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	tgd D	e	R, Ом