Короткі теоретичні відомості
Діелектричні властивості текстильних виробів характеризують їх здатність реагувати на зовнішнє електричне поле. Залежно від температури, частоти і амплітуди напруженості зовнішнього електричного поля характеристики діелектричних властивостей виробів різної молекулярної і надмолекулярної структури змінюються по-різному. Тому визначення діелектричних характеристик текстильних виробів в широкому інтервалі температур і частот зовнішнього електричного поля дає можливість вивчити особливості молекулярної будови речовин, що становлять текстильні вироби, молекулярну взаємодію і явища релаксацій в них (рис. 16.1, 16.2).
V R
С R I С
V
φ φ V/R
А б Рис. 16.1. Послідовна (а) і паралельна (б) еквівалентні схеми і векторні діаграми конденсора з втратами
А б Рис. 16.2. Криві частотної (а) і температурної (б) залежності діелектричних характеристик
Однією з основних характеристик електричних властивостей матеріалу є його діелектрична проникність, яка звичайно характеризується відносною діелектричною проникністю (діелектричною сталою) ε: ε = С / С0 (16.1) де С - ємність конденсатора, заповненого досліджуваним матеріалом; С0 - ємність конденсатора з повітряним діелектриком.
У разі ідеального конденсатора (без втрат) в ланцюзі змінного струму між струмом і напругою має місце зсув по фазі на 900. В реальному діелектрику, поміщеному в електричному полі, виникають втрати енергії, що перетворюється на теплову. Внаслідок цього зменшується кут здвигу фаз між струмом і напругою. Характеристикою втрат електричної потужності змінного струму в діелектриці є тангенс кута втрат. Кутом втрат називається кут δ, доповнюючий кут між струмом і напругою в ланцюзі конденсатора до 900.
На рис. 16.1 приведені еквівалентні схеми і векторні діаграми конденсатора з втратами, тобто конденсатора ідеальної ємності, послідовно або паралельно сполученого з активним опором, обумовлюючого виникнення еквівалентних втрат. При цьому для рис. 16.1, а tg δ = ωRС (16.2) для рис. 16.1., б tg δ = 1/ (ωRС) (16.3) де δ - кут втрат; ω - кутова частота струму; R - активний опір; С - ємність конденсатора. δ = 900 – φ (16.4) де φ - кут зсуву між струмом і напругою для реального конденсатора.
Якщо волокна, що містять полярні групи, помістити в електричне поле, то спостерігається орієнтація сегментів (ланок) макромолекул і більш дрібних кінетичних одиниць, що забезпечує визначення діелектричної проникності і діелектричних втрат. В певних інтервалах температур і частот криві залежності tgd(f) і tgd(Т) проходять через максимум, а на кривих ε/ (f) і ε/ (Т) з'являється перегин (рис. 16.2). На величину діелектричних втрат роблять вплив багато чинників: хімічна будова текстильних волокон, ступінь їх кристалізації, орієнтація надмолекулярної структури і ін. Все це необхідно враховувати при аналізі результатів дослідження. Температурно-частотні дослідження діелектричних параметрів текстильних волокон проводяться на спеціальній установці, блок-схема якої приведена на рис. 16.3. Генератор частоти є низькочастотним генератором сигналів 3Г - 56/1 з діапазоном частот від 20 Гц до 200 Гц. Він призначений для подачі синусоїдальної напруги на вимірювальний міст. В плече вимірювального мосту включений конденсатор Сх, в якому діелектриком служить досліджуваний матеріал (текстильні вироби).
Рис. 16.3. Блок-схема установки для діелектричних досліджень
Точний міст Шерінга (ВМ - 4006) призначений для вимірювання ємності в широких межах. Коефіцієнт втрат tgd можна відлічувати в межах 0 - 10-1. Принципова схема моста приведена на рис. 16.4. Вимірювальний осередок з досліджуваною речовиною (змінна ємність Сх) включають в плече (аб) моста. Змінна напруга із заданою частотою подається в одну з діагоналей моста (бг), а в іншу діагональ (ав) включений індикатор нуля. При урівноваженні моста змінним опором R1 і ємністю С2 досягають рівності нулю струму в діагоналі (ав); на екрані осцилографа індикатора нуля з'являється пряма лінія. З умови СхR1 = C1R2 визначають: невідому ємність: Сх = С1R2 / R1 (16.5) і тангенс кута втрат: tg δ = 1 / (ω R1 C2) (16.6)
Компенсація tgδ здійснюється за допомогою конденсатора змінної ємності С2. Більш високі значення tgδ компенсуються за допомогою опорів, включених послідовно з еталонним конденсатором. Індикатор нуля Ф - 550 є високочутливим електронним виборчим підсилювачем змінного струму, що працює в діапазоні 20 - 105 Гц. Прилад застосовується як покажчик рівноваги в мостових схемах (включений в діагональ моста рис. 16.4). Як індикатор рівноваги моста в приладі використовується електронно-променева трубка з розгорткою по горизонталі (вісь Х) від генератора звукового сигналу 3Г - 56/1. На вхід індикатора нуля (відхилення променя по вертикалі - вісь У) подається напруга розбалансу моста. Коли міст збалансований, вхідна напруга по осі У дорівнює 0 і на екрані осцилографа є горизонтальна лінія. Рис. 16.4. Принципова схема моста Шерінга (живлення змінною напругою з частотою, на якій проводяться вимірювання)
Термостат і регулятор температури забезпечують термостатування вимірювального осередку в інтервалі температур 35 – 300 0С з точністю 0,4 0С. Задана температура виставляється поворотом барабана реохорда на передній панелі приладу. Вимірювальний осередок є двома круглими вимірювальними електродами, що служать обкладинками плоского конденсатора. Нижній електрод є базовим, а верхній - знімним, рухомим, що дозволяє змінювати площу обкладинок конденсатора і відстані між ними. Між електродами розташовується досліджуваний матеріал - паралелізована система текстильних волокон. Відстань між електродами, тобто товщина діелектрика, визначається за шкалою мікрометра.
Читайте также: Воспользуйтесь поиском по сайту: ![]() ©2015 - 2025 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|