ГОСТ 27496.1-87
Скачать документ
Формат .docx · доступно зарегистрированным пользователям
TP PP TP j у Л2 00 М Г*1 д
Издание официальное
Москва
УДК 621.315.61.019.3:006.354
Методы определения диэлектрических
свойств на частотах свыше 300 МГц.
Общие положения
Electrical insulating materials Methods for
determination of the dielectric properties
at frequencies above 300 MHz. General
Срок действия с 01.01.90
до 01.01.95
Несоблюдение стандарта преследуется по закону
Методы определения диэлектрических свойств электроизоляционных материалов можно грубо разделить на две основные группы:
1) методы измерения элементов цепей с сосредоточенными параметрами можно использовать, когда длина волн приложенного электромагнитного поля велика по сравнению с размерами образца. Эти методы рассматриваются в Публикации МЭК 250;
2) методы измерения характеристик цепей с распределенными параметрами используют тогда, когда больше нельзя игнорировать вариацию напряженности электромагнитного поля по всему образцу. В настоящей рекомендации описаны методы, в которых учтено распределение волн в диапазоне частот от 300 МГц до оптических.
В узком диапазоне «критической» частоты около 300 МГц (заштрихованный участок на чертеже) можно использовать какой-либо из основных методов в зависимости от размеров и диэлектрической проницаемости образца.
Перепечатка воспрещена © Издательство стандартов, 1988 1
Оптический полый
Волновод
Настоящий стандарт устанавливает методики определения относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь, а также связанных с ними характеристик диэлектрических материалов, например, коэффициента диэлектрических потерь в микроволновом диапазоне частот (т. е. от 300 МГц до оптических частот). В отличие от методов испытания при низких частотах (см. Публикацию МЭК 250) методы испыта- ния, рассматриваемые в настоящем стандарте, предусматривают использование испытываемых образцов и испытательных устройств таких размеров, которые превосходят или сопоставимы с гггттлттгчгг ПАПІТ ci ttzitZ ГТАТТП ПП1Т ІІРРТЛТА ПЛ ТТТЛ'ГЯ Х4 СТ
I И Н ( ) Л ВОЛН Лчііл UOD<1C14 Гіг! 1 П\Л w llV/vlzl IlL/Jrl HavlUIC xlvllol 1 иППл. Теоретически описываемые методы применимы только к материалам с магнитной проницаемостью, равной проницаемости абсолютного вакуума. Достаточно достоверные результаты получают для диа-и парамагнитных материалов (так называемых немагнитных материалов); для ферро- и ферромагнитных материалов нужно выбрать специальные методики, учитывающие раздельно диэлектрические и магнитные свойства. Однако эти последние методы не включены в настоящий стандарт.
Замечание о магнитных свойствах. Образцы, обнаруживающие магнитные свойства, можно испытывать в соответствии с этим стандартом, если магнитная проницаемость доведена до насыщения с помощью статического магнитного поля достаточной напряженности.
Описанными методами можно измерять жидкие и плавкие материалы, а также твердые материалы при условии соблюдения особых предосторожностей и применения измерительных ячеек соответствующей конструкции.
Величина измеренных характеристик зависит от физического воздействия, например, частоты, температуры, влажности, а в особых случаях от напряженности поля.
Все измерения и расчеты по настоящему стандарту даны исходя из синусоидальной формы волны с угловой частотой о — 2nf
Примечания:
1. Все определения относятся только к диэлектрическим материалам с магнитной проницаемостью абсолютного вакуума,
2. При формулировании терминов, относящихся к распространению волн и используемых в настоящем стандарте, следует ссылаться на группы 05 и 62 Международного электротехнического словаря,
2.1. Комплексная относительная диэлектрическая проницаемость
Комплексная относительная диэлектрическая проницаемость є/4 диэлектрических материалов выражается формулой
а
~ * _7 : „ Н ’-Х
— ° r J cr r
Gq
где Cx*—комплексная емкость малого1 конденсатора, в котором пространство между электродами и вокруг них запол- ясно только ряссмятривясмым диэлектрическим мяте* Я
Со — емкость электродов той же конфигурации в абсолютном вакууме.
Примечание, Комплексную емкость конденсатора определяют по формуле
Л ,Л Г* * V * /Т ! f /л Г*
I ш * J *1* й/ " V*
где G — действительная часть (активная проводимость при переменном токе);
jcoCx — мнимая часть комплексной полной проводимости У*х упомянутою конденсатора.
Когда длина волн приложенного электромагнитного поля с повышением частоты достигает размеров используемого образца» нельзя больше не учитывать изменения параметров электрического (и магнитного) поля. Поэтому для правильной интерпретации данных измерения переходят от анализа цепей с сосредоточенными параметрами к волновому анализу и теории передающих линии. с)то повышает чувствительность результатов измерений к неоднородности и анизотропии образцов. Из сказан* ного следует, что относительная комплексная диэлектрическая проницаемость 8Г* диэлектрических материалов пропорциональна квадрату отношения комплексной постоянной распространения у = а + /р электромагнитной волны в диэлектрическом материале к величине уо—/ро в абсолютном вакууме:
где ко — длина волны в свободном пространстве, а
кс— критическая длина волны используемого типа.
Примечания:
1« У плоских волн или волн типа ТЕМ —
2. Относительная диэлектрическая проницаемость сухого воздуха, свободного от двуокиси углерода, при 293К и нормальном атмосферном давлении равна 1,00053, так что практически для определения относительной диэлект-
рической проницаемости вг твердых материалов и жидкостей с достаточной точностью вместо Со, Со и уОї измеренных в абсолютном вакууме» можно использовать Са, Са и уа измеренные в воздухе.
3« Комплексная (абсолютная) диэлектрическая проницаемость диэлектри* ческого материала равна произведению его комплексной относительной диэлектрической проницаемости и электрической постоянной (диэлектрической проницаемости абсолютного вакуума) ей:
В системе СИ единицей абсолютной диэлектрической проницаемости является фарада на метр (Ф/м), а электрическая постоянная е0 равна следующей величине
е0= 8,854-10-12«—— . 10-9. (3)
цосо$ 36 5
1.2. Относительная диэлектрическая проницаемость е/
Относительная диэлектрическая проницаемость ezr диэлектрического материала, являющаяся действительной частью комплексной относительной диэлектрической проницаемости, определение которой дано в п. 2.1, определяется по формуле
еЗ=_££_ = Хг[!ї±.4-_1_1 (4)
Со L (2к)2П Ц J
Примечание. Если диэлектрические характеристики количественно выражены реальными цифрами, т. е как и tgd (см. п. 2.4), а не ezr и $"Г9 то примечание опускают
s'r=sn
1.3. Коэффициент диэлектрических потерь 8 ?
Коэффициент диэлектрических потерь 8zzr диэлектрического материала является мнимой частью относительной комплексной диэлектрической проницаемости, определение которой дано в п* 2.1, определяется по формуле
е"=_Ої_=/2о.у._2І. (5)
к®С0 \ « / 2
1.4. Тангенс угла диэлектрических потерь igd
Тангенс угла диэлектрических потерь tgd диэлектрического материала есть тангенс угла сдвига-фаз (угла потерь д) между напряженностью поля Е и полученным в результате электрическим смещением в изоляционном материале при синусоидальном изменении обеих этих характеристик во времени на одной и той же угловой частоте.
Так как компоненты поля ЕиDв диэлектрике вообще не поддаются измерению, тангенс угла диэлектрических потерь в данном объеме диэлектрического материала измеряют как отношение рассеянной за половину периода энергии к величине 2я раз 2—1714 5
большей средней энергия, накопленной в данном объеме за половину периода колебаний. Это отношение также эквивалентно
с"
tg (6)
Є r
Обратную величину тангенса угла диэлектрических потерь называют добротностью (фактором Q)
Диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь данного диэлектрического материала определяются диэлектрической поляризацией испытуемого образца. На результаты измерений влияют различные внешние и внутренние физические параметры, например, частота, температура, напряженность электрического поля, ионизирующая радиация, влага и другие примеси, химическая структура, однородность, изотропия й т. п.
Поэтому для четкой интерпретации результатов испытания необходимо знать состояние образца и контролировать все упомя- нутые выше параметры.
Ниже поочередно рассматривается влияние частоты, температуры, влаги и других примесей, физической и химической структуры и напряженности электрического поля на измеренные диэлектрические характеристики.
Примечание Диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь, измеренные в диапазоне частот, на который распространяется настоящий стандарт, имеют основным своим источником дипольную поляризацию полярных молекул и атомную поляризацию.
3.1. Частота
Что касается технических материалов, то е'7 и Igd не постоянны в широком диапазоне частот, в котором они могут найти применение. Необходимо измерять тангенс угла диэлектрических потерь и диэлектрическую проницаемость на тех частотах, на которых используются диэлектрики. Для точной интерполяции данных, измеренных на нескольких частотах, иногда можно получить кривую Дебая, описывающую область поглощения и эффективно использовать диаграмму Кола-Кюла*
3.2. Температура
Поляризуемость диэлектрика зависит и от его температуры. Поэтому с изменением температуры меняется и частота макси- 6
мяльного значения коэффициента диэлектрических потерь (а соответственно и tgS). В соответствии с этим температурный коэффициент ezzr может быть положительным или отрицательным в зависимо
