Описание измерительного стенда

Стенд предназначен для освоения методики определения емкости, диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь, изучения этих характеристик диэлектриков в зависимости от температуры и частоты.

Измерительный стенд включает в себя термостат и портативный цифровой LCR-метр.

Нагрев образца 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 осуществляются по показанию чувствительного платинового термодатчика, установленного стационарно внутри рабочей камеры термостата. Предварительная установка значения требуемой температуры производится ручным регулятором с индикацией на цифровом трехразрядном индикаторе, далее процесс разогрева (или остывания) до заданной температуры и ее поддержка выполняются автоматически.

Контроль текущего температурного режима относительно заданного осуществляется тремя световыми индикаторами: «Б» – больше; «Н» – норма; «М» – меньше. Предусмотрена звуковая сигнализация при равенстве значений текущей температуры и заданной. Значение текущей температуры выводится на цифровой трехразрядный индикатор нажатием кнопки «Измер t».

Портативный цифровой LCR-метр является измерителем индуктивности, емкости и сопротивления, он предоставляет возможность проводить измерения схем в параллельном и последовательном режимах. Прибор измеряет прямые и точные значения параметров L, C и R при двух значениях рабочей частоты – 120 Гц и 1 кГц. Возможен автоматический и ручной выбор диапазона частоты. Прибор обеспечивает максимальное удобство выбора функций и режимов работы, таких как удержание данных, режим записи максимального, минимального и среднего значений, режим относительных измерений, сортировка элементов по допуску, выбор частоты, а также режимов измерений индуктивности, емкости и сопротивления.

Блок-схема измерений на лабораторном стенде приведена на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Блок-схема измерения емкости и
тангенса угла диэлектрических потерь

Порядок выполнения работы

1) Ознакомиться с краткими сведениями из теории и правилами техники безопасности. Получить у преподавателя исследуемый образец и электрод.

2) Перед началом эксперимента измерить и записать толщину образца
h, м, и диаметр d, м, электрода.

3) Образец с электродом установить в приемную кассету термостата
(рис. 1.3) и закрепить его при помощи крепежных винтов.

4) Соединить выходной шнур кассеты термостата с гнездом «Вход»
LCR-метра.

5) Перевести регулятор «Установка t» термостата в крайнее положение против часовой стрелки.

6) Включить термостат (тумблером на передней панели), регулятором установки температуры выставить значение 30°С. Измерения значений емкости и тангенса угла диэлектрических потерь проводить в диапазоне температуры
30 – 80°С с шагом 5°С на частоте 120 Гц.

7) Включить LCR-метр (нажать и удерживать кнопку «Power»). Кнопкой «LCR» выбрать режим измерения емкости, при этом на экране должен загореться символ «С». Кнопкой «DQ» выбрать режим измерения тангенса угла диэлектрических потерь, на экране должен загореться символ «D».

8) При достижении заданного значения температуры на термостате начинает мигать красная лампочка «Н», в этот момент необходимо снять показания LCR-метра и регулировочной ручкой термостата выставить другое значение температуры.

9) После окончания измерений выключить LCR-метр (нажать и удерживать кнопку «Power») и термостат (тумблером на передней панели). 10) Рассчитать диэлектричес-кую проницаемость по формуле:   (1.9)   где С – измеренное значение ем-кости, Ф; h – толщина исследуемого образца, м;

Рис. 1.3. Приемная кассета термостата: 1 – основание (электрод Н); 2 – прижимные винты; 3 – планка; 4 – диэлектрик; 5 – верхний электрод

e₀ – диэлектрическая постоянная,
e₀ = 8,85×10^–12 Ф/м;

S – площадь верхнего электрода, м².

11) Построить температурные зависимости e(t) и tg (t).

12) Результаты измерений и расчетов записать в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Зависимость параметров исследуемого образца от температуры

Измеряемый параметр	Температура термостата t, °С
Емкость С, пФ
Диэлектрическая проницаемость e
Тангенс угла диэлект-рических потерь tg

Толщина образца h = м.

Диаметр круглого электрода d = м.

Содержание отчета

1) Цель работы.

2) Краткая характеристика изучаемых величин.

3) Описание исследуемого диэлектрика.

4) Блок-схема измерений.

5) Сводная таблица с результатами измерений и расчетов.

6) Графики температурных зависимостей диэлектрической проницае-мости и тангенса угла диэлектрических потерь.

7) Вывод по результатам лабораторной работы.

8) Ответы на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1) Какие электрические параметры диэлектрика определяют частотный диапазон его применения, используемый при переменном токе низкой частоты?

2) Как объяснить с физической точки зрения потери электрической энергии в диэлектрике?

3) Какие факторы влияют на значения tg d и e диэлектриков?

Лабораторная работа 2

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ТВЕРДЫХ ДИЭЛЕКТРИКОВ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ

Цель работы: изучение влияния температуры на удельное электри-ческое сопротивление твердых диэлектриков, освоение методики его измерения.