4.2. Исследование диэлектриков мостовым методом

Для измерения диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь изоляционных материалов применяют различные методы. Основными из них являются мостовые и резонансные. Выбор метода зависит, прежде всего, от частоты: на частотах до нескольких МГц применяют ёмкостные мосты, на частотах от нескольких десятков Килогерц до нескольких сотен Мегагерц - резонансный метод. Мостовые методы обеспечивают более высокую точность измерений по сравнению с резонансными методами на низких частотах.

Диэлектрическую проницаемость ε определяют расчётным путём как отношение ёмкости C_x при заданной конфигурации электродов и испытуемом материале в качестве диэлектрика к ёмкости C₀ тех же электродов без образца (но с сохранением геометрических размеров) в вакууме (в воздухе):

^(4.18)

Ёмкость C_x образца предварительно измеряют на заданной частоте, а ёмкость C₀ электродов, Ф, может быть измерена, если измерение проводится с использованием измерительной ячейки, либо рассчитана по формуле (для плоского конденсатора):

, (4.19)

где S – площадь измерительного электрода, м²; d – расстояние между электродами, м.

Значение отсчитывают непосредственно по шкале прибора, либо рассчитывают по соответствующим результатам измерений ёмкости и активного сопротивления (или добротности).

Схема моста для измерения емкости тангенса угла потерь показана на рис. 4.8.

Рис. 4.8. Схема моста для измерения ёмкости и тангенса угла потерь

Эта схема содержит 4 плеча: первое плечо образует измеряемый конденсатор ; плечо образует сопротивление R_пр, которое определяет поддиапазон измерения моста (на лицевой панели прибора переключатель “Пределы”); третьим плечом служит резистор R_отсч (“Множитель”); четвертое плечо состоит из образцового конденсатора и переменного резистора отсчета тангенса угла потерь , компенсирующего потери в измеряемом конденсаторе. В диагональ моста АС включен источник питания схемы, в качестве которого служит генератор переменного напряжения частотой 100 или 1000 Гц. В другую диагональ, измерительную, включено устройство, являющееся индикатором баланса измерительной схемы. Изменяя сопротивление плеч моста можно добиться равенства потенциалов в точках В и D, а следовательно, отсутствия тока в измерительной диагонали. Это состояние моста называют балансом моста. Условие баланса (равновесия) моста Z1Z3=Z2Z4. Это условие может быть записано в виде:

 =  ; .

Заменив комплексные сопротивления … их значениями в схеме моста, получим:

. (4.20)

Таким образом, из сравнения вещественной и мнимых частей уравнения равновесия моста можно определить численные значения ёмкости и тангенса угла диэлектрических потерь испытуемого образца, выразив их через показания моста при его равновесии.