Способ определения параметров диэлектрических материалов Советский патент 1991 года по МПК G01R27/26 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для проведения неразрушающих испытаний по диагностике качества материалов с диэлектрическими свойствами, в частности электроизоляции элементов электрических схем.

Цель изобретения - повышение точности и достоверности.

Способ заключается в том, что образец материала с известной геометрической постоянной помещают в ячейку с системой из двух электродов, подают переменное напряжение известной частоты, измеряют активные и реактивные потери, затем подают постоянное напряжение, равное по величине действующему значению переменного, и после затухания тока абсорбции измеряют ток через образец и определяют потери тока сквозной проводимости, сквозную проводимость, тангенсы углов диэлектрических и сквозных потерь, диэлектрическую проницаемость, модуль комплексной диэлектрической проницаемости, мнимую часть комплексной диэлектрической проницаемости и удельную активную проводимость току абсорбции по выражениям:

Ei G/AwE tg 5 ;

О

4 Ю .&.

/V

El

Eivr+tg6

E Eitgd1

, где гдб Рабс/Q; tg6n Рскв/Q;

Ра6с Р Рскв;

Рскв Ul;

G U/l;

Ei - относительная диэлектрическая проницаемость;

I El - модуль комплексной диэлектрической проницаемости;

Е - мнимая часть комплексной диэлектрической проницаемости;

Уабс удельная активная проводимость току абсорбции;

tg df, tg ( тангенсы углов диэлектрических и сквозных потерь соответственно;

Р, Q - активные и реактивные потери соответственно;

Рабе - активные потери абсорбции;

Рскв - потери тока сквозной проводимости;

U - величина напряжения;

I - величина постоянного тока;

G - сквозная проводимость;

Л- геометрический параметр ячейки; круговая частота переменного напряжения;

ЕО - диэлектрическая постоянная.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2 - векторная диаграмма диэлектрических проницаемостей вещества; на фиг. 3 - векторная диаграмма удельных про води мостей; на фиг. 4 - векторная диаграмма токов; на фиг. 5 - диаграмма потерь; на фиг. 6 - схема замещения диэлектрического материала.

Устройство для осуществления предлагаемого способа содержит источник 1 ста- билизированного постоянного тока, генератор 2 синусоидальных сигналов, переключатель 3 режимов измерения, вольтметр 4 постоянного и переменного тока, миллиамперметр 5 постоянного и переменного тока, ваттметр 6 и измеряемый объект 7.

Измерение диэлектрических параметров осуществляют следующим образом.

С помощью переключателя 3 на измеряемый объект 7 подают постоянное напряже- ние от источника 1, вольтметром 4 измеряют величину постоянного напряжения, миллиамперметром 5 - установившееся значение сквозного тока утечки. После этого определяют сквозную проводимость измеряемого объекта , и находят величину удельной сквозной проводимости измеряемого кабеля

y G/A.

Затем с помощью переключателя 3 на объект 7 измерения подают переменное напряжение от генератора 2, при этом его дей- ствующее значение LU, уста на вливают

равным U-. Вольтметром 4, миллиамперметром 5 и ваттметром 6 измеряют действующие значения напряжения и тока полной утечки LUn l и активную мощность Р, рассеиваемую в диэлектрике. Определяют реактивную мощность Q, активную сквозную мощность Рскв, активную абсорбционную мощность Рабе и тангенсы углов диэлектрических и сквозных потерь tg 5 , tg 5, а затем определяют диэлектрические

параметры изоляции коаксиального кабеля

(El .И1, IEI ,уабс).

Справедливость расчетных выражений для диэлектрика, схема замещения которого приведена на фиг. 6. следует из анализа векторных диаграмм (фиг. 2-5) для этой схемы замещения. На диаграммах приняты следующие обозначения: секв комплекс эквивалентной диэлектрической проницаемости; Ег EI- соответственно его мнимая и действительная части; Е- комплексная диэлектрическая проницаемость; Е1 - ее мнимая часть; у - удельная сквозная проводимость; EQ- диэлектрическая постоянная; ОУ- рабочая частота; УЭКВ - комплекс эквивалентной удельной проводимости; укомплексная удельная проводимость; у - удельная мнимая проводимость; уа- удельная активная проводимость; уабс - удельная активная проводимость току абсорбции.

Из векторных диаграмм диэлектрических проницаемостей вещества (фиг. 2) и удельных проводимостей (фиг. 3) следует,

что тангенс угла полных потерь

tg v (Е11 + у оГ1 ЕГ1) ; тангенсы углов диэлектрических и сквозных потерь

tg 51 tg (5й у/ш Е Ei; относительная диэлектрическая проницаемость вещества

Ei y/E0ung(5l1, удельная активная проводимость Уа uEoEitg(5;

удельная активная проводимость току абсорбции

Уабс u EoEitg 5 .

Тангенс угла полных потерь определя- ется выражением

tg д (дабс+G)/ (о со Сиз, откуда

tg 5 (1аабс + 1скв)/1р U/lp И tg д (Рабс+Рскв) .

На фиг. 4-6 приняты следующие обозначения: диз, Сиз соответственно активная проводимость и емкость материала; дабс - активная проводимость току абсорбции; G - сквозная (омическая) проводимость; Сабе, Сг - соответственно абсорбционная и геометрическая емкости; I - полный ток утечки; la, Ip - его реактивная и активная составляющие; ICKB - ток сквозной проводимости; 1абс - ток абсорбции; аабс, 1рабс активная и реактив- ная составляющие тока абсорбции; См - ток смещения; через герметическую емкость; 5экв - эквивалентные полные потери; S - полные потери; Q - реактивные потери; Р - активные потери; Рабс - актив ные потери тока абсорбции (активные потери от различного вида релаксационных поляризаций); РСкв - активные потери от переноса свободных зарядов (потери тока сквозной проводимости).

Следовательно, и тангенсы углов диэлектрических и сквозных потерь

tg 5 дабс/ «Сиз; tg шСиз; tg абс/lp; tg (5 1Скв/1р;

tg (3 Pa6c/Q; tg 5 Рскв/0.

Таким образом, зная величины тангенсов углов полных, диэлектрических и сквозных потерь, которые связывают основные характеристики материала с диэлектриче- скими свойствами, можно полно и объективно судить о его проводящих и абсорбционных свойствах и способности к поляризации, а также просто определять его электрические параметры.

Предлагаемый способ определения параметров диэлектрических материалов может быть применен для контроля качества электроизоляционных изделий, исследования свойств диэлектрических и изоляцией- ных материалов, лабораторных и полевых исследований свойств горных пород, руд и минералов, исследований развития пред- пробойных состояний и др.

Формула изобретения Способ определения параметров диэлектрических материалов, заключающийся в том, что помещают образец с известной геометрической постоянной в ячейку с системой из двух электродов, подают сначала переменное с известной частотой, а затем постоянное напряжение, определяют сквозную проводимость, тангенсы углов ди5

0 5 0

0 5

Q

5

0

электрических и сквозных потерь, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и достоверности, принимают величину постоянного напряжения равной действующему значению переменного, на переменном напряжении измеряют реактивные и активные потери, а на постоянном после затухания тока абсорбции - ток через образец и определяют потери тока сквозной проводимости, диэлектрическую проницаемость, модуль комплексной диэлектрической проницаемости, мнимую часть комплексной диэлектрической проницаемости и удельную активную проводимость току абсорбции по выражениям:

Ei G/Лш Eotg 5 ; I El E/1 ;

Е Ei tg 5 ; уабс ш Ео Ei tg (51 ;

где tg 5 Рабс/Q; tgd PcKB/Q:

Рабс Р Рскв1

Ei - относительная диэлектрическая проницаемость;

IE -модуль комплексной диэлектрической проницаемости;

Е11- мнимая часть комплексной диэлектрической проницаемости;

Уабс удельная активная проводимость току абсорбции;

tg (51, tg 5М- тангенсы углов диэлектрических и сквозных потерь соответственно;

Р, Q - активные и реактивные потери соответственно;

Рабс - активные потери абсорбции;

РСКВ - потери тока сквозной проводимости;

U - величина напряжения;

I - величина постоянного тока;

Л- геометрический параметр ячейки; (о- круговая частота переменного напряжения;

Еэ - диэлектрическая постоянная;

G - сквозная проводимость.

дне$

2 гпф

I-ч

,0

9

Изобретение относится к электрическим измерениям и может быть использова- но для испытаний диэлектрических материалов. Целью изобретения является повышение точности. Способ заключается в том, что образец материала с известной геометрической постоянной помещают в ячейку с системой из двух электродов, подают переменное напряжение известной частоты, измеряют активные и реактивные потери, подают постоянное напряжение, равное по величине действующему значению переменного, и после затухания тока абсорбции измеряют ток через образец и определяют потери тока сквозной проводимости, сквозную проводимость, тангенсы углов диэлектрических и сквозных потерь, диэлектрическую проницаемость, модуль комплексной диэлектрической проницаемости, мнимую часть комплексной диэлектрической проницаемости и удельную активную проводимость току абсорбции. Изобретение позволяет более полно исследовать образцы диэлектрика путем комплексного измерения в электрических полях разного рода. 6 ил. сл С

,-гпф

Ufr2t 9l

Редактор А.Огар

Составитель Л.Мельников

Техред М.МоргенталКорректор А.Осзуленко

ч РснВ

Р

Фиг. 5

I/

фиг. 6