Определение электрических сопротивлений диэлектриков и изоляции кабелей методом сравнения
Этот метод является, по существу, разновидностью метода непосредственного отклонения и отличается в основном методикой измерений и расчетов. Схема испытательной установки практически не отличается от метода непосредственного отклонения (см. рисунок).
Сущность метода заключается в том, что при неизменном значении напряжения, измеряемого вольтметром, дважды измеряется ток в цепи:
при включенном в цепь образце;
при закороченном участке цепи, содержащем образец.
Как видим, в первом случае
(1)
Во втором случае
(2)
Ток, как известно, текущий в цепи и измеряемый гальванометром
I = αnCд . (3)
Тогда, подставив (3) в (1) и (2), получим
(4)
Или
,
(5)
.
(6)
Поскольку напряжение оставалось неизменным, то приравняем левые части (5) и (6).
.
(7)
Откуда можно получить значение Rx
.
(8)
В указанной схеме есть несколько новых элементов.
Rз – защитное водяное сопротивление.
Р – безвоздушный разрядник для защиты исследователя в случае неожиданного пробоя образца.
R0 – эталонное сопротивление порядка 106 ÷ 107 Ом, которое должно сохраняться практически неизменным при изменениях температуры окружающей среды. Для этой цели используют резисторы (непроволочные сопротивления) с температурным коэффициентом не более 10-4 1/К.
Обязательное условие – после каждого измерения с образцом образец разряжают, замыкая высоковольтный электрод на землю.
Метод дает возможность измерить сопротивления до 1013 Ом, так же как и метод непосредственного отклонения.
Достоинство метода – Нет необходимости определять динамическую постоянную гальванометра.
Недостатки метода: 1. Нельзя измерять высокие сопротивления.
2. Могут образовываться большие погрешности измерения Rx (из-за нестабильности образцового сопротивления или источника питания).
3. Нельзя снять зависимость удельных сопротивлений от напряжения в широком диапазоне.
Этот метод часто применяется в кабельной технике.
Определение сопротивлений диэлектриков с помощью баллистического гальванометра (Метод заряда конденсатора)
Несколько слов о баллистическом гальванометре. Он отличается от обычного тем, что у него искусственно увеличен момент инерции подвижной части. Это позволяет измерять малые количества электричества, протекающего в течение коротких интервалов времени. Основной характеристикой баллистического гальванометра является его баллистическая постоянная СБ, которая указывается на корпусе прибора. Однако погрешность, с которой она указывается, велика (± 10%). Поэтому непосредственно перед измерением определяют баллистическую постоянную.
Электрическая схема установки для измерения Rx методом заряда конденсатора представлена на рисунке.
В этой схеме С0 – большая образцовая емкость (слюдяной герметичный конденсатор).
К2 – переключатель, который включает С0 то на образец, то на гальванометр.
Схема «работает» следующим образом. Вначале включают К0 и К2 в положение 1. С включением К2 включается секундомер. Время зарядки, как правило, равно 300 с (5 минут). К1 и К3 при этом разомкнуты. Затем переключатель К2 ставят в положение 2 и разряжают конденсатор С0 через баллистический гальванометр при наибольшем значении n (знаменатель шунтового числа). Замечают первый наибольший отброс указателя гальванометра (α). Если же отклонения недостаточно, то измерение повторяют на следующей ступени шунта. По окончании испытания К1 замыкают, чтобы разрядить образец, а рукоятку шунта ставят в положение 1/n = 1/10000. Как уже было сказано баллистический гальванометр позволяет измерять малые значения количества электричества
где α – отклонение гальванометра, [мм],
n – знаменатель шунтового числа,
СБ – баллистическая постоянная гальванометра [Кл/мм].
При зарядке конденсатора С0 через сопротивление образца диэлектрика Rx в течение времени τ от источника с напряжением U (измеряется вольтметром), напряжение на конденсаторе будет изменяться следующим образом:
(1)
Накопившийся за это время заряд равняется:
(2)
Выражение
можно разложить в ряд
(3)
Если τ <<RxC0, то можно ограничиться лишь первыми двумя членами этого ряда. Тогда
. (4)
То есть сопротивление может быть определено как
.
(5)
И, наконец, если измерять qt c помощью баллистического гальванометра, то
.
(6)
Проверим размерность полученной величины
Зная Rx можно вычислить ρV и ρS, пользуясь соответствующими формулами.