Резонансный метод измерения диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь. Стандартная частота - 1 МГц.

Установка состоит из генератора с согласующим трансформатором, резонансной цепи, включающей индуктивность L, переменный воздушный конденсатор С и измеряемый образец - конденсатор Сх. Все перечисленные приборы обычно оформлены как один прибор - Q-метр. (см. Рис. ниже).

 

L

A

Г Q C Cx

 

Рис. Схема Q-метра: Г-генератор, А-миллиамперметр

Сущность измерений состоит в измерении формы резонансной кривой - зависимости тока от частоты измерений. Резонанс возникает в колебательном контуре , состоящим из индуктивности L и проградуированного переменного воздушного конденсатора С.

Вначале, после включения и прогрева прибора, образец не подключают, вручную подбирают емкость С₁, при которой указатель резонанса - микроамперметр, градуированный в значениях Q (которые обратны тангенсу угла потерь 1/Q=tgd), будет показывать максимальное значение Q₁. Эта добротность будет равна Q1=wС₁/g_к. где g_к- проводимость на переменном токе. Затем подключают образец - емкость Сх, и опять изменением емкости переменного конденсатора находят емкость этого конденсатора С₂, при которой показания Q максимальны и равны Q₂. Таким образом, проводимость (на переменном токе) воздушного конденсатора с индуктивностью g_к=wС₁/Q₁ и проводимость этого конденсатора, индуктивности вместе с подключенным образцом - измеряемым конденсатором Сх равна g_к+g_x=[w(С₁+С_х)]/Q₂ . Искомая проводимость образца g_x равна

g_x=(1/Q₁-1/Q₂); C_x=C₁-C₂.

Тангенс угла диэлектрических потерь рассчитывают по формуле

tgd=g_x/(wC_x)= [(Q₁-Q₂)/(Q₁Q₂)](C₁/C_x)

Метод достаточно точен, если соединительные провода от измерительных электродов к клеммам куметра коротки, поэтому этот метод применяется для измерений только в комнатных условиях. Измерения в широком диапазоне температур проводятся, обычно, на \мостах переменного тока.

Более точно измерения проводятся при использовании микрометрической ячейки. Микрометрическая ячейка состоит из двух электродов, один из них неподвижный, а второй снабжен микрометрической головкой, показывающей расстояние между электродами с точностью не менее 0,01 мм. При измерениях сначала проводят измерения с зажатым образцом (определяют С1), а затем измеряют саму ячейку с воздушным зазором, равным толщине образца (определяют С2). Тогда измеряемая емкость образца

С_х=С₁-С₂+С_о,

где С_о -емкость воздушного конденсатора из электродов, раздвинутых на толщину образца, эту величину С_о вычисляют по формуле: С_о=e_оS/h, где S-площадь электродов и h-толщина образца (расстояние между электродами при измерении Со). Тангенс угла потерь tgd_х вычисляют по формуле

tgd_х=( tgd₁- tgd₂)С₁/Сх.

Диэлектрическую проницаемость рассчитывают по формуле

e_х=С_х/С_о.

При использовании куметра расчет tgd_х проводят по формуле:

tgd_х=[(Q₂-Q₁)/Q₂Q₁](C_рез/С_храс)

где С_рез - емкость конденсатора в колебательном контуре , измеренная без присоединения измерительной ячейки, С_храс- емкость образца, вычисленная по формуле С_храс=e_хe_оS/h или С_храс=С_оe_х.

На микрометрической ячейке рекомендуется проводить измерения с использованием притертых фольговых алюминиевых электродов. Но можно проводить измерения и без нанесенных электродов, учитывая воздушный зазор между электродами и образцом.

Образцы, применяемые для диэлектрических измерений, подразделяются на блочные и пленочные. Блочные образцы - это диски или квадраты толщиной 1,5-4 мм (обычно 2-3 мм). Диаметр образцов (или сторона квадрата) 50 мм или 100 мм. Соответственно диаметр применяемых электродов (при измерениях на частотах 100 Гц-5 Мгц ) 50 мм или 100 мм.

Пленочные образцы - квадраты, вырезанные из пленок 40х40 мм.

Применяются измерительные электроды диаметром 25 мм, реже 10 мм.

При диэлектрических измерения на частоте 50 Гц при изменении дисков диаметром 50 мм применяются с одной стороны измерительный электрод диаметром 25 мм и охранное кольцо с внутренним диаметром 29 мм и с внешним диаметром 39 мм. Противоположный электрод имеет диаметр 50 мм.

При измерении блочных образцов диаметром 100 мм рекомендуется использовать с одной стороны измерительный электродом диаметром 50 мм и охранное кольцо с внутренним диаметром 54 мм и внешним диаметром 74 мм. Электрод с противоположной стороны диаметром

75-100 мм.

Кроме притирания фольги на вазелиновом масле рекомендуется использовать электроды, напыленные в вакууме, или из электропроводящей краски. При измерении на частоте 50 Гц можно применять резино-фольговые электроды.