|
|
Большая Советская Энциклопедия (цитаты)
|
|
|
|
|
Диэлектрические измерения | Диэлектрические измерения (далее Д)измерения величин, характеризующих свойства диэлектриков в постоянном и переменном электрических полях. К Диэлектрические измерения относятся измерения диэлектрической проницаемости e в постоянных и переменных полях, диэлектрических потерь, удельной электропроводности в постоянном электрическом поле, электрической прочности.
В случае твердых диэлектриков Диэлектрические измерения часто сводятся к измерению емкости С плоского электрического конденсатора, между пластинами которого помещен исследуемый диэлектрик. По формуле
(d - толщина диэлектрического образца, - площадь его боковой грани, k - коэффициент пропорциональности) находят диэлектрическую проницаемость e. В случае жидкостей и газов измеряют емкость системы электродов в вакууме (С0) и в данном веществе (Сe), а затем определяют e из соотношения: e = Сe/С0.
Методы измерения емкости и диэлектрических потерь различны для разных частот электрического поля. В постоянном поле и при низких частотах (десятые доли гц) емкость, как правило, определяют путем 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 которых является тангенс угла диэлектрических потерь tg d. С и tg d измеряют с помощью мостовых схем, в частности мостов Шеринга.
В высокочастотной области (от 105 до 108 гц) для измерения емкости Сe и диэлектрической проницаемости e применяют главным образом резонансные методы (рис. 2). Колебательный контур, содержащий образцовый конденсатор (см. Емкости меры), настраивается в резонанс, и определяется соответствующая резонансу величина емкости С". Затем параллельно образцовому конденсатору присоединяют конденсатор с диэлектриком Сe, и контур снова настраивается в резонанс. Во втором случае емкость С" образцового конденсатора будет меньше. Емкость конденсатора, заполненного диэлектриком e, определяется по формуле:
e = " - С". (1)
Различные резонансные методы отличаются друг от друга по способу определения tg d. В методе замещения диэлектрик заменяется эквивалентной схемой, состоящей из емкости и сопротивления. Подбирается такое сопротивление R, которое, будучи включено последовательно или параллельно образцовому конденсатору С, емкость которого берется равной емкости диэлектрика Сe, дает 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:
tg d = 1/Q. (2)
Емкость и диэлектрические потери определяют также методом куметра. В данной области частот можно применять также метод биений.
В области сверхвысоких частот (от 108 до 1011 гц) Диэлектрические измерения основаны на использовании объемных резонаторов и радиоволноводов, а также на закономерностях распространения электромагнитных волн в свободном пространстве. В случае газообразных диэлектриков измеряют резонансную частоту w0 и добротность Q0 объемного резонатора (рис. 3), когда в нем создан вакуум, и те же величины we и Qe, когда он целиком заполнен диэлектриком. При этом имеют место соотношения:
В случае жидких и твердых диэлектриков, если они целиком заполняют резонатор, получаются гораздо большие изменения резонансной частоты и добротности. Кроме того, если диэлектрические 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 Диэлектрические измерения в области СВЧ состоит в том, что в радиоволноводе устанавливаются бегущая или стоячая электромагнитные волны. Для волновода, заполненного диэлектриком, длина волны le равна:
где l0 - длина волны в свободном пространстве, lкр - критическая (предельная) длина волны, зависящая от типа волн и размеров поперечного сечения волновода. Из формулы (5) можно определять e. При введении диэлектрика в волновод изменяются условия распространения волн и происходит поглощение энергии электромагнитного поля. Это позволяет определить tg d.
Существуют два основных метода измерения e и tg d с помощью волновода. Первый основан на наблюдении картины стоячих волн в волноводе, нагруженном известным сопротивлением. Второй - на наблюдении поглощения волн, проходящих через диэлектрик. В случае газов, которые имеют e " 1 и малые диэлектрические потери, e и tg d определяют с помощью установки, схематически изображенной на рис. 3. В среднем участке волновода, отгороженном слюдяными окнами, создается вакуум, а затем туда вводится газ. При этом в согласии с формулой (5) длина волны уменьшается и положение минимумов стоячей волны смещается. Диэлектрические измерения жидкостей и твердых тел, имеющих e ¹ 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 коэффициент отражения или преломления и коэффициент поглощения диэлектрика, откуда находят e и tg d.
Методы измерения удельной электропроводности диэлектриков s в постоянном поле существенно не отличаются от аналогичных методов для металлов и полупроводников. Для точных измерений очень малых s используют постоянного тока усилитель.
Измерения электрической прочности Епр основаны на измерении напряжения np, которое соответствует наступлению диэлектрического пробоя:
Епр = пр/d, (6)
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; Хиппель 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.
|
Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска
|
|
 |
 |
 |
|
