Діелектричні виміри
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Діелектричні виміри

Діелектричні виміри, виміри величин, що характеризують властивості діелектриків в постійному і змінному електричних полях. ДО Д. і. відносяться виміри діелектричної проникності e в постійних і змінних полях, діелектричних втрат, питомої електропровідності в постійному електричному полі, електричній міцності.

загрузка...

  В разі твердих діелектриків Д. і. часто зводяться до виміру ємкості З плоского електричного конденсатора, між пластинами якого поміщений досліджуваний діелектрик. По формулі

 

( d — товщина діелектричного зразка, S — площа його бічної грані, до — коефіцієнт пропорційності) знаходять діелектричну проникність e. В разі рідин і газів вимірюють ємкість системи електродів у вакуумі ( С 0 ) і в даній речовині ( З e ), а потім визначають e із співвідношення: e = З e / С 0 .

  Методи виміру ємкості і діелектричних втрат різні для різних частот електричного поля. У постійному полі і при низьких частотах (десяті долі гц ) ємкість, як правило, визначають шляхом вимірів зарядного або розрядного струмів конденсатора за допомогою балістичного гальванометра ( мал. 1 ).

  В області частот від десятих гц до 10 7 гц , окрім З, істотний вимір діелектричних втрат, мірою яких є тангенс кута діелектричних втрат tg d. З і tg d вимірюють за допомогою мостових схем, зокрема мостів Шерінга.

  У високочастотної області (від 10 5 до 10 8 гц ) для виміру ємкості З e і діелектричною проникністю e застосовують головним чином резонансні методи ( мал. 2 ). Коливальний контур, що містить зразковий конденсатор (див. Ємкості міри ) набудовується в резонанс, і визначається відповідна резонансу величина ємкості С'' . Потім паралельно зразковому конденсатору приєднують конденсатор з діелектриком З e , і контур знову набудовується в резонанс. У другому випадку ємкість С" зразкового конденсатора буде менший. Ємкість конденсатора, заповненого діелектриком C e , визначається по формулі:

  C e = C'' - С" .          (1)

  Різні резонансні методи відрізняються один від одного за способом визначення tg d. У методі заміщення діелектрик замінюється еквівалентною схемою, що складається з ємкості і опору. Підбирається такий опір R , яке, будучи включено послідовно або паралельно зразковому конденсатору З , ємкість якого береться рівній ємності діелектрика З e , дає такий же резонансний струм в контурі, як і зразок діелектрика. Метод розладу контура заснований на тому, що ширина резонансної кривої контура визначається його добротністю Q, пов'язаною з тангенсом кута втрат діелектрика співвідношенням:

  tg d = 1/ Q .          (2)

  Ємкість і діелектричні втрати визначають також методом куметра. У даної області частот можна застосовувати також метод биття .

  В області надвисоких частот (від 10 8 до 10 11 гц ) Д. і. засновані на використанні об'ємних резонаторів і радіохвилеводів, а також на закономірностях поширення електромагнітних хвиль у вільному просторі. В разі газоподібних діелектриків вимірюють резонансну частоту w 0 і добротність Q 0 об'ємного резонатора ( мал. 3 ), коли в нім створений вакуум, і ті ж величини w e і Q e , коли він цілком заповнений діелектриком. При цьому мають місце співвідношення:

 

  В разі рідких і твердих діелектриків, якщо вони цілком заповнюють резонатор, виходять набагато більші зміни резонансної частоти і добротності. Крім того, якщо діелектричні втрати великі, то добротність резонатора стає вельми малою величиною. Це порушує справедливість формул (3) і (4). Тому застосовують часткове заповнення резонатора діелектриком, що найчастіше має форму диска або стрижня.

  Інший метод Д. і. у області СВЧ(надвисокі частоти) полягає в тому, що в радіохвилеводі встановлюється та, що біжить або стояча електромагнітні хвилі. Для хвилеводу, заповненого діелектриком, довжина хвилі l e рівна:

 

де l 0 — довжина хвилі у вільному просторі, l кр — критична (гранична) довжина хвилі, залежна від типа хвиль і розмірів поперечного перетину хвилеводу. З формули (5) можна визначати e. При введенні діелектрика в хвилевід змінюються умови поширення хвиль і відбувається поглинання енергії електромагнітного поля. Це дозволяє визначити tg d.

  Існують два основні методи виміру e і tg d за допомогою хвилеводу. Перший заснований на спостереженні картини стоячих хвиль в хвилеводі, навантаженому відомим опором. Другий — на спостереженні поглинання хвиль, що проходять через діелектрик. У випадку газів, які мають e » 1 і малі діелектричні втрати, e і tg d визначають за допомогою установки, схематично змальованої на мал. 3. В середній ділянці хвилеводу, відгородженій слюдяними вікнами, створюється вакуум, а потім туди вводиться газ.(газета) При цьому у згоді з формулою (5) довжина хвилі зменшується і положення мінімумів стоячої хвилі зміщується. Д. і. рідин і твердих тіл, e, що мають ¹ 1, ускладнюються віддзеркаленням хвиль на кордоні повітря — діелектрик. У цих умовах спостерігають картину стоячих хвиль на вході заповненого діелектриком хвилеводу за допомогою вимірювальній лінії . В області міліметрових, інфрачервоних і світлових хвиль вимірюють коефіцієнт віддзеркалення або заломлення і коефіцієнт поглинання діелектрика, звідки знаходять e і tg d.

  Методи виміру питомої електропровідності діелектриків s в постійному полі істотно не відрізняються від аналогічних методів для металів і напівпровідників . Для точних вимірів дуже малих s використовують постійного струму підсилювач .

  Виміри електричної міцності Е пр засновані на вимірі напруги V np , яке відповідає настанню діелектричного пробою:

  Е пр = V пр / d ,          (6)

де d — відстань між електродами.

  Літ.: Ськанаві Р. І., Діелектрична поляризація і втрати в стеклах і керамічних матеріалах з високою діелектричною проникністю, М. — Л., 1952; Карандєєв До. Б., Мостові методи вимірів, До., 1953; Хиппель А. Р., Діелектрики і їх вживання, пер.(переведення) з англ.(англійський), М. — Л., 1959; Браун Ст, Діелектрики, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1961; Виміри на надвисоких частотах, пер.(переведення) з англ.(англійський), під ред. Ст Би. Штейншлейгера, М., 1952.

  А. Н. Губкин.

Мал. 3. Хвилеводні установки для виміру e і tg d газів.

Мал. 1. Виміри діелектричної проникності за допомогою балістичного гальванометра G .

Мал. 2. Виміри ємкості С e і діелектричній проникності e резонансним методом. Котушка індуктивності L і зразковий конденсатор З утворюють замкнутий контур, слабо пов'язаний з генератором змінного струму.