ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТАНГЕНСА УГЛА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ И ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ

Мощность, рассеиваемую в диэлектрике под действием пере­менного электрического поля, называют диэлектрическими по­терями. Обычно диэлектрические потери характеризуются тан­генсом угла диэлектрических потерь. На рис. 71 для примера образец диэлектрика представлен в виде параллельной эквива­лентной схемы конденсатора. Векторная диаграмма этой схемы показывает, что сдвиг фаз ф между током в конденсаторе с по­терями и напряжением составляет меньше 90°.

Дополнительный угол δ, (π/2)-φ, называют углом ди­электрических потерь:

или

Диэлектрические потери для данной схемы:

где Р— диэлектрические потери; U— напряжение; f— частота тока; С_х— емкость конденсатора; tgδ — тангенс угла диэлек­трических потерь.

Из этой зависимости следует, что диэлектрические потери можно характеризовать величинойtgδ. Чем меньше значение тангенса угла диэлектрических потерь, тем ниже диэлектриче­ские потери, тем лучше электроизоляционные свойства материа­ла, и наоборот.

Диэлектрической проницаемостью е, или диэлектрической по­стоянной изоляционного материала, называют число, показыва­ющее, во сколько раз увеличится емкость вакуумного конден­сатора, если, не меняя формы и размеров конденсатора, запол­нить пространство между электродами испытуемым веществом:

где С_х— емкость испытуемого образца; С_в— емкость вакуумного конденсатора. Диэлектрическая проницаемость — безразмерная величина.

Диэлектрик тем лучше, чем меньше емкость конденсатора с данным материалом, чем меньше его диэлектрическая прони­цаемость. Значения εи tgδопределяют (ГОСТ 22372—77) при частоте 10⁶ Гц на приборе Е-9-4, работающем на принципе резо­нанса. Этот принцип основан на определении емкостиСизме­рительного конденсатора, между обкладками которого помеща­ется испытуемый образец, и добротности ф измерительного кон­тура.

Согласно инструкции по эксплуатации прибора к его клем­мам присоединяют катушку индуктивности, соответствующую частоте измерения, и измерительный конденсатор, электроды ко­торого выполнены из меди или латуни и имеют высокую частоту контактной поверхности. Упрощенная схема прибора представ­лена на рис. 72.

Техника определения. Тангенс угла диэлектрических потерь и диэлектрическую проницаемость измеряют на одном и том же образце. Штангенциркулем измеряют толщину hи диа­метр dобразца. Затем на образец с двух сторон плотно прити­рают электроды из алюминиевой или оловянной фольги, имею­щей форму образца. Электроды притирают с помощью тонкого слоя конденсаторного вазелина или конденсаторного масла. Прибор включают только в присутствии препо­давателя! Вставляют в клеммы 3 и 4 измерительную ячейку. Протирают рабочие поверхности электродов спиртом и высуши­вают. Испытуемый образец с нанесенными электрода­ми помещают между пластинами измерительной ячейки. Верхний подвижный электрод измерительной ячейки опус­кают до тех пор, пока образец не будет зажат между элек­тродами (до щелчка микроизмерительного винта). Производянастройку (балансировку) прибора ручкой «Емкость» и фикси­руют его показания. Записывают значения емкости С_I (пФ) эта­лонного конденсатора прибора и значения фактора потерь — добротность Q₁, в которой отградуирован вольтметр прибора. Затем, не выключая прибора, испытуемый образец извлекают из измерительной ячейки, микрометрическим винтом устанав­ливают расстояние между электродами измерительной ячейки, равное h, и снова регулируют емкостьСдо получения резонан­са, снимают значения емкости С₂(пф) и добротность Q₂ по по­казаниям вольтметра. Далее отсоединяют измерительную ячей­ку от прибора, оставив подключенным только контакт «Заземле­ние».

Вращая ручку измерительного конденсатора «Емкость», до­биваются резонанса по максимальному отклонению стрелки вольтметра и записывают полную емкость С_рез измерительного контура (пФ). Результаты измерений вносят в таблицу:

Добротность Q₂вычисляют по формуле

Добротность — величина, обратная тангенсу угла диэлектриче­ских потерь:

где Q₁—добротность измерительного контура, когда между электродами измерительной ячейки находится образец; Q₂— добротность измерительного контура без образца; С_рез — полная емкость измерительного контура при резонансе, когда измери­тельный конденсатор отключен (без измерительной ячейки); С_х— емкость испытуемого образца ее вычисляют по формуле

где d— диаметр испытуемого образца; h— толщина испытуемо­го образца; С₁ — полная емкость измерительного конденсатора с образцом; С₂ — полная емкость измерительного конденсатора без образца.

Диэлектрическую проницаемость εрассчитывают по формуле

где С_х— емкость испытуемого образца; С_в— емкость вакуум­ного конденсатора.

Величину С_в рассчитывают по формуле