Описание экспериментальной установки и выполнение измерений

2.1. Описание сменной платы

На сменной плате установлен разборный плоский конденсатор и измерительное сопротивление . Принципиальная схема, собранная на сменной плате, приведена на рис. 2.

Нижняя обкладка разборного конденсатора неподвижно закреплена на плате. Верхняя обкладка съемная и крепится с помощью прижимающей пластины и двух винтов. Исследуемый материал зажимается между верхней и нижней обкладками конденсатора.

2.2. Выполнение измерений

Для определения емкости конденсатора в точку А схемы (рис. 2) подают переменное напряжение от звукового генератора, а общую шину генератора подключают к точке С. К точке В подключают вход У осциллографа, а к точке F – общую шину осциллографа. При таком подключении определяют . Для измерения амплитуды напряжения генератора ( ) вход У осциллографа переключается к точке Е.

С учетом входных емкостей кабеля и осциллографа , выходного сопротивления и паразитных емкостей монтажа схема изменения имеет вид, представленный в рисунке 3.

В этой схеме @100 пФ, =1 МОм. Величина измерительного сопротивления @5,1 кОм. Поэтому влияние входного сопротивления можно пренебречь. При этом ошибка измерения не превысит 0,5 %. Сопротивление переменному току входной емкости на частотах не выше 10 кГц не превышает 200 кОм, что вносит ошибку измерения не более 2,5%. Поэтому до частот 10 кГц для расчетов коэффициентов передачи и измеряемой емкости можно пользоваться формулой (4).

Измерение сопротивления R производится омметром между точками В и С.

Учет паразитной емкости монтажа выполняется с помощью набора образцов с различной площадью диэлектрика в области перекрытия пластин и известной толщиной диэлектрической прослойки. Площади диэлектрических пластин различны благодаря вырезанным в них отверстиям различной конфигурации. Емкость полученного сложного конденсатора может быть рассчитана как сумма параллельно включенных конденсаторов с диэлектрической и вакуумной прослойками:

, (5)

где – общая площадь отверстий в данной пластине диэлектрика.

Преобразовав это выражение, получаем:

. (6)

Как видно из формулы (6), емкость конденсатора линейно уменьшается с ростом отверстий и при значении равном площади обкладки конденсатора становится равной:

, (7)

Площадь перекрытия пластин указана на плате. Расстояние между обкладками совпадает с толщиной пластины диэлектрика и измеряется с помощью микрометра.

Для нахождения строят график зависимости емкости от площади отверстий . График представляет собой прямую линию (см. рис. 4). Экстраполируя прямую в точку , получим значение , входящее в формулу (7). Следовательно для расчета получим формулу:

. (8)

Искомое значение емкости конденсатора с прослойкой из неизвестного материала получается вычитанием паразитной емкости из значения емкости, полученной по формуле (4):

. (9)

Зная емкость конденсатора с прослойкой, можно определить диэлектрическую проницаемость материала по формуле (2).