Определение удельных сопротивлений диэлектриков (Лабораторная работа № 8)

помощи какого-либо прибора, позволяющего измерять большие сопротивления с достаточной точностью. Возможно также косвенное измерение, при котором измеряют ток I, протекающий через образец от высоковольтного электрода к измерительному при заданном испытательном напряжении U между этими электродами. Значение сопротивления рассчитывают по закону Ома: R=U/I.

В любом случае метод измерения должен обеспечивать определение искомого сопротивления с погрешностью, не превышающей ±5% при сопротивлении до 10⁹ Ом, ±10% - при сопротивлении 10⁹-10¹³ Ом и ±20%- при сопротивлении свыше 10¹³ Ом.

Очевидно, что определение сопротивления путем прямых измерений, например мегаомметром, проще, нежели косвенное измерение. Однако выполнение прямых измерений возможно далеко не всегда. Дело в том, что сопротивление материала зависит от значения приложенного напряжения. Для того чтобы иметь возможность сопоставлять результаты испытаний различных материалов, стандарт рекомендует следующий ряд испытательных напряжений: 25, 50, 100, 250, 500, 1000 и 2500 В. Погрешность измерения напряжения должна быть не более 2% при испытаниях твердых электроизоляционных материалов и не более 1,5% при испытаниях жидких материалов. Нестабильность и пульсация напряжения на образце не должны превышать 1%. При испытаниях некоторых материалов требуется плавный подъем напряжения на образце с заданной скоростью. Не все приборы прямого действия (мегаомметры, тераомметры) позволяют удовлетворить эти требования. Поэтому чаще сопротивление образца измеряется косвенно. В этом случае измерительная установка должна позволять создавать на образце заданные напряжения и измерять ток, протекающий через образец. Поскольку напряжения, прикладываемые к образцу, велики, а ток через образец крайне мал, следует обеспечить высокое качество изоляции установки. Допускаемый ток в измерительной цепи при отключенном образце и при испытательном напряжении должен быть не менее чем в 100 раз меньше тока, протекающего при подключенном образце.

Удельные электрические сопротивления r_u, r_s, r_i всегда определяются путем косвенных измерений. При этом необходимо, помимо сопротивления, знать геометрические размеры образца, а при испытаниях жидких материалов и емкость измерительной ячейки в вакууме (воздухе). Расчетные формулы для определения удельных объемного и поверхностного сопротивления твердых образцов различной конфигурации приведены в таблице 1. Для вычисления значения удельного объемного электрического сопротивления r_u жидкого материала можно воспользоваться одной из формул:

r_u=R_uC₀/e₀ или r_u=11,3×10¹⁰×C₀×R_u,                       (16)

где R_u-измеренное значение объемного электрического сопротивления, Ом;

С₀- емкость незаполненной измерительной ячейки, Ф;

e₀- электрическая постоянная, равная 8,854×10^-12 Ф/м.

Таблица 1. Формулы для расчета удельных сопротивлений r_u и r_s

8.4. Испытательная установка

См. рис. 6.

8.5. Порядок выполнения работы

К заданию 1. Динамической постоянной гальванометра называется величина силы тока, вызывающего отклонение светового пятна гальванометра на единицу деления шкалы (1мм), т. е. отношение тока, протекающего по обмотке гальванометра, к величине соответствующего отклонения гальванометра:

C_Д=I/a                                                  (17)

Для определения динамической постоянной необходимо измерить отклонение светового потока гальванометра а при некотором известном значении тока I, протекающего по его обмотке.

Ток в гальванометре I находится умножением тока в цепи i=U/R на шунтовое число k

I=i´k=U/R´k                                       (18)

Динамическая постоянная гальванометра вычисляется по формуле:

C_Д=I/a=(U´k)/(a´R)                            (19)

Динамическую постоянную выражают в А/мм и записывают в виде десятичной дроби с одним знаком до и после запятой умноженной на 10 в соответствующей степени.

Чтобы найти C_Д, следует:

а) в установке замкнуть накоротко зажимы, к которым присоединяется испытуемый образец R_X , тогда сопротивление всей цепи определяется образцовым сопротивлением R, равным 1 МОм;

б) включить схему и сделать отсчет по вольтметру;

в) отметить положение светового пятна гальванометра на шкале;

г) установить штекер шунта в положение, соответствующее шунтовому числу К=10^-4;

д) отсчитать установившуюся величину отклонения светового пятна гальванометра а, мм;

е) вынуть штекер из шунта;

ж) рассчитать гальваническую постоянную гальванометра по формуле 19.

К заданию 2. При определении удельного объемного и удельного поверхностного электрических сопротивлений диэлектрика используют образцы, диаметр или наибольший размер которых должен быть больше диаметра измеряемого электрода (см. рис.7). ГОСТ 6433.2-71 предусматривает пять вариантов размеров электродов (табл. 7). В зависимости от размеров образца испытываемого диэлектрика и выбирают нужный вариант.

Образцы не должны иметь трещин , сколов, вмятин, заусенцев, загрязнений, а также короблений, препятствующих плотному прилеганию электродов.

Таблица 2. Стандартные размеры электродов при определении удельного и удельного поверхностного сопротивлений плоских образцов

Примечание: Ширина охранного электрода должна быть не менее двойной толщины образца диэлектрика. Зазор между измерительным и охранным электродами должен быть 0,2 см.

Образцы твердых диэлектриков представляют собой круглые или квадратные пластины и полосы шириной 4 см и более. Электроды вырезают из оловянной (станиоль) или отожженной алюминиевой фольги толщиной 0,01…0,03 мм. Вырезанные из фольги электроды приклеивают на поверхность твердых диэлектриков, смазанных тонким слоем вазелина или трансформаторного масла.

Каждый из испытываемых образцов устанавливают на нижний металлический электрод 5 (см. рис.  ), закрепленный на опорном изоляторе, привернутом к столу. На верхние два электрода из фольги 4 накладывают массивные металлические электроды 1 и 2 из латуни и стали. Высота электродов 1 и 2 должна быть равна 40-50 мм, а их диаметры должны соответствовать диаметрам электродов из алюминиевой фольги. Металлические электроды должны быть снабжены зажимами 8 и 9, к которым присоединяют гибкие провода