24.2. Метод определения диэлектрической проницаемости

Для определения диэлектрической проницаемости ТГИ можно использовать методику, регламентируемую ГОСТ 25495-82 «Породы горные. Метод определения диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь».

Образцы изготавливают в виде дисков диаметром 40-50 мм (в исключительных случаях – квадратов размером 50х50 или 40х40 мм), толщиной не более 5 мм. Толщину образца измеряют с погрешностью не более 0,1% микрометром и определяют как среднее арифметическое результатов не менее пяти измерений в разных точках по поверхности образца. Диаметр или сторону квадрата измеряют штангенциркулем.

Образцы, предназначенные для испытания, сушат до постоянной массы в сушильном шкафу при температуре 105-110°С и охлаждают в эксикаторе с сухим хлористым кальцием. Перед проведением испытаний образцы оставляют на 24 ч в нормальных условиях (температура 15-25°С, относительная влажность воздуха 45-75%).

Для проведения испытаний применяют измеритель добротности (куметр) типа Е4-4, Е9-4 и конденсатор измерительный с микрометрическим винтом (рис. 24.1).

В начале испытаний измеритель добротности (куметр) подключают к сети, прогревают в течение 10-15 мин, проверяют установку нулей и калибровку прибора. Устанавливают на куметре требуемую частоту, подключают соответствующую катушку индуктивности и измеряют при максимальном отклонении стрелки на шкале добротности добротность Q₁ и ёмкость С₁.

Далее помещают в центр нижней пластины измерительного конденсатора исследуемый образец, вращением винта опускают верхнюю пластину до появления треска в микрометре (следя за тем, чтобы образец не сдвинулся в сторону) и отмечают показания микрометра. Для повышения надежности контакта между пластинами и образцом эту операцию повторяют два-три раза, следя за тем, чтобы образец не сдвинулся в сторону от центра измерительных пластин.

Рисунок 24.1.

1 - нижнее основание; 2 - фарфоровый фторо-пластовый изолятор; 3 - нижняя обкладка измерительного конденсатора; 4 - образец; 5 - верхняя подвижная обкладка измерительного конденсатора; 6 - подвижной шток микрометрического винта; 7 - верхняя плата; 8, 9 - микрометрический винт

Подключают к выводу куметра измерительный конденсатор с образцом и производят замер Q₂ и С₂.

Извлекают образец из измерительного конденсатора и устанавливают расстояние между пластинами микрометрическим винтом, равное толщине образца. Производят замер Q₃ и С₃ по шкале добротности.

Замеряют геометрические размеры образца – ширину b, длину l, толщину h и вычисляют его площадь S = b ? l. Рассчитывают ёмкость (в Ф) рабочего объёма конденсатора С₀ по формуле:

С₀ = ε_b ? ε₀ ? S/h = 8,85?10^-12 ? S/h, (24.4)

где ε_b – относительная диэлектрическая проницаемость воздуха, равная 1;

ε₀ – электрическая постоянная, равная 8,85?10^-12 Ф/м.

Значения диэлектрической проницаемости ε рассчитывают по формуле:

ε = (С₁ – С₃)/С₂ + 1. (24.5)

Для определения тангенса угла диэлектрических потерь tgδ использую формулу:

tgδ = С₁? (Q₂ – Q₃)/(C₂ – C₃ + C₀) ? Q₂ ? Q₃. (24.6)

Результаты измерений каждой партии образцов статистически обрабатывают для выявления среднего значения параметра и доверительного интервала. Окончательные результаты записывают в виде:

ε = ε_ср ± ∆ε,

tgδ = tgδ_ср ± ∆tgδ.