ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ, измерения величин, характеризующих свойства диэлектриков в постоянном и переменном электрич. полях. К Д. и. относятся измерения диэлектрич. проницаемости е в постоянных и переменных полях, диэлектрич. потерь, удельной электропроводности в постоянном электрич. поле, электрич. прочности.

В случае твёрдых диэлектриков Д. и. часто сводятся к измерению ёмкости С плоского электрич. конденсатора, между пластинами к-рого помещён исследуемый

(d - толщина диэлектрич. образца, S -площадь его боковой грани, k - коэфф. пропорциональности) находят диэлектрич. проницаемость е. В случае жидкостей и газов измеряют ёмкость системы электродов в вакууме (С0) и в данном веществе (Се), а затем определяют е из соотношения: е = Сео.

Методы измерения ёмкости и диэлектрич. потерь различны для разных частот электрич. поля. В постоянном поле и при низких частотах (десятые доли гц) ёмкость, как правило, определяют путём измерений зарядного или разрядного токов конденсатора с помощью баллистического гальванометра (рис. 1).

В области частот от десятых гц до 107 гц, помимо С, существенно измерение диэлектрических потерь, мерой к-рых является тангенс угла диэлектрических потерь tgб. С и tgб измеряют с помощью мостовых схем, в частности мостов Шеринга.

Рис. 1. Измерения диэлектрической проницаемости при помощи баллистического гальванометра G.

В высокочастотной области (от 105 до 108 гц) для измерения ёмкости Се и диэлектрической проницаемости е применяют гл. обр. резонансные методы (рис. 2). Колебательный контур, содержащий образцовый конденсатор (см. Емкости меры), настраивается в резонанс, и определяется соответствующая резонансу величина ёмкости С‘. Затем параллельно образцовому конденсатору присоединяют конденсатор с диэлектриком Се, и контур снова настраивается в резонанс. Во втором случае ёмкость С" образцового конденсатора будет меньше. Ёмкость конденсатора, заполненного диэлектриком Се, определяется по формуле: Се = С‘-С". (1)

Различные резонансные методы отличаются друг от друга по способу определения tgб. В методе замещения диэлектрик заменяется эквивалентной схемой, состоящей из ёмкости и сопротивления.

Рис. 2. Измерения ёмкости Се и диэлектрической проницаемости е резонансным методом. Катушка индуктивности L и образцовый конденсатор С образуют замкнутый контур, слабо связанный с генератором переменного тока.

Подбирается такое сопротивление R, к-рое, будучи включено последовательно или параллельно образцовому конденсатору С, ёмкость к-рого берётся равной ёмкости диэлектрика Се, даёт такой же резонансный ток в контуре, как и образец диэлектрика. Метод расстройки контура основан на том, что ширина резонансной кривой контура определяется его добротностью Q, связанной с тангенсом угла потерь диэлектрика соотношением:

Ёмкость и диэлектрич. потери определяют также методом куметра. В данной области частот можно применять также метод биений.

В области сверхвысоких частот (от 108 до 1011 гц) Д. и. основаны на использовании объёмных резонаторов и радиоволноводов, а также на закономерностях распространения электромагнитных волн в свободном пространстве. В случае газообразных диэлектриков измеряют резонансную частоту w0 и добротность Qo объёмного резонатора (рис. 3), когда в нём создан вакуум, и те же величины wе и Qе, когда он целиком заполнен диэлектриком.

Рис. 3. Волноводные установки для измерения е и tgS газов.

При этом имеют место соотношения:

В случае жидких и твёрдых диэлектриков, если они целиком заполняют резонатор, получаются гораздо большие изменения резонансной частоты и добротности. Кроме того, если диэлектрич. потери велики, то добротность резонатора становится весьма малой величиной. Это нарушает справедливость формул (3) и (4). Поэтому применяют частичное заполнение резонатора диэлектриком, чаще всего имеющим форму диска или стержня.

Другой метод Д. и. в области СВЧ состоит в том, что в радиоволноводе устанавливаются бегущая или стоячая электромагнитные волны. Для волновода, заполненного диэлектриком, длина волны Хе равна:

где Х0 - длина волны в свободном пространстве, Хкр - критич. (предельная) длина волны, зависящая от типа волн и размеров поперечного сечения волновода. Из формулы (5) можно определять Е. При введении диэлектрика в волновод изменяются условия распространения волн и происходит поглощение энергии электромагнитного поля. Это позволяет определить tgб.

Существуют два основных метода измерения е и tg6 с помощью волновода. Первый основан на наблюдении картины стоячих волн в волноводе, нагружённом известным сопротивлением. Второй - на наблюдении поглощения волн, проходящих через диэлектрик. В случае газов, к-рые имеют е~~1 и малые диэлектрич. потери, Е и tgб определяют с помощью установки, схематически изображённой на рис. 3. В среднем участке волновода, отгороженном слюдяными окнами, создаётся вакуум, а затем туда вводится газ. При этом в согласии с формулой (5) длина волны уменьшается и положение минимумов стоячей волны смещается. Д. и. жидкостей и твёрдых тел, имеющих е не= 1, осложняются отражением волн на границе воздух - диэлектрик. В этих условиях наблюдают картину стоячих волн на входе заполненного диэлектриком волновода с помощью измерительной линии. В области миллиметровых, инфракрасных и световых волн измеряют коэфф. отражения или преломления и коэфф. поглощения диэлектрика, откуда находят е и tgб.

Методы измерения удельной электропроводности диэлектриков а в постоянном поле существенно не отличаются от аналогичных методов для металлов и полупроводников. Для точных измерений очень малых а используют постоянного тока усилитель.

Измерения электрич. прочности Епр основаны на измерении напряжения Епp, к-рое соответствует наступлению диэлектрич. пробоя:

где d - расстояние между электродами. Лит.: Сканави Г. И., Диэлектрическая поляризация и потери в стеклах и керамических материалах с высокой диэлектрической проницаемостью, М. - Л., 1952; Карандеев К. Б., Мостовые методы измерений, К., 1953; Xиппель А. Р., Диэлектрики и их применение, пер. с англ., М. -Л., 1959; Браун В., Диэлектрики, пер. с англ., М., 1961; Измерения на сверхвысоких частотах, пер. с англ., под ред. В. Б. Штейншлейгера, М., 1952.

А. Н. Губкин.




Смотреть больше слов в «Большой советской энциклопедии»

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОТЕРИ →← ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

Смотреть что такое ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ в других словарях:

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ

        измерения величин, характеризующих свойства диэлектриков (См. Диэлектрики) в постоянном и переменном электрических полях. К Д. и. относятся изм... смотреть

T: 174