Тема 23. ЭТМ - ЛР (2). Учебнометодическое пособие по лабораторным работам для студентов направления 11. 03. 04 Электроника и наноэлектроника

• Название: Учебнометодическое пособие по лабораторным работам для студентов направления 11. 03. 04 Электроника и наноэлектроника
• Анкор: Тема 23
• Дата: 22.05.2023
• Размер: 0.67 Mb.
• Имя файла: ЭТМ - ЛР (2).docx
• Тип: Учебно-методическое пособие; #1149430
• страница: 3 из 4

Лабораторная работа №3. Измерения тангенса диэлектрических потерь tgδ и диэлектрической проницаемости ε.

1 Цель работы

Целью работы является изучение стандартных методов определения ди­электрической проницаемости ε и тангенса угла диэлектрических потерь tgδпри переменном (частота 50 Гц) напряжении твердых электроизоляци­онных материалов, исследование и обоснование влияния температуры на ε и tgδобразцов различных материалов.

2 Теория. Диэлектрик в электрическом поле

2 1. Поляризация

Основным, характерным для любого диэлектрика процессом, возникаю­щим под воздействием электрического поля, является поляризация. Поля­ризация характеризуется диэлектрической проницаемостью ε и тангенсом угла потерь tgδ. Величины ε и tgδзависят от вида поляризации.

Поляризация - это ограниченное смещение связанных зарядов или ори­ентация дипольных молекул под действием приложенного электрического поля. Поляризуемость материала зависит от количества элементарных за­рядов, принимающих участие в процессе поляризации, их величины и вели­чины смещения этих зарядов. Основными видами поляризации являются:

- электронная;

- дипольная;

- ионная.

Электронная и ионная поляризации в чистом виде происходят без по­терь, дипольная - с потерями, т.е. энергия электрического поля переходит в тепло, что вызывает нагрев диэлектрика. Поляризация с потерями называется релаксационной.

Электронная поляризация представляет собой упругое смещение и дефор­мацию электронных оболочек атомов и ионов в сторону, обратную направ­лению поля. Установление электронной поляризации происходит почти мгновенно (около 10^-15с), поэтому она условно называется мгновенной.

Электронная поляризация наблюдается у всех диэлектриков и происхо­дит без потерь энергии. Поляризуемость частиц не зависит от температуры, однако электронная поляризация уменьшается с повышением температуры в связи с тепловым расширением диэлектрика и, следовательно, с уменьше­нием частиц в единице объема.

Одновременно с деформацией электронных оболочек происходит сме­щение ядер в атомах (поляризация ядерного смещения), которое совершает­ся за 10^-13 с и не зависит от температуры.

Ионная поляризация обуславливается смещением упруго связанных ионов под воздействием приложенного электрического поля. Она характер­на для твердых материалов с ионным строением. Этот процесс происходит внутри молекул. Время установления ионной поляризации порядка 10^-13 с.

Дипольно-релаксационная (ориентационная) поляризация определяется поворотом и ориентацией диполей в направлении поля и связана с тепловым движением частиц. Время установления дипольно-релаксационной поляриза­ции равно 10^-10... 10^-2 с. Дипольно-релаксационная поляризация с увеличением температуры растет, достигает определенного максимума, а затем падает.

Упруго-дипольная поляризация наблюдается у дипольных молекул в не­которых кристаллах, где дипольные молекулы закреплены и могут по­ворачиваться на небольшой угол, поэтому диэлектрическая проницаемость этих материалов имеет малую величину.

К видам поляризаций, имеющих потери, также относятся ионно-релаксационная, электронно-релаксационная и другие виды.

Ионно-релаксационная поляризация появляется при тепловых перебросах слабосвязанных в веществе ионов в направлении действия электричес­кого поля. Такие ионы в тепловом движении перемещаются на значительно большее расстояние, чем при упругих смещениях (при ионной поляризации). Этот вид поляризации зависит от температуры, носит замедленный харак­тер и наблюдается на низких частотах.

Электронно-релаксационная поляризация обусловлена ограниченным смещением возбужденных тепловой энергией электронов и дырок.

Миграционная поляризация обусловлена наличием в материале слоев с различной проводимостью, образованием объемных зарядов, особенно при высоких градиентах напряжения (высоковольтная поляризация), имеет боль­шие потери и является поляризацией замедленного действия.

Спонтанная поляризация возникает при отсутствии внешнего электри­ческого поля, типична для диэлектриков кристаллических структур, имею­щих области (домены) с легко поляризующимися и длительно сохраняющи­ми поляризованность кристаллическими системами. Этот вид поляризации зависит от температуры, носит замедленный характер, при высоких часто­тах не происходит и наблюдается в сегнетодиэлектриках (титаниты бария, кальция, стронция).

Остаточная поляризация характеризуется длительным сохранением по­ляризованного состояния в диэлектрике после снятия внешнего элек­трического поля. Такие диэлектрики называются электретами. Длительность сохранения поляризации измеряется месяцами, годами и даже столетиями.

2.2 Относительная диэлектрическая проницаемость

Относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика показыва­ет, во сколько раз увеличивается емкость конденсатора, если вместо вакуу­ма между электродами поместить данный диэлектрик.

Относительная диэлектрическая проницаемость твердых диэлектриков с электронной поляризацией (нейтральные диэлектрики) ε = 1,9 ... 3 и обуслов­лена малым смещением электрических зарядов. Так как электронная поля­ризация мгновенна, то диэлектрическая проницаемость не зависит от часто­ты приложенного поля даже до СВЧ.

С увеличением температуры уменьшается плотность материала, сле­довательно, уменьшается количество зарядов в единице объема, прини­мающих участие в поляризации, что приводит к уменьшению ε.

У диэлектриков с ионной поляризацией диэлектрическая проницаемость ε = 3 … 20. Большее значение ε объясняется наличием как ионной, так и элек­тронной поляризацией, а также большим смещением электрических заря­дов (ионов). У этих диэлектриков ε также не зависит от частоты поля до СВЧ, так как поляризация мгновенна.

У диэлектриков ионной структуры с увеличением температуры умень­шается плотность вещества, что приводит к уменьшению ε, но в то же время с увеличением температуры увеличивается подвижность ионов, что приво­дит к увеличению ε. Характер зависимости ε = f(t) определяется тем, какой фактор действует сильнее. У большинства диэлектриков с ионной поляри­зацией с ростом температуры ε возрастает.

Диэлектрическая проницаемость диэлектриков с дипольной поляризацией (полярные диэлектрики) ε = 4 … 6 до 80. Так как этот вид поляризации носит замедленный характер, то е в значительной степени зависит от частоты при­ложенного поля и температуры. В быстропеременных полях диполи не успе­вают ориентироваться по отношению к электрическому полю, уменьшается амплитуда их ориентационного движения и снижается диэлектрическая про­ницаемость. При низкой температуре, когда подвижность молекул и их от­дельных частей мала, а силы молекулярного взаимодействия велики, дипо­ли слабо ориентируются под действием электрического поля и диэлектри­ческая проницаемость диэлектрика уменьшается. С ростом температуры увеличивается подвижность частиц, уменьшается энергия взаимодействия между ними и облегчается их ориентация, ε растет до некоторой температу­ры. При дальнейшем нагреве кинетическая энергия теплового движения ча­стиц настолько возрастает, что разрушает ориентацию, следовательно, ε начинает уменьшаться.

Для всех видов поляризаций с потерями общий вид изменения ε от темпера­туры и частоты имеет такой же характер, как и для дипольной поляризации.

Существенное влияние на величину ε оказывает увлажнение диэлектри­ков. Так как вода имеет ε = 80, то увлажнение подавляющего большинства диэлектриков ведет к повышению ε.

2.3. Диэлектрические потери

Механизм поглощения энергии и величина мощности диэлектрических потерь зависят от характера электрического поля и свойств материала. В основном электрическая энергия рассеивается вследствие электропровод­ности диэлектриков и релаксационных потерь, возникающих в процессе поляризации диэлектриков.

В постоянном электрическом поле потери обусловлены током проводи­мости:

P = U∙I_np ,

где U - постоянное напряжение, приложенное к диэлектрику; I_пр - ток про­водимости, протекающий по диэлектрику.

Так как ток проводимости в применяемых диэлектриках мал, то и вели­чина рассеиваемой мощности на постоянном токе мала.

Для расчета мощности потерь в переменных полях можно заменить ре­альный конденсатор с потерями последовательной или параллельной экви­валентной схемой, состоящей из идеальных емкости и сопротивления.

На рис.1 представлена последовательная схема замещения диэлектри­ка с потерями и ее векторная диаграмма. Для последовательного соедине­ния параметров r и С_r активная мощность





а)



б)

Рисунок 1.- Последовательная схема замещения диэлектрика с потерями (а) и ее векторная диаграмма (б)
Для применяемых диэлектриков угол δ мал, поэтому tgδ « 1. Тогда

P_a=U²ωC_rtgδ,

где

t или tgδ = rωC_r .

Из формулы (3) видно, что мощность потерь при данном напряжении и частоте зависит от угла диэлектрических потерь δ.

Углом диэлектрических потерь называется угол, дополняющий до 90° угол φ сдвига фаз между током и напряжением в емкостной цепи. На практике чаще используется не δ, а его функция tgδ или добротность.

Потери в твердых диэлектриках из-за разнообразия состава и строения вещества имеют сложный характер, т.е. в них возможны все виды диэлект­рических потерь.

Твердые диэлектрики можно подразделить на 4 группы: молекулярной, ионной, неоднородной структур и сегнетоэлектрики.

Ряд чистых диэлектриков молекулярной структуры с неполярными мо­лекулами (сера, парафин, полиэтилен, политетрафторэтилен, полистирол и другие) имеет малые значения tgδ и в широком диапазоне частот tgδ ≤ 0,001. Эти диэлектрики могут быть использованы на высоких частотах.

Диэлектрики молекулярной структуры с полярными молекулами на ос­нове целлюлозы (бумага, картон и пр.), полярные полимеры (полиметилметакрилат), полиамиды (капрон и др.), каучуковые материалы (эбонит), фенолформальдегидные смолы (бакелит и др.) и ряд других материалов обла­дают большими потерями, особенно на радиочастотах, из-за дипольно-релаксационной поляризации. Значения tgδ этих материалов сложным образом зависят от температуры. При некоторой температуре обнаруживается максимум и минимум потерь, объясняемые увеличением потерь от элект­ропроводности.

В чистых диэлектриках (без примесей) ионной структуры с плотной упа­ковкой ионов (кристаллические неорганические соединения - корунд, камен­ная соль и др.) диэлектрические потери весьма малы. С ростом температуры tgδ растет из-за увеличения потерь на электропроводность. С увеличением примесей tgδ значительно возрастает.

Диэлектрики кристаллической структуры с неплотной упаковкой ионов (муллит, входящий в состав изоляторного фарфора, и др.) из-за релаксаци­онной поляризации имеют повышенные диэлектрические потери.

Диэлектрические потери в аморфных веществах ионной структуры (не­органические стекла) связаны с поляризацией и электропроводностью, вве­дение в состав стекла щелочных окислов (Na₂0, К₂0) при отсутствии окис­лов тяжелых металлов (РЬ₂О_э, ВаО) вызывает значительное повышение диэ­лектрических потерь.

Диэлектрические потери сегнетоэлектриков выше, чем обычных диэлек­триков, они характеризуются самопроизвольной поляризацией, которая имеет резко выраженную зависимость от температуры.

При температурах выше точки Кюри сегнетоэлектрические свойства те­ряются, а самопроизвольная поляризация исчезает. Потери резко падают после точки Кюри.

Диэлектрические потери в твердых материалах неоднородной структуры (керамика) зависят от характера и количественного соотношения кристал­лической и стекловидной фаз. Потери в керамике могут оказаться повышен­ными, если в изделии образуются полупроводящие включения с электрон­ной электропроводностью (из-за адсорбированной влаги при наличии от­крытой пористости).

3. Программа работы

3.1. Изучить принцип действия измерителя RLC типа E7-22 и методику измерения им емкости и тангенса диэлектрических потерь.

3. Определить ε и tgδ твердых электроизоляционных материалов при комнатной температуре.

3. В интервале температур от комнатной до 100°С снять зависимости tgδ и ε от температуры твердых электроизоляционных материалов.

3.4. Построить графики зависимостей tgδ и ε от температуры и сде­лать письменно выводы.

4. Методика измерения tg δ и ε

Описание лабораторной установки

Относительная диэлектрическая проницаемость определяется измерением емкости конденсатора С_х, в котором применяется испытуемый диэлектрик. По известной емкости С_х определяется диэлектрическая проницаемость, для чего необходимо знать геометрические размеры конденсатора.

На частотах f=50 Гц tgδ и ε определяются на плоских (круг или квадрат) трубчатых и фасонных образцах. Плоские и трубчатые образцы имеют те же размеры, что и при определении р _v и р_s .

На средних частотах (1000 Гц и выше) диэлектрическая проницаемость и угол потерь диэлектрика определяется цифровым измерителем Е7-2



Рисунок 3- Передняя панель прибораЕ7-22
На рис. 3 показаны органы управления и индикации передней панели.

1. Кнопка включения питания

2. Кнопка выбора частоты тест сигнала или ввода цифры «0» или знака «-».

3. Кнопка выбора схемы замещения или ввода заданных значений

4. Кнопка ручного выбора пределов измерения или ввода цифры «1»

5. Кнопка выбора режимов измерения основных параметров (R,L,C) или ввода цифры «2»

6. Кнопка выбора режимов измерения вспомогательных параметров (Q,D,R) или ввода цифры «3»

7. Кнопка фиксации измеренного значения, ввода цифры «4» или включения подсветки индикатора

8. Кнопка выбора режима фиксации экстремальных или средних значений или ввода цифры «5»

9. Кнопка установки программных режимов измерителя RLC или ввода цифры «6»

10. Кнопка включения режима относительных Д-измереиий или ввода цифры «7»

11. Кнопка установки верхнего и нижнего допускового предела или ввода цифры «8»

12. Кнопка включения режима контроля относительных отклонений или ввода цифры 9

13. «-» входные контакты измерителя

14. «+» входные контакты измерителя

Назначение органов управления

Основной индикатор измерения параметров ЖК-дисплея - предназначен для отображения результата измерения R, L и С.

Вспомогательный индикатор измерения параметров ЖК-дисплея - предназначен для отображения результата измерения вспомогательных значений тангенсу угла потерь, добротности и сопротивления.

« » - кнопка включения и выключения питания. При включении питания измеритель включится, на индикаторе появится символ «АРО», свидетельствующий об активации функции автоматического выключения питания. В режиме бездействия питание будет выключено примерно через 10 минут. Для возвращения в рабочий режим нажмите кратковременно кнопку« », измеритель RLC вернется в состояние предшествующее выключению питания. Функции автоматического выключения питания дезактивируется при работе от сетевого адаптера или включении режима фиксации экстремальных значений. Для принудительного отключения функции автоматического выключения питания, при включении питания нажмите и удерживайте кнопку « » до появления надписи «АРО OFF». После чего отпустите ее, при работе с измерителем на ЖКИ не будет надписи «АРО». Функции автоматического выключения питания будет активирована автоматически при последующем включении питания.

«Frequency» - кнопка выбора частоты тест сигнала. При каждом нажатии на кнопку частота тест сигнала изменяется в последовательности

1 кГц → 120 Гц→ 1 кГц

Примечание: при включении питания будет установлена частота тест сигнала, предшествующая выключению питания

«ПАР/ПОСЛ (РАL/SER)» -кнопка выбора схемы замещения (PAL- параллельная, SER-последовательная). При каждом нажатии на кнопку тип схемы замещения изменяется в последовательности

SER > PAL> SER

Примечание: при включении питания будет установлен тип схемы замещения, предшествующий выключению питания.

«ДИАП» - кнопка ручного выбора или фиксации пределов измерения, на индикаторе погаснет символ «АиТО».Выбор пределов измерения осуществляется при кратковременном нажатии на кнопку «ДИАП». Выключение режима ручного выбора пределов измерения осуществляется при:

• повторном нажатии и удержании кнопки «ДИАП», более 2-х секунд

• переключение режима измерения,

• выключение питания

Примечание: предел измерения будет зафиксирован при включении режима фиксации экстремальных значений, контроля верхнего и нижнего допускового предела и относительных измерений.

«L/C/R» -кнопка выбора режимов измерения основных параметров - емкости, индуктивности и сопротивления. При каждом нажатии на кнопку вид измеряемого параметра изменяется в последовательности

C>R>L>C

Примечание: при включении питания будет установлено измерение параметра, предшествующее выключению питания

«D/Q/R» -кнопка выбора режимов измерения вспомогательных параметров. При каждом нажатии на кнопку на вспомогательном индикаторе параметры будут отображаться параметры доступные для измерения, в зависимости от установленного основного режима измерения.

«УДЕРЖ» - кнопка включения/выключения режима удержания результата на ЖКИ и включения подсветки ЖКИ. При включении режима «УДЕРЖ» - включается индикатор «Н».

Выключение режима удержания результата измерения:

• Кратковременно нажать на кнопку «УДЕРЖ»,

• выключить питание

Нажатие и удержание кнопки «УДЕРЖ» более 2-х секунд, приводит к включении подсветки экрана. Повторное нажатие и удержание кнопки «УДЕРЖ» более 2-х секунд, приводит к выключению подсветки экрана. Подсветка экрана так же выключается автоматически через 1 минуту.

«MIN/МАХ» - кнопка включения/выключения режима фиксации экстремальных значений (минимум, максимум, разносить между максимальным и минимальным значением, среднее значение за время измерения). При каждом нажатии на кнопку режим изменяется в последовательности

MIN > МАХ > MIN-MAX> AVG > выкл > MIN

Нажатие и удержание кнопки «MIN/МАХ» более 2-х секунд, приводит к выключению режима фиксации экстремальных значений.

Примечание : Во время измерения экстремальных значений изменение режимов измерения не возможно. «SET/УСТ» - кнопка программных установок измерителя RLC, подробное описание см. в разделе порядок работы.

«∆/REL» - кнопка включения/выключения режима относительных ∆-измерений, при включении режима относительных измерений - включается индикатор Д, основная цифровая шкала обнуляется, а последнее измеренное значение записывается в память как эталонное (N_эталон).

В режиме относительных измерений на цифровой шкале отображается величина N_{отображение} , равная

N_отобр.=N_вх.-N_{эталон.} , где N_вх. - измеренное текущее значение.

Выключение режима относительных измерений осуществляется при:

• нажатие и удержание кнопки «∆/REL» более 2-х секунд,

• выключение питания

«Верх/Ниж Пред» - кнопка включения контроля верхнего и нижнего допускового предела, подробное описание см. в разделе порядок работы.

«ОТН» - кнопка включения режима контроля при измерении относительных отклонений, подробное описание см. в разделе порядок работы.

5 Порядок эксплуатации цифрового измерителя E7-22

Указание мер безопасности

Для исключения возможности поражения электрическим током:

1. Убедитесь, что измеряемые компоненты не подключены к источникам питания

2. Перед измерением емкости обязательно разрядите ее.

3. Необходимо помнить: если прибор работает рядом с источником сильных электромагнитных излучений, возможна нестабильность индикации ЖК-дисплея, либо отображение недостоверных результатов измерения.

Рекомендации по проведению измерений.

Тип используемого измерительного кабеля. Для элементов с длинными выводами используйте «ножевые» зажимы, расположенные на передней панели прибора над входными 4мм гнездами. Для более удобного проведения измерений используйте кабели подключения из комплекта поставки.

Измерение малых значений емкости и индуктивности элементов. При измерении емкости до 2 нФ и индуктивности до 2 мГн рекомендуется подключать измеряемый конденсатор или катушку индуктивности к прибору, не используя соединительных проводов (через «ножевые» зажимы).

Частота тест сигнала. Частоту, на которой будут проводиться измерения, пользователь может выбирать по своему усмотрению. Для более корректного выбора частоты тест сигнала, используйте частоты рекомендованные производителем электронных компонентов, измерения которых вы проводите (если таковые имеются).

Сопротивления, которые имеют не только активный, но и реактивный характер на разных частотах могут иметь различные последовательные и параллельные составляющие. Эти составляющие называются эквивалентной схемой. Параметры измеряемых компонентов, индицируемых на основном индикаторе, зависят от выбора эквивалентной схемы (последовательной или параллельной). Обычно производители электронных компонентов показывают, каким образом измерены параметры компонентов (обычно параллельной схемой) и на какой частоте.

Предлагаемые условия измерения:

Индуктивность менее чем 1 мГн последовательная, 1кГц

Индуктивность от 10 мГн до 1Гн последовательная, 120 Гц или 1 кГц

Индуктивность более чем 1 Гн последовательная, 100 Гц

Емкость менее чем 400 пФ параллельная, 1 кГц

Емкость от 400 пФ до 1 мкФ последовательная, 120 Гц или 1 кГц

Емкость более чем 1 мкФ последовательная, 120 Гц

Сопротивление менее чем 1 кОм последовательная, 1 кГц

Сопротивление от 1 кОм до 10 МОм параллельная, 120 Гц или 1 кГц

Сопротивление более чем 10 МОм параллельная, 120 Гц
Если нет специфических причин при измерении емкостей и индуктивностей, всегда выбирается последовательная схема измерения. Это стандартная практика. При измерении малых емкостей и индуктивностей, выбирайте по возможности более высокую частоту измерения для обеспечения меньшей погрешности. При измерении больших емкостей и индуктивностей, выбирайте по возможности более низкую частоту измерения для обеспечения меньшей погрешности. При измерении постоянных резисторов, выбирайте более низкую частоту измерения для исключения частотной зависимости сопротивления и обеспечения меньшей погрешности измерения.

Выбор схемы замещения. Поскольку реактивная составляющая оказывает большее влияние при малых сопротивлениях как последовательная индуктивность, при сопротивлениях менее 1 кОм необходимо выбирать последовательную схему измерения.

Если сопротивление имеет величину более 10 МОм, выбирайте параллельную схему измерения, потому что в этом случае большое сопротивление шунтируется емкостью. Если добротность менее чем 0.1, измерить постоянное сопротивление возможно измерить достаточно точно.

Общие потери конденсаторе могут быть измерены несколькими способами, включая тангенс угла диэлектрических потерь и эквивалентное последовательное сопротивление (ЭПС). Измерения последовательного сопротивления дают обычно больший результат, чем обычное омическое последовательное сопротивление выводных контактов и фольги, которые соединены физически последовательно внутри конденсатора, потому что эквивалентное последовательное сопротивление учитывает эффект электрических потерь. ЭПС и тангенс угла потерь связаны формулой:

ЭПС=R_S=D/ωC_S , где ω=2πf.

Хотя классическое измерение последовательной индуктивности катушек индуктивности, существует ситуация при которой возникает параллельная эквивалентная схема (ПЭС) между физическими компонентами. Для малогабаритных катушек индуктивности без сердечника значительные потери составляют омические или медные потери в выводах, следовательно, последовательная схема является предпочтительней. Однако для катушек с металлическим сердечником значительные потери составляют потери в сердечнике, следовательно, в этом случае предпочтительнее параллельная схема замещения для обеспечения высокой точности измерения.

Тангенс угла диэлектрических потерь емкости (D). Чем меньше тангенс угла диэлектрических потерь емкости, тем эта емкость лучше. Этот параметр характеризует внутренние утечки в емкости. Электролитические конденсаторы имеют очень большие внутренние потери, и, соответственно, большое значение тангенс угла диэлектрических потерь. Если значение D достаточно большое, это может привести к увеличению погрешности измерения емкости конденсаторов. Для более эффективного использования емкости, учитывайте тангенс угла диэлектрических потерь определенный производителем.

Использование автоматического выбора предела измерения и режима ручного выбора предела измерения. При подключении измеряемого компонента к измерителю RLC, прибор автоматически начет установку нужного предела измерения, начиная с наименьшего. При измерении большого числа однотипных компонентов, зафиксируйте предел измерения. Это позволит вам сократить время необходимое измерителю на перебор пределов измерения, а также сохранить данные калибровки для этого предела измерения, что вам позволит уменьшить погрешность измерения.

Подготовка к проведению измерений

Подключите к измерителю измерительный кабель. Включите питание измерителя. Убедитесь в том, что индикатор состояния батарей не горит. Прогрейте измеритель в течение пяти минут. По истечении этого времени измеритель готов к работе.

Проведение измерений.

Измерение сопротивления.

Нажатием на кнопку «L/C/R» выберите режим измерения «R». Подключите измеряемый компонент к измерителю. Установите необходимую частоту тест сигнала. На ИСКИ отобразится результат. Дополнительный индикатор в этом случае отключен.

Измерение емкости.

Разрядите емкость перед подключением к измерителю, подключение заряженной емкости приводит к выходу из строя измерителя RLC!!

Нажатием на кнопку «L/C/R» выберите режим измерения «С». Подключите измеряемый компонент к измерителю. Для полярных конденсаторов произведите подключение, соблюдая полярность. Установите частоту тест сигнала1кГц. На основном индикаторе отобразится емкость С, на дополнительном индикаторе отобразится тангенс диэлектрических потерь D.

Измерение индуктивности.

Нажатием на кнопку «L/C/R» выберите режим измерения «L». Подключите измеряемый компонент к измерителю. Установите необходимую частоту и уровень тест сигнала и вид схемы замещения.

Использование режима относительных измерений.

Использование этого режима позволит вам производить быструю сортировку по допусковому контролю измеряемых компонентов или быстро компенсировать параметры соединительных проводников и паразитной емкости. Подключите к измерителю образцовый компонент (а при компенсации паразитной емкости отключите компонент от измерителя), включите режим относительных измерений. На индикаторе отобразится отклонение измеряемого компонента от образцовой величины.

Использование режима удержания диапазона.

При измерении большого числа однотипных компонентов, вы можете сократить время измерения, зафиксировав диапазон измерения. Измеритель не будет перебирать все поддиапазоны измерения, а начнет измерения на выбранном пределе.

Измерение экстремальных значений.

Нажмите кнопку «MIN/MAX» для входа в режим измерения экстремальных значений. Последовательным нажатием на кнопку выберите одни из следующих режимов:

МАХ - фиксация максимального значения;

MIN - фиксация минимального значения

MIN- МАХ- разность между максимальным и минимальным значением

AVG- измерение среднего значения за период измерения, это значение определяется как:



K1, К2, К3, ...К_n. измеренные значения R, L или С

n - количество измерения.

После фиксации MIN или МАХ значения раздастся однократный звуковой сигнал. При фиксации нового значения раздаться двойной звуковой сигнал.

Основной дисплей индицирует показание измерительной величины (R, L или С) соответствующие установленному режиму. Вспомогательный дисплей в режиме MIN или MAX индицирует вспомогательные величины D или Q соответствующие измеренному значению, а в режиме MIN-MAX или AVG вспомогательный дисплей индицирует количество проведённых измерений.

Режим автоматического отключения питания будет отменён. На ЖКИ погаснет символ «АРО» и зажжется символ «R» сигнализирующий о фиксации параметров режима измерения. Во время измерения экстремальных значений изменение установленных параметров измерения не возможно.

Измеритель во время измерения будет игнорировать измеренные значения лежащие вне зафиксированного предела измерения (обозначенные символом «OL») или значения меньше 50 единиц младшего разряда в режиме измерения емкости.

В режиме измерения среднего значения возможна запись 3000 значений, после записи 2991 индикатор количества проведённых измерений будет мигать, предупреждая о скором переполнении памяти. После фиксации 3000 значения режим записи будет прекращён, но измеритель будет продолжать индицировать среднее значение.

Но даже при переполнении памяти измеритель продолжает фиксировать минимальное и максимальное значение измеряемой величины.

Если во время фиксации экстремальных значений нажать кнопку «УЖЕРЖ», измеритель приостановит запись до снятия этого режима, на ЖКИ появится символ «Н».

Режим относительных измерений.

Измеритель RLC обеспечивает два режима относительных измерений:

1. Относительные ∆-измерения, при которых в качестве опорной величины задается значение измеренного компонента.

Подключите к измерителю изменяемый компонент, дождитесь на ЖКИ появления результата измерения и нажмите кнопку «∆». На ЖКИ появится символ «∆». Основная цифровая шкала обнуляется, а последнее измеренное значение записывается в память как эталонное. Отсоедините компонент от измерителя RLC и произведите подключение другого компонента. На ЖКИ будет отображаться разность между эталонным значением и измеренным.

Применение этого режима наиболее актуально для компенсации начальной емкости или сопротивления соединительных проводников искажающих результат измерения.

Относительные измерения, при которых в качестве опорной величины задается числовое значение в программных установках.

Для включения этого режима нажмите кнопку «∆»и затем кнопку «УСТ». На ЖКИ появится символ «∆» и «SET». На ЖКИ будет отображаться разность между эталонным значением и измеренным.

Для отключения режима относительных измерения нажмите и удерживайте кнопку «∆» более 2-х секунд. Раздаться звуковой сигнал символы «∆» и «SET» исчезнут с ЖКИ.

6. Указания к выполнению работ

6.1. Измерить ε и tgδ диэлектриков.

1. Изучить принцип работы, органы настройки и инструкцию по экс­плуатации прибора.

2 Замерить необходимые геометрические размеры электродов и диэлек­трика конденсатора, собрать конденсатор и подключить его к прибору.

3. Включить прибор, дать ему прогреться в течение 5 минут, измерить емкость конденсатора С и tgδ, рассчитать ε

(выразить из формулы С= ε·ε_о·S/h).

4. Измерить tgδ и С и рассчитать ε для 3 образцов различных диэлек­триков, выданных преподавателем.

Данные измерений и расчетов свести в табл.1.
Таблица 1

Наимено­вание ди­электриков	D, (м)	h, (м)	а, (м)	b, (м)	S, (м2)	tgδ	C (пФ)	ε	Вид по­ляриза­ции

5. Определить зависимости ε и tgδ от температуры

1. Замерить необходимые геометрические размеры двух конденсаторов, со­брать их и поместить в термостат.

2. Подключить термостат к прибору Е-7-22.

3. Замерить tgδ и С конденсаторов при комнатной температуре.

4. Включить термостат и замерить емкости tgδ и С при температурах t = 50 ^оС, рассчитать значения диэлектрической проницаемости. Дан­ные измерений свести в таблицу 2.

Таблица 2

Наименование диэлектриков	h, (м)	S, (м2)	t°, (С)	tgδ	С, (пФ)	ε,	Приме­чание

По данным табл.2 построить графики зависимостей tgδ =f(t°), ε=f(t°).

6. Содержание отчета

Отчет должен содержать:

1) цель работы;

2) программу работы;

3) описание методики измерения tgδ и ε;

4) блок-схему установки;

5) результаты измерений, графики зависимостей ε = f(t°) и tgδ = f(t°) и выво­ды, вытекающие из анализа полученных графиков.

7. Вопросы для самоконтроля

1. Перечислите основные виды поляризации. Какие особенности имеет каж­дый вид поляризации?

Чем отличается процесс поляризации от процесса электропроводности?

3. Что такое угол потерь δ? Изобразите его на векторной диаграмм для пос­ледовательной и параллельной схем замещения.

4. Какой физический смысл относительной диэлектрической проницаемости ε ?

5. Как влияет частота приложенного поля на ε и tgδ диэлектриков с различ­ными видами поляризации?

6. Как влияет влажность диэлектрика на ε и tgδ?

7. Как влияет температура на диэлектрические потери и диэлектрическую проницаемость?

8. Какие значения ε и tgδ имеют диэлектрики с различными видами поля­ризации?

9. Какими процессами обусловлены потери в диэлектриках?
Рекомендуемая литература

1. 
   Богородицкий, Н.П. Электротехнические материалы / Н.П. Богородицкий, В.В. Пасынков, Б.М. Тареев. – Ленинград : Энергия, 1977. – 352 с.
   
2. 
   Пасынков, В.В. Материалы электронной техники / В.В. Пасынков, В.С. Сорокин. – М. : Высш. шк., 1986. – 367 с.