Исследование диэлектрических материалов

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ  
АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ»

КАФЕДРА №

ОТЧЕТ 
ЗАЩИЩЕН С ОЦЕНКОЙ

РУКОВОДИТЕЛЬ

ОТЧЕТ ВЫПОЛНИЛА

Санкт-Петербург 2011

Цель  работы: исследование диэлектрической проницаемости и диэлектрических потерь твердых диэлектриков, помещенных в электрическое поле. 

Краткое изложение сущности примененного метода измерения и использованные расчетные формулы. 

Диэлектрическая проницаемость ɛ характеризует меру поляризации различных образцов диэлектриков в электрическом поле. Диэлектрические потери представляют собой часть энергии электрического поля, которая превращается в теплоту. При частотах выше 20 кГц величина этих потерь становится одним из самых важных параметров диэлектрика.

Для определения  диэлектрических потерь используется контурный резонансный метод  измерения параметров и tgɓ диэлектрика, называемый методом вариации реактивной проводимости. Суть метода заключается в относительном сравнении величины емкостей С_Д/С_О конденсатора на резонансной частоте. При этом емкость С_Д определяется, когда между пластинами конденсатора находится исследуемый образец диэлектрика, а емкость С_О, когда вместо диэлектрика – воздушный слой. Для определения потерь диэлектрик удобно рассматривать как конденсатор в цепи переменного тока.

Если емкость  конденсатора измерять в пикофарадах, а линейные размеры D и h в сантиметрах, то формула для диэлектрической проницаемости примет вид: 
 

                                                                      (1) 

где h, D – соответственно, толщина и диаметр исследуемого образца диэлектрика, см; С_х – емкость образца.

На рис.1 показан  генератор и колебательный контур куметра, состоящий из катушки индуктивности L_к, эталонной емкости С_к и активной проводимости q_к контура, к внешним клеммам которого на этапе калибровки не подключен исследуемый образец диэлектрика. 

                                    Рис. 1                                                        Рис. 2 

Из теории известно, что при резонансе в контуре  его проводимость qк является чисто активной и добротность Q определяется выражением  
 

                                                                    (2) 

Резонанс находят  при фиксированной частоте ω, изменением только емкости конденсатора С_к. При резонансе эту емкость обозначают С₁.

Подключив к  внешним клеммам контура конденсатора С_х (рис.2), между обкладками которого помещен исследуемый образец диэлектрика, снова добиваются резонанса в контуре посредством изменения емкости конденсатора С_к. Полученное при этом значение С_к обозначают как С₂. Так как резонансная частота при второй настройке контура в резонанс не меняется, то емкость (С₂+С_х) должна равняться емкости С₁ и, следовательно 

                                                                    (3) 

Если q – активная проводимость конденсатора, то общая активная проводимость (рис.2) во втором случае 

                                                            (4) 

Из уравнений (3) и (4) находим 

                                                                  (5) 

Тогда тангенс  угла потерь исследуемого диэлектрика 

                                                            (6)

Где С_х – емкость образца пФ; С₁ – резонансная емкость контура при отключенном образце; Q₁, Q₂ – добротности контура, соответственно, при отключенном и включенном образце. 
 

Таблица с результатами измерений и расчетов. 

Фторопласт. Полимерный материал, получаемый химическим путём. Фторопласт содержит атомы фтора, благодаря чему имеет высокую химическую стойкость. Плохо растворяется или не растворяется во многих органических растворителях, не растворим в воде и не смачивается ею. Фторопласты характеризуются широким диапазоном механических свойств, хорошими диэлектрическими свойствами, высокой электрической прочностью, низким коэффициентом трения, низкими значениями износа; стойки к действию различных агрессивных сред при комнатной и повышенной температуре, атмосферо-, коррозионно- и радиационностойки, слабо газопроницаемы, не горючи или самозатухают при возгорании. Очень высокая нагревостойкость (до 300°С). Материал обладает холодной текучестью. 

Эбонит. Вулканизированный каучук с большим содержанием серы (30—50 % в расчёте на массу каучука), обычно темно-бурого или черного цвета. В отличие от мягкой резины, эбонит не проявляет высокой эластичности при обычных температурах и напоминает твёрдую пластмассу. Эбониты разрушаются сильными окислителями, ароматическими и хлорированными углеводородами. Эбониты окисляются на ярком свету, приобретая зеленоватый оттенок. 

Винипласт. Жесткая термопластичная непрозрачная, не содержащая пластификатора, пластическая масса на основе поливинилхлорида и перхлорвиниловой смолы, содержащий также термо- и светостабилизаторы, антиоксиданты, предотвращающие разрушение материала при переработке и эксплуатации, смазывающие вещества (облегчающие его обработку и переработку), пигменты или красители, для получения цветных изделий. Является полимерным изделием. Другое наименование - непластифицированный поливинилхлорид (НПВХ). 

Органическое  стекло. Синтетический полимер метилметакрилата, термопластичный прозрачный пластик, продаваемый под торговыми марками плексиглас, лимакрил, перспекс, плазкрил, акрилекс, акрилайт, акрипласт и др., также известный под названием акриловое стекло, акрил, плекс. Органическое стекло полностью состоит из термопластичной смолы. Используется как альтернатива силикатному стеклу. 

Вывод: исследовали диэлектрическую проницаемость и диэлектрические потери твердых диэлектриков, помещенных в электрическое поле (ɛ_ср = 4,4; tgɓ_ср = 0,013), сравнили из с табличными, изучили материалы, их строение и свойства.