---

ГОСТ 27 4 96.1-87 Материалы электроизоляционные. Методы определения диэлектрических своіСтр. 1 из 16.пах ci

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ
СОЮЗА ССР

МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
TP PP TP j у Л2 00 М Г*¹д

ГОСТ 27496.1—87, ГОСТ 27496.2—87

(МЭК 377—1—73, МЭК 377—2—77)

И

Цена 15 коп.

здание официальное

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО СТАНДАРТАМ
Москва

Группа Е39

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

СОЮЗА ССР

УДК 621.315.61.019.3:006.354

МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ

М

ГОСТ 27496.1—87

(AlЭК 377—1—73)

етоды определения диэлектрических
свойств на частотах свыше 300 МГц.

Общие положения

Electrical insulating materials Methods for
determination of the dielectric properties
at frequencies above 300 MHz. General

ОКСТУ 3490

Срок действия с 01.01.90

до 01.01.95

Несоблюдение стандарта преследуется по закону

ВВОДНАЯ ЧАСТЬ

Методы определения диэлектрических свойств электроизоля­ционных материалов можно грубо разделить на две основные группы:

1. методы измерения элементов цепей с сосредоточенными параметрами можно использовать, когда длина волн приложен­ного электромагнитного поля велика по сравнению с размерами образца. Эти методы рассматриваются в Публикации МЭК 250;

2. методы измерения характеристик цепей с распределенными параметрами используют тогда, когда больше нельзя игнориро­вать вариацию напряженности электромагнитного поля по всему образцу. В настоящей рекомендации описаны методы, в которых учтено распределение волн в диапазоне частот от 300 МГц до оптических.

В

Издание официальное

узком диапазоне «критической» частоты около 300 МГц (заштрихованный участок на чертеже) можно использовать какой-либо из основных методов в зависимости от размеров и диэлектрической проницаемости образца.

Перепечатка воспрещена © Издательство стандартов, 1988

1Система NormaCS® www.normacs.ru 16.06.200718:14:59

Методы измерения на переменном токе to

—( ,

МостХарриса

Сг X <Ъ

ЧЇ

*

IsItS

І&

§ s *4

ё.§

Методы моста

Резонансные методы

Резонансные методы

Методы измерении полного сопротив­ления на Входе

Оптические методы

(1О*Гц)

<

S’

Мосты Шеринга

Трансформаторные мосты

Метод переменной реактивной проводимости

¹ r¹¹ I '■■■■ '■■“

Метод О.-метра

См настоящие
стандарт

Lgf-voO 1 2 3 В 5 6

f 0 1 10 50 ЮОҐц 1 10 ЮОКГи, 1

зоокм за

Проходные резонаторы ₁.. , ; Объемные резонаторы

л I/ Z в ,_1<м і > і

/ /Коаксиальный Оптически резонанс

/ / резонанс ( і .-- ■ ■ ■ ..---■

■ / - / ЩелеВая линия

, Н

’ V ■■( I ’

клинил Полый валноВад мосты

Г? I I I

Оптический полый

Волновод

7 8 9 10 11 12 13

10 ЮОМГи, 1 10 ЮОГГц 1 10 ТГц

з зоом зо з зоомм за з зоомкм за

2 ГОСТ 27496.1-87 (МЭК 377

ГОСТ 27496.1-87 (МЭК 377-1-73) С. 3

1. ЦЕЛЬ И ОБЛАСТЬ РАСПРОСТРАНЕНИЯ

Настоящий стандарт устанавливает методики определения от­носительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь, а также связанных с ними характеристик диэлектрических материалов, например, коэффициента диэлек­трических потерь в микроволновом диапазоне частот (т. е. от 300 МГц до оптических частот). В отличие от методов испытания при низких частотах (см. Публикацию МЭК 250) методы испыта- ния, рассматриваемые в настоящем стандарте, предусматривают использование испытываемых образцов и испытательных уст­ройств таких размеров, которые превосходят или сопоставимы с гггттлттгчгг ПАПІТ ci ttzitZ ГТАТТП ПП1Т ІІРРТЛТА ПЛ ТТТЛ'ГЯ Х4 СТ

I И Н ( ) Л ВОЛН Лчііл UOD<1C14 Гіг! 1 ПЛ w llV/vlzl IlL/Jrl HavlUIC xlvllol 1 иППл. Теоретически описываемые методы применимы только к материа­лам с магнитной проницаемостью, равной проницаемости абсо­лютного вакуума. Достаточно достоверные результаты получают для диа-и парамагнитных материалов (так называемых немаг­нитных материалов); для ферро- и ферромагнитных материалов нужно выбрать специальные методики, учитывающие раздельно диэлектрические и магнитные свойства. Однако эти последние методы не включены в настоящий стандарт.

Замечание о магнитных свойствах. Образцы, обнаруживающие магнитные свойства, можно испытывать в соответствии с этим стандартом, если магнитная проницаемость доведена до насыще­ния с помощью статического магнитного поля достаточной на­пряженности.

Описанными методами можно измерять жидкие и плавкие материалы, а также твердые материалы при условии соблюдения особых предосторожностей и применения измерительных ячеек соответствующей конструкции.

Величина измеренных характеристик зависит от физического воздействия, например, частоты, температуры, влажности, а в осо­бых случаях от напряженности поля.

Все измерения и расчеты по настоящему стандарту даны ис­ходя из синусоидальной формы волны с угловой частотой о — 2nf

2. ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Примечания:

1. Все определения относятся только к диэлектрическим материалам с магнитной проницаемостью абсолютного вакуума,

2. При формулировании терминов, относящихся к распространению волн и используемых в настоящем стандарте, следует ссылаться на группы 05 и 62 Международного электротехнического словаря,

€ 4 ГОСТ 27496.1—87 (МЭК 377—1—73)

Комплексная относительная диэлектрическая проницаемость є/⁴ диэлектрических материалов выражается формулой

а

~ * _7 : „ Н ’-Х

— ° r J ^cr _r
Gq

где C_x*—комплексная емкость малого¹ конденсатора, в котором пространство между электродами и вокруг них запол- ясно только ряссмятривясмым диэлектрическим мяте* Я

С_о — емкость электродов той же конфигурации в абсолют­ном вакууме.

Примечание, Комплексную емкость конденсатора определяют по формуле

Л ,_ЛГ* * V * /Т ! f _/лГ*

I ш * J *1* й/ " V*

где G — действительная часть (активная проводимость при переменном токе);

jcoCx — мнимая часть комплексной полной проводимости У*_х упомянутою конденсатора.

Когда длина волн приложенного электромагнитного поля с по­вышением частоты достигает размеров используемого образца» нельзя больше не учитывать изменения параметров электричес­кого (и магнитного) поля. Поэтому для правильной интерпрета­ции данных измерения переходят от анализа цепей с сосредо­точенными параметрами к волновому анализу и теории пере­дающих линии. с)то повышает чувствительность результатов из­мерений к неоднородности и анизотропии образцов. Из сказан* ного следует, что относительная комплексная диэлектрическая проницаемость 8_Г* диэлектрических материалов пропорциональ­на квадрату отношения комплексной постоянной распространения у = а + /р электромагнитной волны в диэлектрическом материале к величине уо—/ро в абсолютном вакууме:

где ко — длина волны в свободном пространстве, а

к_с— критическая длина волны используемого типа.

Примечания:

1« У плоских волн или волн типа ТЕМ —

2. Относительная диэлектрическая проницаемость сухого воздуха, свобод­ного от двуокиси углерода, при 293К и нормальном атмосферном давлении равна 1,00053, так что практически для определения относительной диэлект-

ГОСТ 27496.1-87 (МЭК 377—1—73) С. 5

рической проницаемости вг твердых материалов и жидкостей с достаточной точностью вместо Со, Со и у_Ої измеренных в абсолютном вакууме» можно использовать С_а, Са и у_а измеренные в воздухе.

3« Комплексная (абсолютная) диэлектрическая проницаемость диэлектри* ческого материала равна произведению его комплексной относительной диэлектрической проницаемости и электрической постоянной (диэлект­рической проницаемости абсолютного вакуума) е_й:

В системе СИ единицей абсолютной диэлектрической проницаемости является фарада на метр (Ф/м), а электрическая постоянная е₀ равна сле­дующей величине

е₀= 8,854-10-¹²«—— . 10-9. (3)

ц_ос_о$ 36 5

Относительная диэлектрическая проницаемость e^zr диэлек­трического материала, являющаяся действительной частью ком­плексной относительной диэлектрической проницаемости, опре­деление которой дано в п. 2.1, определяется по формуле

_еЗ=_££_ = Хг[!ї±.4-_1_1 (4)

Со L (2к)2^П Ц J

Примечание. Если диэлектрические характеристики количественно вы­ражены реальными цифрами, т. е как и tgd (см. п. 2.4), а не e^z_r и $"_Г9 то примечание опускают

s'_r=s_n

Коэффициент диэлектрических потерь 8^zz_r диэлектрического материала является мнимой частью относительной комплексной диэлектрической проницаемости, определение которой дано в п* 2.1, определяется по формуле

_е"₌_Ої_=/2о.у._2І. (5)

к®С₀ « / 2

Тангенс угла диэлектрических потерь tgd диэлектрического материала есть тангенс угла сдвига-фаз (угла потерь д) между напряженностью поля Е и полученным в результате электричес­ким смещением в изоляционном материале при синусоидальном изменении обеих этих характеристик во времени на одной и той же угловой частоте.

Так как компоненты поля Е и D в диэлектрике вообще не под­даются измерению, тангенс угла диэлектрических потерь в дан­ном объеме диэлектрического материала измеряют как отноше­ние рассеянной за половину периода энергии к величине 2я раз 2—1714 5

С. 6 ГОСТ 27496.1—87 (МЭК 377—1—73)

большей средней энергия, накопленной в данном объеме за поло­вину периода колебаний. Это отношение также эквивалентно

с"

tg (6)

Є _r

Обратную величину тангенса угла диэлектрических потерь называют добротностью (фактором Q)

3. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ
   ХАРАКТЕРИСТИКИ МАТЕРИАЛА

Диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектричес­ких потерь данного диэлектрического материала определяются диэлектрической поляризацией испытуемого образца. На резуль­таты измерений влияют различные внешние и внутренние физи­ческие параметры, например, частота, температура, напряжен­ность электрического поля, ионизирующая радиация, влага и другие примеси, химическая структура, однородность, изотропия й т. п.

Поэтому для четкой интерпретации результатов испытания необходимо знать состояние образца и контролировать все упомя- нутые выше параметры.

Ниже поочередно рассматривается влияние частоты, темпера­туры, влаги и других примесей, физической и химической струк­туры и напряженности электрического поля на измеренные диэлектрические характеристики.

Примечание Диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлект­рических потерь, измеренные в диапазоне частот, на который распространяется настоящий стандарт, имеют основным своим источником дипольную поляриза­цию полярных молекул и атомную поляризацию.

Что касается технических материалов, то е'₇ и Igd не постоян­ны в широком диапазоне частот, в котором они могут найти при­менение. Необходимо измерять тангенс угла диэлектрических по­терь и диэлектрическую проницаемость на тех частотах, на кото­рых используются диэлектрики. Для точной интерполяции дан­ных, измеренных на нескольких частотах, иногда можно получить кривую Дебая, описывающую область поглощения и эффективно использовать диаграмму Кола-Кюла*

Поляризуемость диэлектрика зависит и от его температуры. Поэтому с изменением температуры меняется и частота макси- 6ГОСТ 27496.1—87 (МЭК 377—1—73) С. 7

мяльного значения коэффициента диэлектрических потерь (а соответственно и tgS). В соответствии с этим температурный коэффициент e^zz_r может быть положительным или отрицатель­ным в зависимости от положения максимального значения 8^zz_r относительно частоты измерения и температуры испытания. Особое внимание обращают на то, что необратимые изменения диэлектрических характеристик исследуемого материала могут происходить быстро, например, в ходе измерений при повышен­ных температурах.