15.2. Поддержание и контроль условий испытания.

При подготовке и проведении испытаний требуется соблюдать определенные значения температуры среды, в которой находится образец. Для этой цели применяют термостаты (термокамеры) или криостаты. В зависимости от диапазона рабочих температур они делятся на термокамеры (20-400 ºС), электропечи (до 1000 ºС и выше) и криостаты для создания отрицательных температур. Регулировка температуры осуществляется, как правило, автоматически. Во всем рабочем объеме камеры температура должна быть по возможности одинаковой, чувствительный элемент датчика должен быть помещен возможно ближе к образцу. Может применяться принудительная циркуляция воздуха при помощи вентилятора.

Существуют также термовлагокамеры, позволяющие получить не только заданную температуру, но и необходимую влажность. Эти камеры оборудованы специальным испарителем, размещенным в нижней части камеры. Для испытаний малых образцов могут применяться эксикаторы, где требуемая влажность достигается химическим путем, для снижения влажности в эксикатор помещают вещества, поглощающие влагу, например: фосфорный ангидрид, силикагель и пр., при этом достигается близкая к нулю влажность. Влажность от 50 до 100% получают, помещая в камеру насыщенные растворы в воде различных веществ.

 

15.3. Электрические испытания.

 

15.3.1. Определение общих и удельных сопротивлений образцов.

 

Если к диэлектрику приложить постоянное напряжение, то по нему будет протекать ток утечки. Постоянная составляющая этого тока называется сквозным током и может быть представлена в виде двух составляющих: поверхностного сквозного тока, протекающего по тонкому электропроводящему слою влаги с растворенными в ней веществами, образовавшимся в результате взаимодействия со средой, и объемного сквозного тока, т.е. тока, проходящего через объем материала.

Этим двум составляющим тока соответствуют два сопротивления: поверхностное электрическое сопротивление диэлектрика Rs - отношение приложенного напряжения к поверхностному току, и объемное электрическое сопротивление диэлектрика R - отношение приложенного напряжения к объемному току. Соответственно, обратные этим сопротивлениям величины называются поверхностной и объемной проводимостями. Эти характеристики диэлектрика зависят как от материала диэлектрика, так и от геометрических размеров образца.

Более удобными в применении являются удельные поверхностное и объемное сопротивления. Удельное объемное сопротивление r [Ом·м]- это величина, равная отношению напряженности электрического поля E внутри образца к плотности тока J, проходящего через объем образца.

Под удельным поверхностным сопротивлением rs [Ом] понимают поверхностное сопротивление плоского участка поверхности твердого диэлектрика в форме квадрата при протекании электрического тока между двумя противоположными сторонами этого квадрата.

Форма и размеры образцов испытуемых материалов зависит от измеряемой величины. Образцы для определения объемного и поверхностного сопротивлений производят на плоских (круглых или квадратных) или трубчатых образцах.

 

D=5

15

Внутреннее сопротивление определяют на плоских образцах с двумя несквозными отверстиями.

Сопротивление изоляции измеряют на плоских, трубчатых или стержневых образцах.

Число испытуемых образцов должно быть не менее трех.

Электроды для испытания твердых диэлектриков должны удовлетворять следующим условиям: обладать высокой проводимостью и обеспечивать хороший электрический контакт по всей поверхности соприкосновения с образцом, не влиять на образец (не деформировать, не оказывать химического воздействия).

Металлические нажимные электроды применяют для измерения объемного и поверхностного удельных сопротивлений. Представляют собой систему из трех электродов: измерительного, напряжения (высоковольтного) и охранного.

 

 

Напряжение прикладывается между измерительным электродом и электродом напряжения и измеряется ток в их цепи, охранный электрод служит для уменьшения краевых эффектов, он заземляется. В зависимости от измеряемой величины электроды выполняют различные функции.

 

№ электрода на рис.	R и r	Rs и rs
1	Охранный	Напряжения
2	Измерительный	Измерительный
3	Напряжения	Охранный

Контакт с материалом создается прижатием давлением 10±0,2 кПа. Эти электроды применяют при испытаниях всех твердых, а также эластичных материалов при температурах -60...+250 С.

 

Фольговые электроды применяют для определения удельных сопротивлений и сопротивления изоляции. Их выполняют из отожженной алюминиевой, оловянной или свинцовой фольги толщиной от 5 до 20 мкм. Контакт обеспечивается путем притирания с помощью тонкого слоя трансформаторного масла, кремнийорганической жидкости. Толщина смазки не должна превышать 1 мкм. Контакт также может быть создан прижатием через резину давлением 10±0,2 кПа, если в стандарте на материал не оговорено иное значение. Способы закрепления фольги на резине для внутреннего и наружнего электродов показаны на рисунке.

 

Электроды из осажденных металлов представляют собой плотно прилегающие пленки драгоценных или цветных металлов. Нанесение производится с помощью следующих операций: нанесение распылением в вакууме, нанесение шоопированием, нанесение кистью (разнообразные пасты).

Графитовые электроды применяют в виде жидкой суспензии водной или на лаке или в виде порошка графита. Электроды из суспензии на воде применяют для испытаний негигроскопичных материалов. Наносят с помощью кисти, после чего сушат. Графитово-лаковые суспензии наносят пульвелизатором через трафарет. После сушки толщина нанесеного покрытия должна быть примерно 0,1 мм. Сопротивление слоя из лакографита не должно превышать 100 Ом. Способ получения электродов из порошка графита показан на рисунке. Графит уплотняют давлением 10 кПа.

 

Помимо названных применяются также следующие виды электродов: штифтовые, ленточные, ножевые, брусковые, ртутные и на основе токопроводящей резны.

 

Измерительные ячейки для определения удельного сопротивления жидких материалов. Удельное объемное сопротивление жидких диэлектриков определяют на образцах объемом не менее 50 см², число проб - не менее двух. Измерительная ячейка представляет собой двух- или трехэлектродную систему с плоскими или цилиндрическими электродами. Схематичный вид трехэлектродной ячейки изображен на рисунке.

 

 

Методы и средства измерения сопротивлений.

Сопротивление образца может быть измерено прямо или косвенно. В первом случае применяют электронные омметры (мега-, тераомметры), реже мосты постоянного тока, значения сопротивления считывается сразу со шкалы прибора. При косвенных измерениях сопротивление определяют расчетным путем по результатам измерения тока, протекающего в образце, при известном значении напряжения, приложенного к образцу.

Независимо от метода измерения и применяемых средств при определении сопротивления материала необходимо выполнить ряд требований. Погрешность измерения сопротивления не должна превышать ±5, ±10, ±15% при измерении сопротивлений до 10⁹, 10⁹-10¹³, более 10¹³ Ом соответственно. Измерение сопротивления должно выполняться при постоянном напряжении, погрешность измерения напряжения не более 2%.

Электронные магаомметры и тераомметры. Представляют собой усилитель постоянного тока с большим коэффициентом усиления, охваченный глубокой обратной связью, в прямую или обратную цепь которого включается измеряемое сопротивление.

Схемы измерения объемного и поверхностного сопротивлений, где Л- высокоомный входной зажим, К - входной зажим, Э - экран (электрический нуль прибора):

 

Различные типы мегаомметров и тераомметров обеспечивают различные пределы измеряемых сопротивлений и погрешностей измерения.

 

 

Мосты постоянного тока. Применяют для точных измерений сопротивлений в тех случаях, когда измерительное напряжение на образце по условиям испытаний не должно превышать 100 В. Схема включения:

Здесь: R3 - неизменно, R2 - регулируется плавно и R3 - дискретно. Класс точности 0,05 - 10 в зависимости от диапазона.

 

Косвенные методы измерения сопротивлений. Наибольшее распространение получил метод измерения тока, протекающего через исследуемый образец при фиксированном напряжении на образце.

Для получения требуемой точности измерения Rx погрешность установки напряжения U не должна превышать 0,5%, такой же должна быть погрешность шунта, погрешность резистора R0 - 1%:

 

 

Отсчет показаний гальванометра должен производиться после определенной выдержки после подачи напряжения, что вызвано установлением сквозного тока. Сопротивление R0 порядка 10⁷ Ом.

 

Расчет удельных электрических сопротивлений.

r = RS/l, где R - измеренное объемное сопротивление, S - эффективная площадь измерительного электрода, l - средняя толщина образца.