Устройство и принцип работы стенда

4.1. Стенд, рис. 5, состоит из термостата, осуществляющего установку, измерение, автоматическую поддержку температуры образца диэлектрика и прибора измерительного (тераомметра) измеряющего поверхностное R_s и объемное R_v сопротивление образца. По результатам измерения R_s и R_v с учетом геометрических размеров электродов вычисляется удельное r_s и объемное r_v сопротивления диэлектрика.

Рис. 5. Общий вид стенда

4.2. Нагрев осуществляется внутри рабочей камеры термостата, куда помещается приемная кассета с исследуемым диэлектрическим образцом. Конструкция рабочей камеры термостата обеспечивает одинаковую температуру во всем рабочем объеме и равновесие между температурой образца и среды. Измерение, регулирование и поддержка заданного температурного режима осуществляется по показанию чувствительного термодатчика, установленного стационарно внутри рабочей камеры термостата.

Предварительная установка значения требуемой температуры производится кнопками с индикацией на цифровом 3-х разрядном индикаторе, далее процесс разогрева (или остывания) до заданной температуры, а также ее поддержка осуществляется автоматически.

Контроль текущего температурного режима относительно заданного осуществляется тремя световыми индикаторами: "Б"– больше; "Н"– норма; "М"– меньше. Предусмотрена звуковая сигнализация при равенстве текущей температуры заданной. Значение текущей температуры выводится на цифровой 3-х разрядный индикатор нажатием кнопки ИЗМЕР.t.

Диаметр электрода С, мм
Внутренний диаметр электрода К, мм.
Наружный диаметр электрода К, мм.
Диаметр или сторона электрода H, мм.
Величина зазора между электродами С и К, мм	2±0.2

Рис. 6. Расположение электродов и их рекомендуемые размеры.

4.3. Объектами исследования могут быть плоские образцы различных твердых диэлектриков с заранее нанесенными на поверхность электродами или эластичные (резиноподобные) диэлектрики с нажимными сменными электродами .

В процессе измерения R_v электрод "С" является измерительным, электрод "Н" - электродом напряжения, электрод "К" – охранным (рис. 6).

В процессе измерения R_s электрод "С" является измерительным, электрод "К" - электродом напряжения, электрод "Н" – охранным (рис. 6).

4.4. Конструкция.

Конструктивно термостат и тераомметр выполнены в виде настольных блоков, соединенных соединительным шнуром, рис. 5. Назначение органов управления и присоединительных разъемов приведено ниже.

Рис. 7. Внешний вид передней (А) и задней (Б) панелей термостата.

4.4.1 Термостат (порядковые номера соответствуют рис. 7):

1 – "ИЗМЕР.t" - кнопка вывода на цифровой индикатор значения текущей температуры и включения режима регулирования после включения питания.

2 – "СЕТЬ" - выключатель питания.

3 – Светодиод "Б" - индикация превышения температуры в рабочей камере термостата относительно заданной.

4 – Светодиод "Н" - индикация равенства температуры в рабочей камере термостата и заданной.

5 – Светодиод "М" - индикация пониженной температуры в рабочей камере термостата относительно заданной.

6 – Цифровой 3-х разрядный индикатор температуры.

7 – "УСТАНОВКА t - и +" - кнопки установки задаваемой температуры нагрева.

8 – Приемная кассета для установки образца в рабочей камере.

9 – "R_v / R_s" - тумблер переключения режимов измерения объемного или поверхностного сопротивления.

10– Выход к тераомметру.

11– Зажимы для закрепления приемной кассеты в рабочей камере термостата.

12– Вилка для подключения сетевого шнура питания.

13– Сетевые предохранители.

14– Клемма защитного заземления.

15– Жалюзи приточной вентиляции.

4.4.2 Тераомметр Е6-13А (порядковые номера соответствуют рис. 8):

1 – Ручка установки нуля точно.

2 – Кнопка замыкателя входа.

3 – Высокоомное входное гнездо "r_х".

4 – Входное гнездо "+" источника измерительного напряжения.

5 – Гнездо для подключения экрана.

6 – Выключатель питания.

Рис. 8. Внешний вид передней (А) и задней (Б) панелей тераомметра Е16-13А.

7 – Индикатор включения прибора.

8 – Переключатель поддиапазонов измерения.

9 – Корректор механического нуля.

10– Индикатор включения измерительного напряжения 10 В.

11– Гнезда выхода на самописец.

12– Сетевые предохранители.

13– Клемма защитного заземления корпуса.

14– Переключатель измерительного напряжения 100 В/10В.

15– Ручка установки нуля грубо.

Рис. 9. Кассета с образцом диэлектрика

1 – основание (электрод Н); 2, 3 – прижимные винты;
4 – крепежный винт; 5, 6 – планки; 7 – контакт ХТ 3 (см. рис. 10); 8 – контакт ХТ 4 (рис. 10); 9 – контакт ХТ 1 (рис. 10); 10 – контакт ХТ 2 (рис. 10); 11 – электрод «С»; 12 – электрод «К»; 13 – образец диэлектрика;
14 – контакт ХТ 5 (рис. 10).

Рис. 10. Схема подключения электродов диэлектрика

1 – основание (поз. 1 рис. 9); 2 – прижимные винты (поз. 2 рис. 9);
3 – прижимные винты (поз. 3 рис. 9)

4.4.3 Приемная кассета термостата выполнена в виде съемного узла и предназначена для подключения электродов диэлектрического образца к измерительной цепи тераомметра и установки в рабочей камере термостата. Электрический контакт с электродами образца осуществляется при помощи прижимных винтов. Электрическая схема кассеты приведена на рис. 9, вид кассеты приведен на рис. 10.

ПОДГОТОВКА СТЕНДА К РАБОТЕ

5.1. Установите диэлектрический образец, для чего:

5.1.1 Оцените состояние поверхности образца на наличие влаги, загрязнение, окисления электродов и при необходимости очистите их.

5.1.2 Извлеките приемную кассету из рабочей камеры термостата предварительно освободив зажимы 11 рис. 7.

5.1.3 Расположите образец диэлектрика на основании 1 рис. 9 кассеты для чего предварительно выкрутите прижимные винты 2, 3 рис. 9 и, если диаметр устанавливаемого образца более 50 мм, выкрутите крепежный винт 4 рис. 9 и поверните планку 5 рис. 9 против часовой стрелки. Если испытуется образец
с заранее нанесенными "С", "К" и "Н" электродами (рис. 6),то он ложится на основание электродом "Н".

5.1.4 При использовании нажимных сменных электродов "С" и "К" из комплекта поставки, установите их на образец полированной поверхностью. Роль электрода "Н" в этом случае играет само основание кассеты.

5.1.5 Установите планку 5 рис. 9 на место (при необходимости).

5.1.6 Вкрутите прижимные винты 2, 3 в соответствующие планки 5, 6 рис. 9 выбрав необходимое отверстие в планках таким образом, чтобы винты 2 обеспечивали прижим и электрический контакт с электродом "С", а винты 3 - с электродом "К".

Примечание: Для обеспечения равномерного зазора (2 ± 0,2) мм между нажимными сменными электродами "С" и "К", перед прижимом по п. 5.1.6 в зазор равномерно устанавливаются калибровочные штыри из комплекта поставки, которые затем, после прижима по п. 5.1.6, извлекаются.

5.2 Вставьте приемную кассету в рабочую камеру термостата и закрепите ее зажимами 11 рис. 7.

5.3 Соедините шнур кассеты термостата 10 рис. 7 с тераомметром.

5.4 Включите шнур сетевой термостата в сеть 220 В, 50 Гц, включите выключатель питания "СЕТЬ". При этом цифровой индикатор должен показывать 15 °С и светиться индикатор "Б".

5.5 Выдержите термостат во включенном состоянии в течении 10 мин.

5.6 Тераомметр Е6-13А.

5.6.1 Проверьте положение кнопки замыкателя входа поз. 2 рис. 8, имеющей два положения:

нажатое – режим установки нуля;

отжатое – режим измерения.

Установите кнопку в нажатое состояние.

5.6.2. Установите с помощью механического корректора 9 рис. 8 стрелку прибора на нулевую отметку шкалы.

5.6.3. Включите шнур питания в сеть 220 В, 50 Гц, переведите
выключатель питания в положение "СЕТЬ ВКЛ". При этом должна светиться индикаторная лампочка. Стрелка прибора должна установиться на нулевую отметку шкалы в течении 1 мин.

5.6.4. Выдержите тераомметр включенным в течение 30 мин.

5.6.5. Выберите и включите требуемое измерительное напряжение. Измерительное напряжение на входных гнездах тераомметра может быть выбрано равным 100 или 10 В с помощью переключателя, расположенного на
задней панели. При включении измерительного напряжения 10 В на передней панели тераомметра светится индикаторная лампочка х0,1 [10 v]. Это означает, что полученный по прибору результат измерения следует умножить на 0.1.

Рис. 11. Шкалы тераомметра

1 – обратно пропорциональные; 2 – линейные

5.6.6. Установите ручками "УСТ.0 ГРУБО" и "УСТ.0. ТОЧНО" поз.1, 15 рис. 8 указатель прибора на нулевую отметку при проведении измерений по линейным шкалам и на отметку ¥ при проведении измерений по обратной шкале. Переключатель поддиапазонов переведите в положение, соответствующее измеряемому сопротивлению. На поддиапазонах от 10² до 10⁶ Ом, обозначенных на передней панели ЛИНЕЙНЫЕ, отсчет производите по линейным шкалам, а на поддиапазонах от 10⁶ до 10¹³ Ом – по обратно пропорциональным шкалам (расположены сверху). При проведении измерений по обратно пропорциональным шкалам измерительное напряжение на входных гнездах может быть выбрано равным 100 или 10 В.

ПОРЯДОК РАБОТЫ

6.1. Произведите измерения объемного R_v, а затем поверхностного R_s сопротивлений образца при комнатной температуре (начальное значение температуры внутри рабочей камеры термостата) для этого:

6.1.1. Нажмите кнопку “ИЗМЕР.t” термостата и измерьте значение температуры по цифровому индикатору.

6.1.2. Переведите тумблер “R_v / R_s” приемной кассеты термостата в положение “R_v”.

6.1.3. Переведите кнопку замыкателя входа тераомметра “УСТ.)” в отжатое положение.

6.1.4. Изменяя при необходимости поддиапазон измерения переключателем поз. 8 рис. 8, произведите отсчет R_v по шкале, соответствующей установленному поддиапазону.

6.1.5. Переведите тумблер “R_v / R_s” приемной кассеты термостата в положение “R_s” и, изменяя при необходимости поддиапазон измерения, произведите отсчет R_s по шкале, соответствующей установленному поддиапазону.

ВНИМАНИЕ! При переключениях на поддиапазонах измерения 10¹¹ …10¹³ Ом возможно зашкаливание стрелки тераомметра. Время восстановления показания не более 30 с.

6.2. С помощью кнопок “УСТАНОВКА t – или + ” задайте требуемую температуру нагрева термостата на цифровом индикаторе (рекомендуется повышать температуру ступенями на 5…20 °С).

6.3. Контролируйте нагрев термостата до заданной температуры по состоянию светодиодных индикаторов: “М” – меньше; “Н” – норма; “Б”- больше. При зажигании светодиода “Н” (дублируется звуковым сигналом) необходимо сделать выдержку 3…5 мин. Для обеспечения установившегося температурного режима внутри рабочей камеры термостата. После наступления установившегося температурного режима (стрелка тераомметра перестанет дрейфовать) проведите измерения по п. 6.1.1–5.

6.4. При необходимости измерения можно проводить и в режиме уменьшения нагрева от установленной максимальной температуры.

6.5. По измеренным значениям R_s и R_v, с учетом геометрических размеров образца с круглыми электродами (рис. 6) вычислить значения поверхностного r_s и объемного r_v удельных сопротивлений.

(19)

, (20)

где ; d₁ – диаметр электрода “C”, м; d₂ – диаметр электрода “К”, м; h – толщина образца диэлектрика, м;
g – ширина зазора между электродами "С" и "К", м;
R_v – измеренное объемное сопротивление Ом; R_s – измеренное поверхностное сопротивление, Ом. Формула (20) получена из (18) разложением логарифма в ряд и учетом явления растекания тока под электродом.

6.6. Результаты записать в табл. 2.

Таблица 2.

T, К	Rv, Ом	Rs , Ом	rv, Ом×м	rs, Ом

6.7. ВНИМАНИЕ! После окончания измерений кнопкой “ УСТАНОВКА t - ” установите минимальную температуру, не допускайте длительной работы термостата при температурах свыше 100 °С. После 2–х часов непрерывной работы выключите термостат на время не менее 30 мин.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Каковы причины возникновения электронной проводимости в диэлектрике?

2. В чем особенность поляронной проводимости?

3. Почему спадает ионный ток в диэлектрике?

4. Понятие объемной и поверхностной проводимостей. Единицы измерения. Каков порядок этих величин для диэлектриков?

5. Зависимость электропроводности диэлектрика от температуры.

6. Как влияет влажность и состояние поверхности на электропроводность диэлектрика?

Рекомендуемая литература

1. Материаловедение. Технология конструкционных материалов: Учеб. для вузов. В 2 т. / А.В. Шишкин, В.С. Чередниченко, А.Н. Черепанов, В.В. Марусин. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2004. – Т.1. Элементы теоретических основ материаловедения и технологии получения материалов. – 448 с.

2. Материаловедение. Технология конструкционных материалов: Учеб. для вузов. В 2 т. / А.В. Шишкин, В.С. Чередниченко, А.Н. Черепанов, В.В. Марусин. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2004. – Т.2. Технологии получения и обработки материалов. Материалы как компоненты оборудования. – 508с.

3. Материаловедение. Технология конструкционных материалов: Учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по направлению подгот. “Электротехника, электромеханика и электротехнологии” / под ред. В.С. Чередниченко. – 2-е изд., перераб. – М.: Омега – Л., 2006. – 752 с.

4. Материаловедение: Учебник для втузов/ Б.Н.. Арзамасов, И.И. Сидорин, Г.Ф . Косолапов и др. – М.: Машиностроение, 1986. –384 с.

5. Богородский Н.П., Пасынков В.В., Тареев Б.М. Электротехнические материалы: Учебник для вузов. – Л.: Энергоатомиздат.ЛО, 1985. –304 с.

6. Электротехнический справочник: в 3 т. Т. 1. Общие вопросы. Электротехнические материалы. – М.: Энергоатомиздат, 2003. – 488 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. Цель работы 4

2. Теоретическое введение 4

2.1. Удельное электросопротивление 4

2.2. Электропроводность твердых диэлектриков 4

2.3. Зависимость электропроводности диэлектриков от различных факторов 8

3. Способы измерения сопротивления 10

4. Устройство и принцип работы стенда 13

5. Подготовка стенда к работе 19

6. Порядок работы 22

7. Контрольные вопросы 24

Рекомендуемая литература 25