Сборник ЛАБ. Методические указания для студентов по проведению лабораторных работ для специальности
 Скачать 0.52 Mb.
|
|
2.2 Перечень используемого оборудования 2.2.1 Милливольтметр В3-38А. 2.2.2 Осциллограф типа С. 2.2.3 Сегнетоконднсатор. 2.2.4 Конденсатор КТБ. 30 3). Включите тумблер СЕТЬ и дайте прогреться прибору 5 мин. 4). Присоедините к зажимам устройства конденсатор. 5). Нажмите кнопку ЗАПУСК. Прочтите результаты измерений на табло прибора и запишите в таблицу. 4.4 Порядок выполнения работы. 4.4.1 Ознакомиться с принципом работы прибора Е. 4.4.2 Из испытуемого диэлектрика приготовить конденсатор. Для этого на образец наклеивают смазанные тонким слоем вазелина или трансформаторного масла 2 электрода из оловянной или свинцовой фольги диаметром 5 см. Изготовленный конденсатор своими электродами подключить к зажимам установки Е для замера ёмкости. 4.4.3 Произвести измерение ёмкости и tg приготовленных материалов. 4.4.4 Определить толщину диэлектрика и радиус электрода. 4.4.5 Подсчитать диэлектрическую проницаемость, зная ёмкость конденсатора, по формуле 3: 2 9 r 10 h C 36 ⋅ ⋅ ⋅ = ε (3) Результаты испытаний занести в таблицу 1. Таблица 1 – Результаты измерений Испытываемый материал Толщина материала h, м С, Ф ε tgδ Стеклотекстолит Гетинакс Оргстекло 5 Содержание отчёта Отчет должен содержать 5.1 Название работы 5.2 Цель работы 5.3 Задание 5.4 Перечень используемого оборудования 19 5.5 Схему моста для измерения ёмкости и тангенса угла 5.6 На основании полученных результатов дать сравнительную характеристику исследованных диэлектриков 5.7 Результаты измерений в виде таблицы №1; 5.8 Ответы на контрольные вопросы 1) Что представляет собой процесс поляризации 2) Какие существуют виды поляризации 3) Что показывает относительная диэлектрическая проницаемость 4) Какие параметры диэлектрика используются для определения диапазона рабочих частот 5.9 Вывод по работе (указать, основываясь назначениях и tgδ, какие использовались диэлектрики НЧ или ВЧ. Список литературы Богородицкий Ю.В., Пасынков Н.П. Тарев Б.М. Электротехнические материалы Учебник для ВУЗов.-7-е издание перераб. и допол.- Л Энергоатомиздат,1985. с. 20 Рисунок 2.1.1 – Графики зависимости диэлектрической проницаемости от температуры и напряженности поля Основными особенностями сегнетоэлектриков в сегнетоэлектрической области являются следующие 1 Диэлектрическая проницаемость и ёмкость сильно меняются в зависимости от напряженности электрического поля соответственно. Коэффициент нелинейности сегнетоэлектриков достигает несколько десятков единиц. 2 Зависимость заряда от приложенного напряжения на обкладках сегнетоконденсатора аналогична кривой намагничивания при определённом значении напряжения и здесь рост заряда замедляется, т.п. наступает насыщение. В переменных электрических полях у сегнетоэлектриков наблюдается явление гистерезиса, те. отставание изменения электрической индукции (заряда) от напряженности электрического поля. Площадь петли диэлектрического гистерезиса пропорциональна гистерезисным потерям. 29 Лабораторная работа №5 Исследование электрических свойств и диэлектрических петель гистерезиса сегнетоэлектриков 1 Цель работы 1.1 Научиться определять важнейшие свойства сегнетоэлектриков с помощю петли гистерезиса. 2 Пояснение к работе 2.1 Краткие теоретические сведения Сегнетоэлектриками называются вещества, которые обладают спонтанной (самопроизвольной) поляризацией в отсутствии внешнего электрического поля. Сегнетоэлектрические свойства наблюдаются в некоторых кристаллических веществах (сегнетова соль, титанат бария, и др. В кристалле титаната бария, ион титана расположен в центре кислородного октаэдра. При определённых температурах ион титана приобретает возможность несколько приближаться к одному из ионов кислорода. Образуется диполь и кристаллическая ячейка приобретает электрический момент. Благодаря взаимодействию, существующему между соседними ячейками, образуются целые облака (домены, состоящие из кристаллических ячеек с одинаково направленными электрическими моментами. Это явление носит название спонтанной поляризации. Для всех сегнетоэлектриков характерным является то, что спонтанная поляризация проявляется только в определённом интервале температур. При температурах, лежащих вне этого интервала, они обладают свойствами обычного диэлектрика. Температура, выше которой вещество теряет сегнетоэлектрические свойства, называется точкой Кюри. При этом изменяется кристаллическое состояние диэлектриков например, в титанате бария тетрагональная решетка переходит в кубическую. В ряде материалов имеет место несколько фазовых переходов при более низких температурах. 28 Лабораторная работа № 4 Определение удельных объемных и поверхностных сопротивлений твердых диэлектриков 1 Цель работы 1.1 Научиться определять значение важнейших параметров диэлектриков удельное объемное и поверхностное сопротивления с помощью тераомметра Е. 2 Пояснения к работе 2.1 Краткие теоретические сведения Чистые диэлектрики не должны проводить электрического тока в силу своего внутреннего химического строения, так как в них отсутствуют свободные электрические заряды. Электроизоляционные материалы, применяемые в радиоэлектронике, не являются совершенными сточки зрения электропроводности. Если приложить к диэлектрику постоянное напряжение, то через него потечет ток, изменяющийся согласно графику. Ι см абс I пр τ Рисунок 2.1 – Зависимость тока, протекающего через диэлектрик от времени нахождения диэлектрика под напряжением 21 Максимальный ток в диэлектрике возникает и прекращается через 10 -16 –10 -15 сек. после включения. Он обусловлен упругой электронной поляризацией и называется током смещения см. Установившийся ток в диэлектрике, не изменяющийся со временем, называется сквозным током I ск током проводимости пр или током утечки I ут . Он обусловлен наличием в технических диэлектриках малого количества свободных зарядов. Ток, изменяющийся от максимального значения до значения тока утечки, называется током абсорбции абс. Он вызван замедленной поляризацией в диэлектрике. Оба тока смещения и абсорбции - составляют ток поляризации пол. В различных диэлектриках ток абсорбции спадает с различной скоростью. Поэтому находят «одноминутный» ток I 1 , который определяют через τ = мин после включения напряжения. Для твёрдых диэлектриков сквозной ток складывается из объёмного и поверхностного токов (формула 1): пр I ск = I ут = I v + I s (1) где пр ТОК ПРОВОДИМОСТИ, А I ск – сквозной ток,А; I ут – ток утечки, А I v - объёмный ток, А I s - поверхностный ток, А. Так как сквозной ток ничтожно мал, удобнее характеризовать электропроводность диэлектриков величиной их сопротивления. Соответственно токам различают объёмное сопротивление R v которое определяют по формуле 2: V V I U R = , (2) где R V - объемное сопротивление, Ом U - величина приложенного напряжения, В I V - «одноминутный» объёмный ток, Аи поверхностное сопротивление R S , которое определяется по формуле 3: S S I U R = , (где I s - «одноминутный» поверхностный ток, А 22 5 Содержание отчета Отчёт должен содержать 5.1 Цель. 5.2 Перечень используемого оборудования. 5.3 Задание. 5.4 Схемы для измерений объёмного и поверхностного сопротивлений диэлектриков. 5.5 Результаты измерений сопротивлений, вычислений удельных объемных и поверхностных сопротивлений используемых диэлектриков Заполнить таблицу 1). 5.6 Дать сравнительную характеристику вычисленных значений ρ v и ρ s испытуемых диэлектриков. 5.7 Сравнить полученные результаты с соответствующими данными, приведёнными в учебниках. 5.8 Ответы на контрольные вопросы 5.8.1 Какой ток называется током сквозной проводимости 5.8.2 Для чего служит охранное кольцо 5.8.3 Как влияет на величину ρ v и ρ s влажность и температура 6 Выводы по работе. Список литературы 1 Богородицкий Н.П., Пасынков В.В.Материалы радиоэлектронной техники, - Л Энергоатомиздат, 1985.- с 27 4.5.4 Измерить объёмное сопротивление диэлектриков. Результаты измерений записать в таблицу 1. 4.5.5 Измерить поверхностное сопротивление диэлектриков. Результаты измерений записать в таблицу. 4.5.6 Вычислить удельное объемное сопротивление ρ v испытуемых диэлектриков по формуле 3: l A V V S R = ρ , (3) где ρ v – удельное объемное сопротивление, Ом R v – объёмное сопротивление, Ом ℓ – толщина испытуемого образцам контактная поверхность электрода А, м находится по формуле 4: 4 d S 2 1 A ⋅ π = , (4) где 1 d - диаметр электрода А, м Удельное поверхностное сопротивление ρ S испытуемых диэлектриков находится по формуле 5: 1 2 S S d d lg 74 2 R = ρ , (5) где S ρ - удельное поверхностное сопротивление, Ом d 1 – диаметр электрода А, м R s – поверхностное сопротивление, Ом d 2 – внутренний диаметр электрода В, м. 26 R S - поверхностное сопротивление, Ом. 2.2 Перечень используемого оборудования 2.2.1 Тераомметр Е 2.2.2 Набор диэлектриков З Измерительные электроды. 3 Задание 3.1 Самостоятельно изучить методические рекомендации по определению удельных сопротивлений 3.2 Рассчитать удельное объемное и поверхностное сопротивления диэлектриков. 4 Работа в лаборатории 4.1 Назначение, технические характеристики и принцип действия тераомметра Е – 13 . Тераомметр Е – 13 предназначен для измерения электрического сопротивления. Принципиальная схема тераомметра представлена на рисунке 4.1.1. Приложение 1: Прибор питается от сети с напряжением 220 В, частотой 50 Гц. Необходимыми условиями работы прибора являются а) отсутствие механических вибраций б) отсутствие мощных постоянных магнитных полей в) отсутствие мгновенных изменений напряжения сети. Принцип работы тераомметра заключается в том, что измеряемое сопротивление подсоединяется к известному калиброванному сопротивлению, образуя делитель, питаемый от стабилизированного источника напряжения. Полученное в результате деления напряжение, затем усиленное, позволяет определить величину измеряемого сопротивления по прибору непосредственного отчёта Входной делитель подключаем к усилителю постоянного тока с глубокой отрицательной обратной связью (см. схему. Тераомметр снабжён дополнительными измерительными электродами для измерения объёмного и поверхностного сопротивлений диэлектриков. 4.2 Описание лабораторной установки Схема для измерения объёмного сопротивления представлена на рисунке 4.2.1. Приложение На схеме А, В, С – электроды. 23 (5) Кольцевой электрод В в этой схеме охранной, он служит для отвода поверхностных токов и токов, проходящих сквозь образец краевых областях с неоднородным полем на землю. Схема для измерения поверхностного сопротивления диэлектрика представлена на рисунке 4.2.2. Приложение 1 Объёмные токи отводят на землю с помощью нижнего электрода С. 4.3 Подготовка прибора к работе 4.3.1 Клемму « » Земля, расположенную на задней панели прибора, соединить шиной заземления. 4.3.2 Проверить положение замыкателя входа (должен быть в положении « 4 03»). 4.3.3 Переключатель характера шкалы должен находится в положении ЛИНЕЙНАЯ (при измерении с линейной шкалой. Или в положении ОБРАТНАЯ. 4.3.4 Включить питание прибора, при этом должна загореться индикаторная лампочка. После 30 минут прогрева, ручкой « 4 03 », расположеной на передней панели, установить указатель на нулевую отметку шкалы. Если ручкой неуда тся установить указатель на нулевую отметку шкалы, необходимо воспользоваться ручкой « 4 03», расположенной на задней панели прибора. 4.4 Порядок работы с тераомметром 4.4.1 Проведение измерений с линейной шкалой . Перевести переключатель поддиапазонов в положение , соответствующее измеряемому сопротивлению (10 2 – 10 12 Ом) При этом переключатель характера шкалы на задней стенке прибора должен быть в положении ЛИНЕЙНАЯ. При необходимости заземления измеряемого объекта его следует соединить с клеммой « », расположенной на задней панели прибора. Измерения на поддиапазонах свыше 10 9 Ом следует производить в измерительной камере, причём клемму « », расположенную на задней стенке измерительной камеры, необходимо соединить с клеммой « » прибора. 24 Ручкой установки нуля « 403», расположенной на передней панели, установить указатель прибора на нулевую отметку шкалы. Подключив измеряемый объект, открыть вход прибора (ручку замыкателя входа на передней панели прибора поставить в положение « »). После измерения закрыть вход прибора поворотом той же ручки в противоположную сторону и зафиксировать её в положении « 403». Только после этого можно отключить измеряемый объект. Рисунок 4.4.1 представлен в Приложении 1 4.4.2 Проведение измерений с обратно пропорциональной шкалой. Измерение с обратно пропорциональной шкалой производится на поддиапазонах с верхними пределами 10 13 - 10 14 Ом. Переключатель характера шкалы на задней стенке , прибора должен быть в положении ОБРАТНАЯ , при этом должен светиться индикатор ОБРАТНАЯ ШКАЛА , расположенный на передней панели прибора . Переключатель поддиапазонов поставить в положение , соответствующее измеряемому сопротивлению . После этого измерение производится аналогично измерениям с линейной шкалой . 4.5. Порядок выполнения работы 4.5.1 Ознакомиться с методом измерения объёмных и поверхностных сопротивлений. 4.5.2 Включить тераомметр. 4.5.3 Измерить с помощью штангенциркуля геометрические размеры образцов. Таблица 1 – Результаты измерений Измерить Вычислить Материал ℓ , мм, мОм, Ом S A , мОм мОм Гетинакс 2 Стеклотекстолит |