Телефон: +7 (383)-202-16-86

Статья опубликована в рамках: LXXIII Международной научно-практической конференции «Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ» (Россия, г. Новосибирск, 17 января 2019 г.)

Наука: Технические науки

Секция: Материаловедение

Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции

Библиографическое описание:
Вяткин Н.А. ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБОВ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПЛОСКИХ ОБРАЗЦОВ ИЗ ГЕРМЕТИКОВ ПОСЛЕ ИХ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ // Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: сб. ст. по мат. LXXIII междунар. студ. науч.-практ. конф. № 1(72). URL: https://sibac.info/archive/technic/1(72).pdf (дата обращения: 14.11.2019)
Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБОВ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПЛОСКИХ ОБРАЗЦОВ ИЗ ГЕРМЕТИКОВ ПОСЛЕ ИХ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ

Аннотация. Проведен анализ методики приготовления образцов для исследования удельного электрического сопротивления герметиков после их полимеризации и исследованы способы определения электрических  параметров диэлектриков.

 

Введение

В современной индустрии производства электрических машин и силового электрооборудования широко применяются различные виды диэлектрических материалов, в качестве которых выступают электроизоляционные лаки, эмали, компаунды, а также различные полимерные герметики, которые после сушки затвердевают и приобретают повышенные электроизоляционные параметры.

Диэлектрики характеризуются определёнными электрическими параметрами: относительной диэлектрической проницаемостью, удельным объемным сопротивлением, удельным поверхностным сопротивлением, тангенсом угла диэлектрических потерь и электрической прочностью. Часть этих показателей, а именно: удельное объемное и поверхностное сопротивления определяется, согласно, ГОСТ Р 50499-93 «Материалы электроизоляционные твердые. Методы определения удельного объемного и поверхностного сопротивления» и ГОСТ 6433.2-71 «Материалы электроизоляционные твердые. Методы определения электрического сопротивления при постоянном напряжении». На основе исследований, проведённых в работах (123), и руководствуясь стандартами, перечисленными выше, для нахождения сопротивлений, в качестве измерительного прибора использовался тераомметр марки Е6-13А, с помощью показаний которого впоследствии вычислялось удельное сопротивление образцов. Однако, данный прибор не позволяет определить остальные электрические параметры диэлектриков.

Постановка задачи

Таким образом, для определения основных электрических параметров образцов диэлектриков необходимо рассмотреть способы их измерения и выбрать наиболее целесообразные.

Поиск технического решения

Рассмотрим измерительную установку, применявшуюся ранее в исследовании удельных объемных и поверхностных сопротивлений плоских образов герметиков [123], и состоящую из тераомметра Е6-13А и трехэлектродной измерительной ячейки с защитным электродом. Общий вид прибора и измерительной ячейки приведен на рис. 1.

 

а)                                                                б)

Рисунок 1. Общий вид прибора и измерительной ячейки

а) – измерительная ячейка без экрана; б) – ячейка с экраном.

 

Рисунок 2. Вид передней панели прибора

На передней панели прибора расположены: 1 – ручка установки нуля точно; 2 – кнопка замыкателя входа; 3 – высокоомное входное гнездо; 4 – входное гнездо; 5 – клемма для подключения экрана; 6 – выключатель питания; 7 – индикатор включения прибора; 8 – переключатель поддиапазонов измерения; 9 – корректор механического нуля; 10 – индикатор включения измерительного напряжения 10 В.

 

Показывающий прибор имеет циферблат с четырьмя шкалами.

 

Рисунок 3. Вид задней панели прибора

На задней панели прибора расположены: 1 – гнезда выхода преобразователя; 2 – вставки плавкие; 3 – клемма заземления корпуса прибора; 4 – переключатель измерительного напряжения 10 В, 100 В; 5 – ручка установки нуля грубо.

 

Трехэлектродная ячейка содержит три электрода, изготовленные из латуни: измерительный цилиндрический, кольцевой и нижний электроды. При измерении объемного сопротивления диэлектрика, кольцевой электрод заземлялся, а на нижний подавалось постоянное напряжение 100 В. При измерении поверхностного сопротивления, наоборот, – нижний электрод заземлялся, а на кольцевой подавалось постоянное напряжение 100 В. Измерительный электрод в обоих случаях подключался к входу тераомметра Е6-13А. Схема расположения электродов измерительной ячейки приведена на рис. 4.

 

Рисунок 4. Схема расположения электродов измерительной ячейки: 1 – измерительный цилиндрический электрод; 2 – кольцевой электрод; 3 - нижний электрод; 4 – плоский образец диэлектрика.

 

Учитывая взаимное расположение электродов, можно рассматривать измерительную ячейку, как конденсатор, в случае опыта измерения объемного сопротивления обкладками конденсатора будут служить измерительный и нижний электроды, в случае опыта измерения поверхностного сопротивления обкладками конденсатора будут служить измерительный и кольцевой электроды. Измерительная ячейка, так же как и конденсатор, имеет свои параметры, а именно площадь пластин, расстояние между ними и ёмкость. Следовательно, для расчета такого конденсатора допускается использовать следующие формулы:

 - емкость конденсатора,  - относительная диэлектрическая проницаемость,  - электрическая постоянная,  - площадь пластин конденсатора,  - расстояние между пластинами, - подведённый заряд,  - потенциал.

 

Проанализировав данные формулы, можно прийти к заключению: для того чтобы определить ряд основных электрических параметров образцов диэлектриков, необходимо установить значения либо емкости конденсатора, либо относительной диэлектрической проницаемости, либо заряда, подводимого к пластинам конденсатора.

Также стоит отметить, что измерения проводятся в течение шестидесяти секунд, за этот период времени в полярном неоднородном образце диэлектрика устанавливаются следующие токи: в момент включения или выключения постоянного электрического поля через диэлектрик электрического конденсатора протекает ток смещения - Iсм, обусловленный быстрыми видами поляризации, на ряду с ним протекает ток абсорбции - Iабс, возникающий за счет замедленных релаксационных видов поляризации, после чего устанавливается ток сквозной проводимости - Iскв, обусловленный смещением свободных носителей заряда. При постоянном напряжении абсорбционные токи, меняя свое направление, проходят только в периоды включения и выключения напряжения. Временные зависимости токов для диэлектрика, в котором возникают токи абсорбции приведена на рис. 5.

 

Рисунок 5. Временные зависимости токов

 

Анализ методов измерения

Изучены следующие методы измерения:

1.  Методы, основанные на измерении коэффициента отражения от слоя материала и коэффициента прохождения через слой материала, относящиеся к квазиоптическим методам измерения параметров в свободном пространстве;

2.  Волноводные методы, основанные на измерении полного входного сопротивления отрезка линии с образцом, за которым включается некоторая нагрузка, например, короткое замыкание, четвертьволновой отрезок;

3.  Резонаторные методы, для которых в роли непосредственно измеряемых величин выступают резонансные частоты, добротности;

4.  ГОСТ 22372-77 «Материалы диэлектрические. Метод определения диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь в диапазоне частот от 100 до 5·106 Гц»;

5.  Измерение ёмкости конденсатора при помощи баллистического гальванометра, данный метод используется в постоянном поле и при низких частотах (десятые доли герц), емкость, как правило, определяют путем измерений зарядного или разрядного токов конденсатора;

6.  Измерение ёмкости конденсатора методом амперметра-вольтметра, данный метод основан на измерении емкостного сопротивления конденсатора, которое обратно пропорционально емкости и частоте электрического тока;

7.  Измерение ёмкости конденсатора мостовым методом, данный метод аналогичен методу измерения активного сопротивления;

8.  Использование токовых клещей с датчиком Холла;

9.  Использование симметричного выхода на самописец.

В процессе изучения методов измерения выявлено, что наиболее рациональным является использование либо токовых клещей с датчиком Холла либо симметричного выхода на самописец, по причине того, что большинство методов не подходит по конструктивным соображениям схем измерения, условиям частот питания и измерения приборов, скорости снятия значений параметров и возможности параллельного расчета электрических характеристик диэлектриков за время проведения опыта.

Результаты

Таким образом, использование либо токовых клещей с датчиком Холла либо выхода на симметричный самописец, позволит исследовать основные электрические параметры образцов диэлектриков в течение периода времени проведения опыта, посредством использования микроконтроллера в качестве устройства расчета требуемых характеристик. Данная концепция использования комбинации устройств теоретически позволит произвести расчет и анализ изменения относительной диэлектрической проницаемости за время проведения опыта.

Расчет относительной диэлектрической проницаемости () выполняется по следующей формуле:

где  - электрическая постоянная,  - площадь пластин конденсатора,  - расстояние между пластинами, - подведённый заряд,  - потенциал.

Для расчета относительной диэлектрической проницаемости сперва необходимо проводить вычисление значения подведённого заряда , для этого воспользуемся формулой для определения значения электрического заряда в момент времени , протекания электрического тока :

Заключение

В результате проведенных исследований методов измерения параметров плоских образцов из герметиков после их полимеризации, разработан способ определения относительной диэлектрической проницаемости в течение времени проведения опыта по определению удельного электрического сопротивления герметиков.

 

Список литературы:

  1. Богородицкий Н.П., Пасынков В.В., Тареев Б.М. Электротехнические материалы. – Л., Энергоатомиздат, 1985. – 304 с.
  2. ГОСТ 22372-77 «Материалы диэлектрические. Метод определения диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь в диапазоне частот от 100 до 5·106 Гц».
  3. ГОСТ Р 50499-93 «Материалы электроизоляционные твердые. Методы определения удельного объемного и поверхностного сопротивления».
  4. Штенников И.В., Черешев В.И. Методика приготовления образцов из жидкой изоленты «Nano 4 Premium» для исследования ее электрической прочности // Приборостроение в XXI веке – 2017. Интеграция науки, образования и производства: сб. материалов XIII Междунар. науч.-техн. конф. (Ижевск, 22–24 нояб. 2017 г.). – Ижевск: Изд-во ИжГТУ имени М. Т. Калашникова, 2018. – С 504–509.
  5. Черешев В.И., Штенников И.В. Разработка методики приготовления образцов и исследование электрической прочности жидких диэлектриков после их затвердевания // Молодежь и научно-технический прогресс: сб. докладов XI Междунар. Науч.-практ. конф. студ. аспир. и молод. учен. (19 апр. 2018г.) – Губкин; Старый Оскол: ООО «Ассистентплюс», 2018. – Т.1– С.201-204.
  6. Измерение ёмкости конденсаторов [Электронный ресурс]. URL: http://ivatv.narod.ru/vvedenie_v_elektroniku/3_04.htm (дата обращения 22.12.2018).
  7. Методы измерения диэлектрической проницаемости [Электронный ресурс]. URL: https://studfiles.net/preview/4277323/ (Дата обращения 22.12.2018)
  8. Метод баллистического гальванометра [Электронный ресурс]. URL: https://vunivere.ru/work22751 (дата обращения 22.12.2018).
Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

Оставить комментарий