Материалы диэлектрические. Методы определения диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь в диапазоне частот от 100 до 5х10 в ст. 6 Гц

Недопустимо применение лаков и паст, содержащих раствори­тель, влияющий на свойства измеряемого материала;

2. в виде металлических нажимных электродов из стали по ГОСТ 5632—72, цветных или благородных металлов, устойчивых против коррозии и не окисляющихся после выдержки при повы­шенной температуре. Шероховатость рабочих поверхностей элек­тродов должна быть не хуже 10-го класса по ГОСТ 2789—73.

При нанесении электродов‘необходимо предохранять поверх­ность образца от загрязнений.

Материал электрода выбирается в соответствии с п. 3.3, а раз­меры электродов в соответствии с п. 3.2.

1. сопротивление подводящих проводов и их контактов с элек­тродами и измерительными приборами в сумме не должно превы­шать 0,03 Ом на постоянном токе;

2. давление электрода на образец должно быть 10±2 кН/м²;

3. тангенс угла диэлектрических потерь электродного устрой­ства не должен превышать 0,0001.

При частотах свыше 1 МГц применение этой ячейки обязатель­но.

Измерительная ячейка с микрометрическим винтом должна от­вечать следующим требованиям: ‘

1. погрешность отсчета и установления расстояний между электродами t" должна быть в пределах ± (0,01 /"-+-0,00025) см;

2. диаметр электродов должен выбираться в соответствии с п. 3.2. Наиболее удобен диаметр 5 см. При этом максимальная ем­кость конденсаторов, получаемая сближением электродов, должна быть не менее 600 пФ;

3. рабочие поверхности электродов должны быть притерты друг к другу и иметь шероховатость не хуже 10-го класса по ГОСТ 2789—73;

несоосность электродов не должна быть более 0,01 см. При измерении образец помещают между электродами измерительной ячейки и подвижный электрод опускают до тех пор, пока образеці

Измерительная ячейка

Черт. 3

/—микрометрическая головка; 2—пространство для образца; 3—металлические клеммы; 4—плавленый кварц; 5—подвиж­ный электрод; б—неподвижный электрод; 7—металлический сильфон

л

' ' ''

не будет зажат между пластинами. По микрометру отсчитывают расстояние между электродами. При наличии нанесенных на обра­зец электродов их толщина вычитается из отсчитанного по мик­рометру расстояния.

При втором измерении образец вынимают и устанавливает та­кое расстояние между электродами t", чтобы емкость измеритель­ной ячейки осталась такой же. как при измерении с образцом.

Этот метод, в основном, используется для измерения диэлектри­ческой проницаемости.

В случае использования системы, заполненной воздухом, изме­нением расстояния между электродами подбирается одинаковая

емкость системы при измерении с образцом и без него. При этом можно использовать охранный электрод.

При использовании метода погружения подбирается жидкость, диэлектрическая проницаемость которой близка или равняется диэлектрической проницаемости образца, а тангенс угла диэлек­трических потерь пренебрежимо мал. В этом случае результат из­мерения практически не зависит от толщины образца.

Если применяются две жидкости, толщина образца из формулы Для определения є исключается.

4. П

   4.1. Определение потерь конденсатора щих требованиям п.

   РОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ

емкости и тангенса -угла диэлектрических, на установках или приборах, удовлетворяю- 2.1, проводится в соответствии с правилами работы на них, утвержденными в установленном порядке.

Примечание. В образцах под действием температуры могут происхо­дить структурные изменения, влияющие на результаты испытаний, поэтому пос­ле окончания измерений в условиях повышенной (пониженной) температуры рекомендуется производить дополнительные измерения при исходной темпера­туре, чтобы определить, не вызвало ли действие высоких (низших) температур изменений в образце.

4. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЯ

   2. Относительная диэлектрическая проницаемость диэлектри­ческого материала е определяется как отношение емкости С_х конденсатора, в котором пространство между и вокруг электродов полностью заполнено испытываемым диэлектрическим материа­лом, к емкости таким же образом расположенных электродов в . вакууме С_о. .

(3)

При определении относительной диэлектрической проницае­мости диэлектрического материала По формуле (3) можно заме­нить с практически достаточной точностью межэлектродную ем­кость, в вакууме Со межэлектродной емкостью в воздухе С_в, так как относительная диэлектрическая проницаемость сухого воздуха при нормальных атмосферных условиях близка к единице (е_в= 1,00053).

р

вухэлектроднои системы определя-

потерь определяется по форму-

величины С_х и tgd равны их

■-> ’’

микрометрических электродов

азца С_х при использовании ется по формуле (1).

Тангенс угла диэлектрических ле (2).

Для трехэлектродной системы измеренным значениям.

(п. 3.4.3) при применении контактных методов измерения диэлек­трическая проницаемость е твердых образцов определяется по формуле

(4)

г

пластинами конденсатора без образ-

де t' — толщина образца; і" — расстояние между

Примечание. В этом случае диаметр образца должен быть больше диа- метра электрода не менее чем на двойную толщину образца.

при измерениях на приборах или установках, приспособленных для непосредственного измерения тангенса угла диэлектрических потерь, по формул

егде tgdi—тангенс угла диэлектрических потерь конденсатора с образцом;

fg6₂ — тангенс угла диэлектрических потерь конденсатора без образца;

Ci — полная емкость конденсатора с образцом, пФ;

С

(6)

, — емкость образца, пФ, определяемая по формуле С_х=0,0695-4т- ,

где а — диаметр электрода;

п

рез

ри измерении на приборах или установках, приспособленных для определения добротности измеряемой цепи (резонансные ме­тоды), по формуле

(7)

где Qi — добротность контура, когда между пластинами конден­сатора находится образец;

Q₂— добротность контура, когда образец удален;

Срез — полная емкость контура, пФ, равная емкости эталонного конденсатора настроенного прибора, когда измеряемый конденсатор отключен;

С_х — емкость испытуемого образца, определяемая по форму­ле (6).

1. для трехзажимных ячеек

(8)

,

испьь

е С] — емкость измерительной ячейки, пФ, заполненной тываемым жидким диэлектриком;

С_о — емкость измерительной ячейки с воздухом, пФ;

2. для двухзажимных ячеек

(

1 ц

0 Сп

9)

г

(Ю).

де С_п— постоянная ячейка, пФ, определяемая по формуле

величину I'

0;

Сх==——X 1 +tg’6x

(СН-АС) • (J+tg^{2 3}6_c)

C_t4-Af[C_f— (Cf+ДС) • (14-tg²6_c)]

tg 6i = tg бс +Atg SAfX (Cf+AC) (l+tg²6_c) Ct 4-JM [C_f- (C_t+AC) (1+ tg²6_c)]

г Таблица 3

Формулы для вычисления диэлектрической проницаемости и тангенса угла
диэлектрических, потерь при измерениях с применением бесконтактных электродов

Диэлектрическая проницаемость Тангенс угла диэлектрических потерь tg б

1. Микрометрические электроды в воздухе (с охранным кольцом)

или, если выравнивается на новую

Если tg6_x<0_ol, то применимы формулы

ЄїСо+ДС t

tg 6x==tg6c+Atg 6Х

4. Электроды в форме плит—метод двух жидкостей

Примечание. АС — изменение емкости системы при вложении образца (положительное, если емкость увеличивается); Ci — емкость системы с образ­цом; A tg б — увеличение тангенса угла диэлектрических потерь системы после вложения образца; tg б_с — тангенс угла диэлектрических потерь системы с об­разцом; ґо—расстояние между плитами; /—средняя толщина образца Л4 = /-УЗ"!. ;

Cf — Ef-Co — емкость системы только с жидкостью; et — диэлектрическая про­ницаемость жидкости при температуре измерения (для воздуха е_в = 1,00); С_о — емкость системы в вакууме для данного расположения электродов, пФ;*

А

Со — 0,08854 где А — площадь образца, см² (или площадь электрода, если

/о

размеры образца такие же, как размеры электрода или больше); do — внешний диаметр внутреннего электрода, di — внутренний диаметр образца; da — внеш­ний диаметр образца; ds — внутренний диаметр внешнего электрода. При мето­де двух жидкостей индексы 1 и 2 приходятся соответственно на первую и вто­рую жидкость.

С

(10)

о • Єк—Ск

где С_к — емкость измерительной ячейки, пФ, заполненной жидкостью с заранее известным значением є_к (так называемой градуировочной или калибровочной жидкостью).

1. д

   Со

   ля трехзажимных ячеек

(11>

2. для двухзажимных ячеек

(12) где Со и tgdo — емкость, пФ, и тангенс угла диэлектрических по­терь измерительной ячейки соответственно;

Ci и tgdі — емкость, пФ, и тангенс угла диэлектрических по­терь измерительной ячейки, заполненной испы­туемым жидким диэлектриком соответственно.

где Ді = є—еі или Ai = t^d—tgdi;

п — число измерений; єь tgdi — измеренные значения диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь соответствсн-

_ но; ’

₽, tg6 — среднеарифметические значения диэлектрической про­ницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь соответственно. ,