Определение диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь изоляционных материалов
Лабораторная работа №3
- Цель работы
- Лабораторная установка и схема электрическая соединений
- Перечень аппаратуры
- Указания по проведению эксперимента
.
Цель работы
Определение основных характеристик изоляционных материалов: относительной диэлектрической проницаемости ( 
) и тангенса угла диэлектрических потерь ( 
). Приобретение навыков измерения параметров электрических цепей с помощью прибора
Е7-22.
Лабораторная установка и электрическая схема соединений
Для определения относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь различных изоляционных материалов измеряются параметры последовательной схемы замещения конденсатора (C и R) с диэлектриком из испытываемого материала. Схема электрическая соединений для измерения параметров
конденсатора приведена на рис. 3.1.1. Плоский конденсатор (блок 2355), между пластинами которого помещен испытываемый диэлектрик, подключается к измерителю параметров RLC Е7-22 (блок 533). Блоки питания 218 и 224.1 обеспечивают напряжение питания +12В для Е7-22.
Рис.3.1.1. Схема электрическая соединений для измерения параметров
конденсатора с испытываемым диэлектриком.
Емкость конденсатора с испытываемым диэлектриком определяется соотношением
,
где 
- электрическая постоянная (диэлектрическая
проницаемость вакуума);
- относительная диэлектрическая проницаемость испытываемого
диэлектрика;
- площадь пластин конденсатора в кв. метрах. В эксперименте
учитывается площадь верхней пластины конденсатора. Влиянием
краевого эффекта пренебрегаем;
- расстояние между пластинами конденсатора в метрах, равное толщине
испытываемого диэлектрика.
Для вычисления относительной диэлектрической проницаемости испытываемого диэлектрика измеренная емкость 
сравнивается с расчетной емкостью конденсатора 
с теми же геометрическими размерами, но без диэлектрика (среда между пластинами – вакуум с диэлектрической проницаемостью 
). Величина 
. Отношение емкостей
,
т. е. равно относительной диэлектрической проницаемости испытываемого диэлектрика.
Тангенс угла диэлектрических потерь определяется для последовательной схемы замещения конденсатора, состоящей из идеального конденсатора с емкостью и, включенного последовательно с ним, сопротивления 
. При измерении на частоте 
,
т. е. тангенс диэлектрических потерь равен отношению активного ( ) и емкостного ( 
)сопротивлений цепи. Отсюда можно определить сопротивление R последовательной схемы замещения конденсатора:
.
Перечень аппаратуры
| Обозначение | Наименование | Тип | Параметры |
| G1 | Однофазный источник питания | ~ 220 В / 16 А | |
| А3 | Измеритель R-L-C | Измерение R, L, C при частоте 120 Гц и 1 кГц | |
| А2 | Блок конденсатора | Площадь пластин 790 кв. см | |
| Набор образцов диэлектриков | 600.20 | Образцы диэлектриков размером 285х297 мм |
Указания по проведению эксперимента
- Убедитесь, что переключатели «Сеть» блоков, используемых в эксперименте, выключены.
- Подключите блок питания 224.1 к блоку «Измеритель R-L-C» (533) и к розетке «220 В» однофазного источника питания G1 (блок 218) в соответствии со схемой 3.1.1.
- Включите устройство защитного отключения и автоматический выключатель в однофазном источнике питания G1.
- Включите выключатель
«Измерителя R-L-C» (533). - Выберите:
- вид измеряемого параметра – емкость C (кнопка «L/C/R»);
- вспомогательный измеряемый параметр – тангенс дельта D (кнопка «Q/D/R»);
- схему замещения элемента – последовательную (кнопка «ПАР/ПОСЛ», «SER» на
индикаторе);
- частоту измерения – 120 Гц (кнопка «ЧАСТ»). - Вложите испытываемый образец диэлектрика между пластинами конденсатора и подключите конденсатор к измерителю RLC, как показано на рис. 6.1. Верхнюю пластину блока конденсатора 2355 необходимо установить примерно по центру нижней пластины с равномерным отступом от краев по всему периметру пластины.
- На расстоянии менее 10…15 см от блока конденсаторов 2355 не должно быть посторонних и электропроводных предметов.Недопустима подача напряжения от внешних источников на вход прибора и пластины блока конденсатора!
- Измерьте емкость C и (D) конденсатора 2355 с диэлектриком.
- Вычислите емкость конденсатора без диэлектрика . Площадь указана на верхней пластине конденсатора 2355, а расстояние между пластинами равно толщине диэлектрика, указанной на испытываемом образце.
- Вычислите относительную диэлектрическую проницаемость испытываемого диэлектрика и сопротивление последовательной схемы замещения
,
- Занесите результаты измерений в табл. 3.1.1 и повторите измерения для других образцов диэлектриков.
- Выключите питание блока G1 (218).
Таблица 3.1.1
| Образец | С, пФ | tgdD | e | R, Ом |