Rzeszów 11.05.2004r

Grupa L07:

Piotr Oleszko

Andrzej Nowak

Marcin Pierzchała

Sprawozdanie z ćwiczenia 5

Temat: Badanie Współczynnika strat i przenikalności elektrycznej dielektryków za pomocą mostka Scheringa.

W ćwiczeniu zapoznaliśmy się z metodą pomiaru przenikalności i stratności dielektryków mostkiem Scheringa.

Dielektryki są to: ciała stałe, ciekłe i lotne, które w swojej strukturze nie zawierają ładunków swobodnych. Ulegają one zjawisku polaryzacji, które polega na sprężystym przemieszczeniu się ładunków elektrycznych pod wpływem zewnętrznego pola elektrycznego. Możemy wyróżnić trzy rodzaje polaryzacji :

• elektronową

• jonową

• dipolową

Mechanizm makroskopowy polaryzacji polega na zbieraniu się ładunków swobodnych na niedoskonałościach siatki krystalicznej (mikropęknięcia, granice ziaren, zanieczyszczenia).

W dielektryku, w którym nie ma swobodnych elektronów nie występuje przewodzenie elektronowe jak w metalach. W materiałach izolacyjnych przewodzenie jest związane z ruchem jonów. Pod wpływem przyłożonego z zewnątrz napięcia ładunki te tworzą bardzo niewielki prąd zwany prądem upływu, którego wartość jest zależna od temperatury. Straty w dielektryku wywołane są polaryzacją i prądami upływu.

Przenikalność elektryczna ε_r- jest to stosunek pojemności C_x kondensatora z dielektrykiem między okładzinami do pojemności kondensatora powietrznego C₀ :

Przenikalność dielektryczna suchego powietrza w warunkach normalnych wynosi 1.00053 i dlatego przy wyznaczaniu przenikalności elektrycznej materiału zamiast pojemności między elektrodami w próżni można z wystarczającą dokładnością stosować pojemność międzyelektrodową C₀ w powietrzu.

ε₀- przenikalność elektryczna próżni wynosi:

Kąt strat dielektryków δ -to kąt dopełniający do π/2 kąt przesunięcia fazowego miedzy sinusoidalnym napięciem doprowadzonym do badanego materiału a składową czynną prądu płynącego przez ten materiał.

Wykres wskazowy (PN-86/E -04403-1):

Współczynnik stratności elektrycznej tg δ -tangens kąta strat dielektrycznych.

Metoda pomiaru:

Pomiaru dokonano za pomocą wysokonapięciowego mostka Scheringa (15 -1kHz), którego układ elektryczny przedstawia poniższy rysunek:

Schemat układu elektrod wraz z umieszczoną pomiędzy nimi próbką:

Wykonanie ćwiczenia:

• wyzerować wskaźniki napięcia

• umieścić próbkę między elektrodami kondensatora

• włączyć zasilanie o napięciu wysokości 2kv

• regulując na przemian pokrętłami zmieniającymi wartość R3 i C4 doprowadzić mostek do stanu równowagi

• zwiększyć czułość przyrządu i ponownie doprowadzić mostek do równowagi

• równoważenie mostka prowadzi się do takiej czułości, przy której pomiar rezystancji R3 i pojemności kondensatora C4 z dokładnością równą połowie dopuszczalnego błędu powoduje zaistnienie jak najmniejszego napięcia (tak aby mostek był w równowadze)

• po zrównoważeniu mostka odczytać wartość R3 i C4 oraz obliczyć tg δ i C_x

• powyższe czynności powtórzyć dla innych próbek.

Wyniki pomiarów:

L.p.	Rodzaj materiału	d [m]	g [m]	R3 [Ω]	R4 [Ω]	tgδ	h [m]	CN [pF]	C0 [pF]	Cx [pF]	ε
1	Porcelana elektrotechniczna grupy 110	79 10^-3	2,5 10^-3	2800	3183	0,017	5,57 10^-3	49,91	8,28	56,73	6,85
2	Melanina z wypeł. szklanym						3111			0,029	4,2 10^-3		10,99	51,06	4,64
3	Polimetakrylan metylu (Pleksiglas)						2949			0,06	2,8 10^-3		16,48	53,87	3,26
4	Żywica epoksydowa z włóknem szklanym						2210			0,244	5,2 10^-3		8,88	71,88	8,09
5	Tekstolit						588			0,583	2,5 10^-3		18,4	270,17	14,68

Obliczenia:

-porcelana elektrotechniczna grupy 110

- melanina z wypełnieniem szklanym

-polimetakrylan metylu

-żywica epoksydowa z włóknem szklanym

-tekstolit

Wnioski:

Ćwiczenie zostało przeprowadzone przez nas w sprawny sposób.

Wyniki, otrzymane przez nas nieznacznie różnią się od wyników z tablic:

tgδ	tgδ -z tablic	ε	ε -z tablic
0,017	0,02-0,03	6,85	5,5-6,5
0,029	0,04-0,1	4,64	6,5-10,5
0,06	0,04-0,06	3,26	3,5-4,5
0,244	0,03-0,15	8,09	4,2-6,5
0,583	0,01-0,02	14,68	4,7-7,5

Porównując wartości otrzymanych wielkości m.in. stratności i przenikalności z wartościami katalogowymi zauważamy pewne rozbieżności. Należy jednak liczyć się z faktem, że przy pomiarze mogły wystąpić błędy m.in. takie jak: mostek nie był dokładnie zrównoważony, błąd przy pomiarze grubości próbki, niedokładność urządzenia dostępnego w pracowni, jak również warunki atmosferyczne (temp., wilgotność powietrza).

Największym współczynnikiem stratności charakteryzuje się tekstolit, zaś najmniejszym porcelana elektrotechniczna. Z kolei przenikalność elektryczną względną najmniejszą jej wartość ma polimetakrylan metylu, a największą tekstolit. Więc jak widać nasze wyniki różnią się od katalogowych, gdzie największą przenikalność ma melanina spośród badanych materiałów.

---