 1)—2*(AM+I.)

P2=ALE/R* (BLB/CPL)**2

R3=AL0/R* (BLB/CPL)**2

BL = BLB/SQRT (1 + (BLB/CPL)**2)

Z=P*0.25

Y=BZ* (AL + D)

Y=SIN (Y)/(BZ*D*COS (Y))

M=0

2. M=M+1

IF (M.LE.5Z) GO TO 3

PRINT 97

97 FORMAT (2X, 13HEPS.LT.EPSMAX)

GO TO 1

2. Z=Z + P/2.

XI =z

Y1 = (SIN (X1J/COS (X1))/X1

IF (Yl.LE.Y) GO TO 5

2. Y2 = Y1

X2 = X1

X1 = X2—l.E—1

Y1=(SIN (X1)/COS (X1))/X1

IF (Y1.LE.Y) GO TO 6

GO TO 4

2. X2=X1 + 1.E— 1

Y2=(SIN (X2)/COS (X2))/X2

IF (Y2.GT.Y) GO TO 6

X1 = X2

Y1=Y2

GO ТО 5

2. DC 8 1 = 1,20

Х= (XI +Х2)*0.5

YY=(SIN (X)/COS (Х))/Х

IF (YY.GT.Y) GO ТО 7

Y1=YY

xi=x

GO ТО 8

2. Y2=YY Х2 = Х

3. CONTINUE

Е (М) = (BL/CPL) **24- (X*BL/(P*D))**2

AN2=(X/(BFD))* *2

TG2=(SIN (X)/COS (X))- 2

AF= (AN2 + TG2) /(1.4- TG2—YY)

P1 = AN2* (1.+TG2) / (AN2+TG2)

AF= (1.+P1 +P2+AK)/(2.+P3+AK)

AN=AN0—ANE

TGD (M)=AF*ALF (IF* (AN/20.)-AP)/(E(M)*D*Q0)

IF (E (M).LT.EMAX) GO TO 2

M=M—I

PRINT98, (E (I), 1=1, M)

PRINT 99, (TGD (I), 1=1, M)

98 FORMAT (6X, 5HE (I)=, 10F10.4, (/ІИЕІЙАН

99 FORMAT (6X, 7HTGD (I)=, 1P10E1Z2, (1P1ZE10.2)) PRINT 93 GO TO 1

77777 CONTINUE

STOP END

1. Описание задачи

Предложенная программа вычисляет значения относительной диэлектричес­кой проницаемости є и тангенса угла диэлектрических потерь tg 6 твердых ди­электриков по формулам настоящего стандарта (пп. 7.1, 7.2). Для решения транс­цендентного уравнения tgx tg₽₀(Z.;-rf)

используется градиентным метод.

2. Описание программы

Программа написана на алгоритмическом языке ФОРТРАН и реализована на ЕС ЭВМ.

В программе используются следующие стандартные функции:

SQRT — вычислить корень квадратный вещественного аргумента;

SIN — вычислить синус угла (вещественный аргумент в радианах);

COS — вычислить косинус угла (вещественный аргумент в радианах).

За один проход программа обсчитывает одно измерение. Трансляция и ре­дакция программы осуществляются за 11, 16 с, обработка одного измерения осу­ществляется за 0,78 с.

3. Сообщения об ошибках

Программа сообщений об ошибках не вырабатывает.

4. Входные данные

Входные данные вводятся по форматам, указанным в программе.

На входе задаются;

R — радиус резонатора R, мм;

AL1, AL2 — показания индикатора a_t и а₂ (см. п. 5.1 настоящего стандарта);

QZ — нагруженная добротность резонатора без образца диэлектри­ка Q_o;

D — толщина образца диэлектрика d, мм (см. обязательное прило­жение 4);

ALZ — резонансная длина резонатора без образца диэлектрика /о, мм (см. п. 6.1);

ALE —■ резонансная длина резонатора с образцом диэлектрика /_е , мм (см. п. 6.1);

BLB — длина волны в резонаторе Z._B , мм (см. п. 5.1);

ANJ®, ANE — ослабление, введенное аттенюатором до и после помещения об­разца диэлектрика в резонатор А_о, А _г, дБ (см. п. 6.2);

ЕМАХ — предполагаемая максимальная относительная диэлектрическая проницаемость е образца диэлектрика.

1-я карта вводит величины R, AL1, AL2 по формату 7.2, величину QZ — по формату 15. Число карт, следующих за первой, равно числу измерений.

2-я карта и следующие за ней вводят величины D, AL0, ALE, BLB, AN0, ANE, ЕМАХ по формату F 9.3.

См. пример распечатки входных данных программы.

5. Карты управления

Для работы программы необходимо составить следующее задание, выполня­ющее трансляцию с языка ФОРТРАН, редакцию и вычисление.