ФГБОУ ВПО
«Алтайский государственный технический университет им. »
Энергетический факультет
Кафедра «Электротехника и автоматизированный электропривод»
,
Исследование электрофизических свойств образцов
из электропроводящей резины
Методические указания к выполнению лабораторной работы
по дисциплине: «Современные электротехнологии»
Барнаул 2014
Лабораторная работа № 1
Цель работы
Построение зависимости удельного объемного сопротивления pv от концентрации технического углерода в образце.
Образцы
Несколько образцов из электропроводной резины с различным содержанием технического углерода. Образцы не должны иметь царапин, трещин, утолщений, вздутий или других дефектов и загрязнений.
Приборы и принадлежности
Измерительный мост Е8-4, кабель соединительный с зажимами 4.853.338, прибор комбинированный цифровой Щ4313, приспособление для зажима образца, измерительный кабель.
Задание
Подготовить к работе лабораторную установку. Определить среднее значение емкости С и измерить сопротивление R для каждого образца. Произвести расчеты удельного объемного сопротивления pv и тангенса утла диэлектрических потерь tg д, вычислить lg pv, определить процентное содержание технического углерода К в каждом образце. Построить график зависимости lg pv - f(K). Сделать выводы о том, каким образом содержание технического углерода в образце влияет на удельное объемное сопротивление материала и его проводимость. Составить отчет о выполненной работе.
Порядок и методика выполнения работы
1. Произвести подготовку образцов к измерениям:
- материал обработать спиртом для снятия окисной пленки, пыли или грязи; измерить толщину каждого образца h с помощью измерительного инструмента, h может быть произвольной.
2. Подготовить к работе измерительный мост Е8-4;
- установить переключатель КАЛИБРОВКА в положение ВЫКЛ.; включить прибор, переведя тумблер СЕТЬ в верхнее положение; дать прибору прогреться в течение 5 минут в следующем режиме: переключатель ЗАПУСК находится в положении ПЕРИОДИЧ., переключатель КАЛИБРОВКА - в положении ВКЛ., тумблер СЛЕЖЕНИЕ - в верхнем положении; дважды нажмите кнопку ЗАПУСК; после первого нажатия на табло должны установиться показания 00 0000 мF 000, после второго на табло прибора должны установиться, согласно паспортным данным, следующие показания: по шкале емкости С - 20.613 pF, по шкале тангенса угла потерь tg д - 011 х 10-4; установка данных показателей свидетельствует о готовности прибора к работе; подключить измерительный кабель в соответствии с его метками к клеммам прибора (Е, Е′, I, I′).
3. Произвести подготовку к работе специального устройства для зажима образцов:
- подводящие медные контакты (электроды) зачистить и обработать 10 % раствором соляной кислоты; стальные контакты протереть спиртом; роль одного стального электрода выполняют штурвал, винт, струбцина и основание; роль другого - пластина круглой формы диаметром 80 мм.
4. Провести измерения емкости С. для чего:
- образец зажать между стальными электродами устройства для зажима с усилием не более 0.5 Нхм; к двум подводящим медным электродам устройства для зажима образцов подсоединить измерительный кабель с помощью специальных зажимов («крокодилы»); для проведения замера следует дважды нажать на кнопку ЗАПУСК: после первого нажатия на табло установятся нулевые показания (сброс), после второго нажатия на табло будет выдан результат измерения. Следует провести 3-4 таких замера для каждого образца с интервалами в 3 - 5 секунд и по показаниям вычислить средние арифметические значения емкости, которые заносятся в таблицу 2.
5. Подготовить к работе прибор Щ 4313:
- перед включением проверить состояние всех кнопок переключателей, они должны быть в выключенном (отжатом) состоянии; включить прибор нажатием кнопки ПУСК; включение должно сопровождаться появлением индикации; выбрать род измеряемой величины нажатием кнопки «кОм»; нажать кнопку переключателя диапазона показаний измеряемой величины (предела), а если он не известен, то кнопку старшего диапазона.
6. Измерить сопротивление R:
- соединительные провода комбинированного цифрового прибора Щ4313 подключить к двум подводящим медным электродам устройства для зажима образцов, в котором уже зажат измеряемый материал; на табло появится результат измерения сопротивления образца; для уточнения результата нужно выбрать оптимальный предел (например, при R = 15 кОм выбираем предел 20 кОм, при R = 60 кОм - предел 200 кОм); произвести отсчет результата измерения.
Таким образом измерить сопротивление каждого образца; результаты занести в таблицу 2.
7. Произвести расчеты:
- рассчитать удельное объемное сопротивление измеренных образцов по формуле
pv = RS/h,
где R - измеренное значение сопротивления, h - толщина образца,
S - площадь образца; S=рd2/4, d - диаметр образца; d = 0.07 м;
- вычислить Ig pv, рассчитать тангенс угла диэлектрических потерь lg д
tgд = l/RCщ.
где R и С - измеренные величины; щ = 2рf; f = 1000 Гц:
- после вычисления Ig pv для каждого образца нужно выбрать минимальное и максимальное из этих значений; для которых преподаватель задаст процентное содержание технического углерода К1 и К2; определить процентное содержание технического углерода в образце: для этого необходимо составить две пропорции для определения X и X′:
,
где Ig pV min и Ig PV max - логарифмы удельных объемных сопротивлений образцов с минимальным и максимальным tg д;
Ig pVi - логарифм удельного объемного сопротивления i-го образца;
отсюда находим К:
К=Хср=(Х+Х')/2.
Результаты измерений и расчетов занести в таблицу 2.
Таблица 2
№ | Измерено | Рассчитано | |||||
R, кОм | С, пФ | сv, Ом∙м | Ig сv | tg д | Х, % | X', % | К, % |
8. По результатам измерений и расчетным данным построить график зависимости концентрации технического углерода в образце от удельного объемного сопротивления материала:
lgpv=f(K).
9. Сделать выводы, основываясь на построенной зависимости.
Содержание отчета:
- название и цель лабораторной работы; методика измерения емкости С и сопротивления R: расчетные формулы и пример расчетов одного образца; заполненная таблица с результатами измерений и расчетов; график зависимости lg pv =f(K): выводы по работе.
