ЗМІСТ
Лабораторна робота №1
«Визначення питомих електричних опорів твердих діелектриків» 5
Лабораторна робота №2
«Дослідження поляризації твердих діелектриків» 16
Лабораторна робота №3
«Дослідження статичних параметрів магнітних осердь.
Зняття кривої намагніченості електротехнічної сталі методом
вольтметра й амперметра» 25
Лабораторна робота №4
«Дослідження властивостей провідникових матеріалів» 40
Список рекомендованої літератури 47
Лабораторна робота №1
1 ВИЗНАЧЕННЯ ПИТОМИХ ЕЛЕКТРИЧНИХ ОПОРІВ
ТВЕРДИХ ДІЕЛЕКТРИКІВ
1.1 Мета роботи: закріпити поняття питомих об'ємних і питомого поверхневого опорів. Перевірити дослідним шляхом величини - питомих опорів діелектриків з різним ступенем вологості й забруднення. Одержати навички в роботі із чутливими приладами
1.2 Теоретичні відомості
Найбільш значущі фактори зовнішнього середовища, що впливають на питому провідність твердих діелектриків, - температура 
й вологість 
- змінюють як концентрацію вільних носіїв зарядів у діелектрику п, так й їхня рухливість и , внаслідок чого
, (1.1)
Збільшення температури приводить до експонентного збільшення концентрації вільних носіїв заряду через ріст ступеня дисоціації або інтенсивності термогенерації 
(
- енергія активації процесу утворення вільного носія заряду) і до росту рухливості іонів 
( 
- енергія активації процесу переносу іона з одного положення рівноваги в інше).
Тому температурна залежність провідності твердого діелектрика, що містить типів іонів, описується формулою
(1.2)
де 
- енергія активації електропровідності 
.
Вплив вологи на електропровідність діелектрика обумовлюється сорбцією (поглинанням) вологи поверхнею й об’ємом твердого тіла. Поверхнева сорбція вологи приводить до зміни поверхневої провідності матеріалу; об'ємна сорбція змінює і його об'ємну провідність як через дисоціацію молекул води, так і внаслідок розчинення домішок і матеріалу діелектрика.
Р
исунок 1.1 – Шляхи струмів об'ємного й поверхневого протікання: 1) ізолятор ТФ; 2) проводи, що перебувають під напругою 
й 
- відповідно напруга між поруч лежачими проводами й між проводами і конструкцією (землею).
Технічні діелектрики завжди мають деяка кількість вільних зарядів, завдяки чому в діелектрику під дією електричного поля виникають слабкі струми об'ємного 
й поверхневого 
протікання (рисунок 1.1). Величина цих струмів залежить від питомих об'ємних і питомого поверхневого опорів.
Питомий об'ємний опір діелектрика визначають за формулою:
, (1.3)
де 
— об'ємний опір зразка, Ом;
- площа електрода, см2;
- товщина зразка, см.
У випадку застосування плоских електродів наближене значення питомого поверхневого опору 
визначають за формулою:
, (1.4)
де 
- опір поверхні діелектрика, Ом;
- ширина електрода, см;
- відстань між електродами, см.
Р
исунок 1.2 - Електроди й зразки для виміру питомого об'ємного (а) і питомого поверхневого (б) опорів твердих діелектриків: 1) вимірювальний електрод; 2) охоронне кільце; 3) зразок діелектрика; 4) електрод циліндричний високого потенціалу; 5) екран; 6) кільцевий електрод високого потенціалу; 7) циліндричний електрод
Вимірювальні електроди виготовляють із міді, бронзи або латуні (рисунок 1.2). ГОСТ 6433-52 передбачає три варіанти розмірів електродів (таблиця 1.1). Залежно від розмірів випробовуваного діелектрика й вибирають потрібний варіант.
Таблиця 1.1 - Стандартних значення розмірів електродів, см, для виміру питомого об'ємного й питомого поверхневого опору плоских зразків
Показники
Діаметр 
вимірювального електрода
1
2,5
5
Внутрішній діаметр 
охоронного кільця
1,4
2,9
5,4
Зовнішній діаметр 
охоронного кільця (не менше)
1,8
3,9
7,4
Діаметр 
електрода високого потенціалу (не менше)
2,0
4,0
7,0
1.3 Опис експериментальної установки
1.3.1 Зовнішній вигляд
1. Кнопка керування подачі вхідної напруги, червона.
2. Ламповий сигналізатор пробою, червоний.
3. Ламповий сигналізатор включеного стану приладу, білий.
4. Індикатор вихідного постійного струму, мА.
5. Потенціометр для калібрування індикатора струму.
6. Вольтметр для відліку вихідної напруги.
7. Потенціометр для калібрування індикатора струму, шляхом установлення стрілки вольтметра на розподіл 10кВ.
8. Кнопка калібрування індикатора струму, зелена.
9. Індикаторна лампа включення напруги живлення.
10. Кнопка-вимикач, із ключем.
11. Кнопковий перемикач для плавної зміни вихідної напруги.
1
2. Букса «земля».
Рисунок 1.3 - Зовнішній вигляд. Перелік позицій:
13. Перемикач діапазону вихідної напруги.
14. Запобіжна кришка для вихідних клем.
15. Гніздо штифта запобіжної кришки.
16. Клема «змінна вихідна напруга».
17. Клема «постійна вихідна напруга»
18. Перемикач роду вихідної напруги - змінна «
» чи постійна «=».| Показники | Діаметр вимірювального електрода | ||
| 1 | 2,5 | 5 | |
| Внутрішній діаметр охоронного кільця | 1,4 | 2,9 | 5,4 |
| Зовнішній діаметр охоронного кільця (не менше) | 1,8 | 3,9 | 7,4 |
| Діаметр електрода високого потенціалу (не менше) | 2,0 | 4,0 | 7,0 |
1.3.2 Принцип дії
УПУ-10 - це прилад для випробування електричної міцності, що подає на свій вихід плавно регульовану високу постійну або змінну напругу (до 10кВ). Функціональний зв'язок окремих частин структурної схеми показаний на рисунок 1.4. При цьому структурні вузли, що подають вхідну напругу, за допомогою регульованого автотрансформатора РАТ, подається сіткова напруга підвищувальному вихідному трансформатору ПВТ. РАТ використається для плавної зміни вихідної напруги ПВТ. Випрямлення здійснюється однопівперіодним випрямлячем. Як випрямляч використається високовольтний кенотрон, а як фільтр - ємність.
Перемикач режиму «режим подачі вихідної напруги/розрядка конденсаторів», виконаний із двох трансформаторів, кнопки керування 1 (рисунок 1.3) і баретера. З першого трансформатора знімається напруга, яка необхідна для одержання на виході постійної напруги, із другого трансформатора знімається напруга, яка необхідна для живлення розрядників конденсаторів, натисканням кнопки 1 (рисунок 1.3) здійснюється приєднання одного або іншого трансформатора до напруги живлення. Баретер стабілізує струм у первинній обмотці обох трансформаторів.
Рисунок 1.4 - Структурна схема:
ВФ - випрямляч і фільтр;
ВВН - вимірник вихідної напруги;
ІПВС - індикатор постійного вихідного струму;
МСЗ - максимальний струмовий захист;
РАТ - регульований автотрансформатор;
РК - розрядник конденсаторів, що входять до складу фільтра й зовнішніх;
ПВТ - підвищувальний вихідний трансформатор;
ПЗ - захист від перенапруги;
ПР - перемикач «режим вихідної напруги»/ «розрядка конденсаторів»;
ЕБ - елементи блокування.
Максимальний струмовий захист розрахований на обмеження вихідного струму в діапазоні від 40 до 100 мА.
Вимірник вихідної напруги, побудований на базі вмонтованого в прилад, постійної струмової вимірювальної системи мікро амперметра.
Індикатор постійного вихідного струму - постійна струмова вимірювальна система, підключена послідовно до випробовуваного об'єкта тільки в режимі постійної напруги. Шкала вимірювальної системи нелінійна. Це викликано збільшенням вихідного струму до 0,5А й більше у випадку пробою випробовуваної ізоляції. Калібрування індикатора струму здійснюється шляхом послідовного приєднання обох вимірювальних систем при спрацьовуванні кнопки 8 (рисунок 1.3). Виставляють при цьому показання амперметра рівне 100мкА.
Захист від перенапруги виконується на розряднику, що охороняє прилад від одержання електричної дуги на виході у випадку короткого замикання.
Елементи блокування побудовані на мікроперемикачах ДО1, ДО5, ДО6, ДО9, ДО10. Мікроперемикач ДО5 охороняє від появи на виході приладу напруги з більшим, ніж необхідно, значенням, шляхом призупинення живлення трансформатора. Кнопка «вихідна напруга» повертається вліво до відмови й за допомогою важільця приводиться в дію мікроперемикач ДО5. Мікроперемикач ДО6 розриває ланцюг живлення підвищувального вихідного трансформатора й приводиться в дію аксіальним натисканням кнопки «вихідна напруга». Мікроперемикач ДО9 перериває живлення у випадку незакритої запобіжної кришки вихідних клем. Мікроперемикач ДО10 є зовнішнім блокуванням, що перериває ланцюг живлення приладу у випадку незакритої запобіжної кришки випробовуваного об'єкта або ж незакритих дверей обгородженої випробної дільниці.
Візуальна індикація поданої напруги живлення здійснюється лампою 9 (рисунок 1.3). Спалахування світлового сигналізатора 3 (рисунок 1.3), попереджає про появу вихідної напруги на вихідних клемах. Візуальна індикація появи електричного пробою (спрацьовування захисту) у випробовуваній електричній ізоляції здійснюється червоним сигналізатором 2 (рисунок 1.3).
1.3.3 Порядок роботи із приладом
1. Підключаємо об'єкт виміру при наявності видимого відключення напруги живлення.
2. Підключаємо установку УПУ-10 до напруги живлення.
3. У кнопку 10 (рисунок1.3) вставляємо секретний ключ, поворотом і натиском якого, кнопка встановлюється в положення «включене», після чого загоряється світловий сигналізатор 9 (рисунок 1.3).
4. Для роботи приладу необхідно здійснити його прогрів протягом 5 хвилин.
5. Необхідно здійснити калібрування індикатора струму: для чого вихідний кабель приєднуємо до клеми «постійна напруга», натискаємо зелену кнопку 8 (рисунок 1.3). Під впливом змінного резистора (нижнього із групи калібрування індикатора) 7 (рисунок 1.3), установити стрілку вольтметра на напругу 10кВ, що відповідає показанню амперметра 100мкА. Під впливом змінного резистора 5 (рисунок 1.3), установлюємо стрілку вмонтованого індикатора струму на розподіл 100мкА, після чого звільняємо зелену кнопку. Калібрування індикатора струму здійснюється до початку кожного випробування електричної ізоляції з постійною вихідною напругою.
6. Зміна вихідної напруги здійснюється за допомогою виводу до кінця вліво регулятора «вихідна напруга» 11, (рисунок 1.3), далі вибору на передній панелі типу робочої напруги. Натискання й фіксування червоної кнопки 1, (рисунок 1.3). Далі поворотом праворуч і натисканням зверху на кнопку «вихідна напруга», установлюємо необхідну вихідну напругу, вимірювану за допомогою вимірювального вольтметра (точність роботи вмонтованого вольтметра
). При електричному пробої у випробовуваній електричній ізоляції, відбувається спад вихідної напруги й запалюється червона лампа 2, (рисунок1.3), що сигналізує про наявність пробою. Лампа гасне при поверненні кнопки «вихідної напруги» 11, (рисунок 1.3), у первісне положення, крайнє ліве.1.4 Експериментальна частина
1. Зібрати схему для виміру питомого об'ємного опору
(рисунок 1.5).
Рисунок 1.5 - Принципова схема для виміру питомого об'ємного опору діелектрика: 1) зразок діелектрика; 2) екран.
2. Подати напругу живлення приладу УПУ-10, поставити режим вихідної постійної напруги.
3. Задатися, за вказівкою викладача, вихідною напругою УПУ-10.
4. Поставити перемикач джерела струму ДС у мінімально можливе положення.
5. Подати напругу на зразок діелектрика 1.
6. Записати показання гальванометра, при цьому підібрати зручне для вимірів значення вихідної напруги УПА-10.
без зразка – 5 поділок;
папір – 8 поділок;
оргскло темне – 1 поділка;
гетинакс – 5 поділок;
текстоліт – 1 поділка;
гума – 6,5 поділок;
конденсаторний папір – 7 поділок.
1.5 Розрахункова частина
1.5.1 Розрахувати силу струму, що протікає в ньому, за формулою:
, (1.5)де
- ціна поділок гальванометра;n – кількість поділок.
без зразка:
папір:
оргскло темне:
гетинакс:
текстоліт:
гума:
конденсаторний папір:
1.5.2 За законом Ома підрахувати об'ємний опір діелектрика:
, Ом. (1.6)без зразка:
папір:
оргскло темне:
гетинакс:
текстоліт:
гума:
конденсаторний папір:
1.5.3 Виміряли товщину зразків:
папір:
оргскло темне:
гетинакс:
текстоліт:
гума:
конденсаторний папір:
1.5.4 Розрахувати питомий опір за формулою:
, Ом ∙ м. (1.7)де
— діаметр вимірювального електрода, 
.папір:
оргскло темне:
гетинакс:
текстоліт:
гума:
конденсаторний папір:
1.5.5 Результати вимірів й обчислень записати в таблиці 1.2.
1.5.6 Зібрати схему (рисунок 1.6) для виміру питомого поверхневого опору
(його визначають у тій же послідовності, що й питомий об'ємний опір).1.5.7 Повторити операції, зазначені в пунктах 2, 3 й 4.
1.5.8 Записали показання гальванометра (у поділках) для кожного зразка:
без зразка- 8 поділок;
папір- 1 поділка;
оргскло темне- 4 поділки;
гетинакс- 2 поділки;
текстоліт- 5 поділок;
гума - 7 поділок;
конденсаторний папір - 4 поділок.
1.5.9 Заміряти силу струму
виходу мілівольтметром та напругу 
між електродами 1й 6 (рисунок1.2, б) вольтметром V:без зразка:
U=2кВ;папір:
U=9кВ;оргскло темне:
U=7кВ;гетинакс:
U=6кВ;текстоліт:
U=6кВ;гума:
U=4кВ;конденсаторний папір:
U=6кВ.1.5.10 Підрахувати поверхневий опір
за формулою:
, Ом. (1.8)без зразка:
папір:
оргскло темне:
гетинакс:
текстоліт:
гума:
конденсаторний папір:
Рисунок 1.6 - Принципова схема для вимірювання питомого поверхневого опору діелектрика
Таблиця 1.2 - Результати експериментів та обчислень
| № п\п | Найменування матеріалу діелектрика | Вимірювання | Обчислення | ||||||||
| h, ∙10-3 м | U, кВ | n, под. | IV, ∙10-6 А | RV, ∙109 Ом | V, ∙109 Ом∙ м | IS, ∙10-6 А | RS, ∙109 Ом | S, ∙1011 Ом | |||
| 1 | Папір | 0,3 | 4,5 | 8 | 3,6 | 0,14 | 1,54 | 0,45 | 18,7 | 8,83 | |
| 2 | Оргскло | 2,86 | 8 | 1 | 0,45 | 16,69 | 19,3 | 1,8 | 2,63 | 1,24 | |
| 3 | Гетинакс | 1,6 | 5 | 5 | 2,25 | 1,11 | 2,29 | 0,9 | 5,41 | 2,55 | |
| 4 | Текстоліт | 1,27 | 10 | 1 | 0,45 | 21,11 | 50,8 | 2,25 | 1,41 | 0,66 | |
| 5 | Гума | 5,71 | 3 | 5,5 | 2,48 | 0,11 | 0,06 | 3,15 | 0,11 | 0,05 | |
| 6 | Конденс. папір | 0,14 | 4 | 7 | 3,15 | 0,16 | 1,53 | 1,8 | 2,07 | 0,97 | |
1.5.11 Підрахувати величину питомого поверхневого опору за формулою:
, (1.9)де
- умовний перетин електрода, см;
- довжина шляху протікання струму, см.Для електродів 6 й 7 (рисунок 1.2, б) довжина шляху протікання струму поверхнею діелектрика дорівнює ширині зазору між електродами, тобто
. (1.10)Умовний перетин
у цьому випадку дорівнює довжині окружності діаметром 
. Величину умовного перетину підраховують по формулі:
, (1.11)тоді
, Ом. (1.12)де
— діаметр вимірювального електрода;
— внутрішній діаметр охоронного кільця.папір:
оргскло темне:
гетинакс:
текстоліт:
гума:
конденсаторний папір:
Розглянутий метод визначення питомого поверхневого опору придатний для наближеного обчислення.
1.5.12 Результати вимірів й обчислень записати в таблицю 1.2.
1.5.13 Порівняти практичні отримані результати з теоретичними, з довідкових джерел.
Таблиця 1.3 – Величини взяті з довідникових джерел
| Діелектрик | V, Ом∙ м | S, Ом |
| Папір | — | — |
| Оргскло темне | 1∙ 109–2∙ 1010 | 1∙ 1010–1∙ 1012 |
| Гетинакс | 8∙ 108–1∙ 1010 | 4∙ 1010–6∙ 1012 |
| Текстоліт | 2∙ 109–6∙ 1010 | 6∙ 1010–1∙ 1012 |
| Гума | не менше 5∙ 108 | не менше 1∙ 1010 |
| Конденсаторний папір | 1∙ 109–1∙ 1010 | не менше 6∙ 1010 |
1 2 3 4 5 6