ГОСТ 8.358-79 Государственная система обеспечения единства измерений. Методика выполнения измерений относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь в диапазоне частот от 0,2 до 1 ГГц

ГОСТ 8.358-79

Группа Т88.5*
__________________________
* В указателе "Национальные
стандарты" 2005 г. группа Т86.8. -
Примечание "КОДЕКС".

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

Государственная система обеспечения единства измерений

МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ
ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ
И ТАНГЕНСА УГЛА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ В ДИАПАЗОНЕ ЧАСТОТ 0,21 ГГц

State system for ensuring the uniformity of measurements.
Method of making measurements of relative permittivity and dielectric loss tangent
in the frequency range of 0,2 to 1 GHz

Дата введения 1980-07-01

РАЗРАБОТАН Государственным комитетом СССР по стандартам

ИСПОЛНИТЕЛИ

Н.М.Карих, канд. тех. наук; Н.Л.Яцынина, канд. техн. наук

ВНЕСЕН Государственным комитетом СССР по стандартам

Член Госстандарта В.И.Кипаренко

УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 12 июня 1979 года N 2112

Настоящий стандарт распространяется на твердые диэлектрические материалы толщиной не менее 0,5 мм с относительной диэлектрической проницаемостью =220 и тангенсом угла диэлектрических потерь 1·101·10 и устанавливает методы измерений и этих материалов в диапазоне частот 0,21,0 ГГц.

В стандарте учтены рекомендации СЭВ по стандартизации PC 604-66, стандарты МЭК 377-2 и ИСО 6-77 в части методов и средств измерений.

1. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

1.1. Измерение относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь производят следующими методами:

резонансным методом, основанным на использовании измерителей добротности, тороидальных резонаторов и коаксиальных резонаторов постоянной и переменной длины;

методом измерения в линиях передач, основанным на использовании коаксиальных измерительных систем.

1.2. Погрешность измерения при доверительной вероятности 0,95 не должна быть более:

±(14)% - для относительной диэлектрической проницаемости 220;

±(20+0,005/)% - для тангенса угла диэлектрических потерь 1·101·10.

2. ОТБОР ОБРАЗЦОВ

2.1. Порядок отбора образцов из партии и их подготовка к измерениям (увлажнение, сушка, выдержка) должны быть указаны в стандартах или технических условиях на материалы.

2.2. Число образцов для измерений указывают в стандартах или технических условиях на материалы конкретного вида. При отсутствии таких указаний число образцов должно быть не менее трех.

2.3. В зависимости от метода измерений образец должен быть выполнен:

в виде плоскопараллельного диска - при резонансном методе;

плоской коаксиальной шайбы - при методе измерения в линиях передач и резонансном методе.

2.4. Образец в виде плоскопараллельного диска должен быть выполнен в соответствии с черт.1.

Черт.1

2.4.1. Толщина образца диэлектрика при измерении посредством измерителей добротности зависит от значений тангенса угла диэлектрических потерь с учетом пределов измеряемых емкостей и должна быть не более 5 мм для =1·10 и 3 мм для =1·101·10

.

2.4.2. Толщину образца диэлектрика при измерении в тороидальном резонаторе выбирают любой в пределах от 0,5 до 2 мм независимо от значения тангенса угла диэлектрических потерь.

2.4.3. Толщину образца измеряют в семи точках, обозначенных на черт.2.

Черт.2

При расчете берут среднее арифметическое значение всех измерений. Погрешность измерения толщин от 0,5 до 1 мм не должна превышать ±0,001 мм, свыше 1 мм - ±0,01 мм.

2.5. Образец в виде плоской коаксиальной шайбы должен быть выполнен в соответствии с черт.3.

Черт.3

Размеры образцов для испытаний в коаксиальных трактах выбирают в соответствии с сечением тракта. Испытуемый образец запрессовывают в контактные кольца толщиной для ликвидации погрешности за счет зазора между образцом и резонатором и для фиксации образца в максимуме электрического поля.

2.5.1. Толщина образца диэлектрика должна быть от 1 до 10 мм.

2.5.2. Толщину образца измеряют в семи точках, обозначенных на черт.4, с погрешностью не более ±0,01 мм. При расчете берут среднее арифметическое значение всех измерений.

Черт.4

2.6. Квалитеты точности, классы шероховатости поверхности, степени отклонения от параллельности, цилиндричности, соосности при обработке неорганических и органических материалов выбирают из таблицы.

2.7. Наносить маркировку на поверхность образцов не допускается.

3. СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ

3.1. Средства измерений, используемые для определения диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь, и их основные технические характеристики приведены в справочном приложении 1.

Допускается применять другие средства измерений, работающие в диапазоне частот 0,21 ГГц и удовлетворяющие требованиям п.1.2 и техническим характеристикам, приведенным в справочном приложении 1.

3.2. Поверку средств измерений осуществляют стандартными образцами, аттестованными метрологическими органами Госстандарта в соответствии с ГОСТ 8.274-78.

3.3. Вспомогательные средства измерений и их основные технические характеристики приведены в справочном приложении 2.

4. ПОДГОТОВКА К ИЗМЕРЕНИЯМ

4.1. При проведении измерений измерителем добротности типа ВМ 409G (ВМ 409Е) в комплекте с приставкой ВР 4090 присоединяют их друг к другу в соответствии с требованиями нормативно-технической документации.

4.2. При проведении измерений приборами типов Ш2-4, ИПДП и КР-500 собирают установку, электрическая структурная схема которой приведена на черт.5.

1 - генератор стандартных сигналов; 2 - стабилизатор; 3 - предельный аттенюатор;
4 - частотометр; 5 - развязывающее устройство (аттенюатор); 6 - фильтр нижних частот;
7 - резонатор; 8 - кристаллический детектор; 9 - измерительный усилитель.

Черт.5

4.3. При проведении измерений на измерительной линии собирают установку, электрическая структурная схема которой приведена на черт.6.

1 - генератор сигналов; 2 - развязывающее устройство (аттенюатор, вентиль);
3 - измерительная линия; 4 - индикаторный прибор; 5 - измерительная ячейка ДП.

Черт.6

4.4. Подготавливают к работе основные и вспомогательные средства измерений.

4.5. При проведении измерений соблюдают нормальные условия по ГОСТ 22261-76.

4.6. Перед проведением измерений на приборе типа ИПДП проводят его частотную градуировку.

5. ПРОВЕДЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ

5.1. Относительную диэлектрическую проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь резонансным методам измеряют при помощи измерителя добротности, а также приборов типов ИПДП, КР-500 и Ш2-4.

5.1.1. Измерения при помощи измерителя добротности выполняют в последовательности, приведенной ниже:

устанавливают рабочую частоту измерителя добротности;

помещают образец диэлектрика в измерительную ячейку приставки ВР 4090;

настраивают прибор в резонанс по максимальному отклонению стрелки индикатора;

снимают показания по отсчетному устройству приставки , по шкале измерительного конденсатора и по шкале измерителя добротности ;

вынимают образец и настраивают прибор в резонанс изменением положения подвижного электрода измерительной ячейки;

снимают показания по отсчетному устройству измерительной ячейки и по шкале измерителя добротности .

5.1.2. Измерение при помощи прибора типа ИПДП выполняют в последовательности, приведенной ниже:

устанавливают рабочую частоту генератора при помощи частотомера;

помещают образец диэлектрика в резонатор и настраивают его на рабочую частоту по максимальному отклонению стрелки индикатора;

по отсчетным устройствам снимают показания, соответствующие положению максимума и ширине резонансной кривой на уровне от показания индикатора при резонансе. Положение максимума определяют методом "вилки";

вынимают образец и настраивают резонатор по максимальному отклонению стрелки индикатора;

по отсчетным устройствам снимают показания, соответствующие положению максимума и ширине резонансной кривой на уровне от показания индикатора при резонансе. Положение максимума определяют методом "вилки".

5.1.3. Измерение при помощи прибора типа КР-500 выполняют в последовательности, приведенной ниже:

настраивают прибор в резонанс по максимальному отклонению стрелки индикатора изменением частоты генератора и снимают показания частотомера, соответствующие максимальному отклонению стрелки индикатора и ширине резонансной кривой на уровне от показания индикатора при резонансе ;

помещают в резонатор образец, повторяют операции, перечисленные выше, снимают показания и .

5.1.4. Измерение при помощи прибора типа Ш2-4 выполняют в последовательности, приведенной ниже:

определяют электрическую длину , добротность резонатора , положение максимума и ширину резонансной кривой пустого резонатора;

помещают образец диэлектрика в резонатор и снимают показания, соответствующие положению максимума и ширине резонансной кривой на уровне от показания индикатора при резонансе

.

5.2. Относительную диэлектрическую проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь методом измерений в линиях передач определяют в последовательности, приведенной ниже:

помещают образец диэлектрика в измерительную ячейку ДП и присоединяют ее к измерительной линии;

определяют значение коэффициента стоячей волны напряжения и смещение минимума кривой распределения напряжения ; помещают образец диэлектрика в измерительную ячейку ДП на расстоянии /4 от короткозамыкателя и присоединяют ячейку к измерительной линии;

определяют значение коэффициента стоячей волны напряжения и смещение минимума кривой распределения напряжения вдоль линии .

6. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

6.1. Измерение при помощи измерителя добротности

6.1.1. Диэлектрическую проницаемость для образцов диаметром, равным диаметру электродов, определяют по формуле

, (1)

,

где - толщина образца диэлектрика, см;

- радиус образца, см;

, - расстояние между электродами измерительной ячейки с образцом и без него, см.

6.1.2. Тангенс угла диэлектрических потерь для образцов, равных по диаметру электродам, вычисляют по формуле

, (2)

где

, - добротность резонансной системы с образцом и без него,

- резонансное значение емкости, считываемое по шкале измерителя добротности, пФ,

- круговая частота, Гц,

- индуктивность электродов конденсатора, Гн.

6.2. Измерение при помощи прибора типа ИПДП

6.2.1. Диэлектрическую проницаемость для образцов, равных по диаметру электродам, в случае выполнения условия квазистационарности 0,24 определяют по формуле (1). При несоблюдении условия квазистационарности >0,24 диэлектрическую проницаемость определяют по формуле

, (3)

где - фазовая постоянная, рад/см,

, - функции Бесселя первого рода нулевого и первого порядков.

6.2.2. Тангенс угла диэлектрических потерь вычисляют по формуле

, (4)

где - резонансная частота резонатора с образцом, Гц.

, - ширина резонансной кривой резонатора с образцом и без него, Гц.

Значения , , и определяют по измеренным значениям , , , при помощи градуировочных та

блиц.

6.3. Измерение при помощи прибора типа KP-500

6.3.1. Диэлектрическую проницаемость для образцов диаметром, равным диаметру стержня резонатора, вычисляют по формуле

, (5)

где

,

; ,

, ,

, - диаметры внутреннего и внешнего электродов резонатора, см,

- длина резонатора, см,

- резонансная частота пустого резонатора, Гц.

6.3.2. Тангенс угла диэлектрических потерь вычисляют по формуле

, (6)

где

,

,

, ,

, - ширина резонансной кривой резонатора с образцом и без него, измеренная частотомером, Гц.

6.4. При использовании образцов диаметром, меньшим диаметра электродов или стержня резонатора, диэлектрическую проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь вычисляют по формулам

. (7)

, (8)

где , - значения диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь, рассчитанные по формулам (1), (3) и (5) исходя из предположения, что диаметр образца равен диаметру электродов или стержня резонатора;

- диаметр образца, см;

- диаметр электродов измерительной ячейки и внутреннего электрода тороидального и коаксиального резонаторов, см.

6.5. Измерение при помощи прибора типа Ш2-4

6.5.1. Если образец электрически тонкий, т.е. выполняется условие 0,3, то диэлектрическую проницаемость определяют по формуле

, (9)

а тангенс угла диэлектрических потерь по формуле

, (10)

где - длина резонатора в режиме холостого хода, см,

- смещение максимума резонансной кривой в режиме холостого хода, см,

, - положение максимума резонансной кривой в резонаторе с образцом и без него, см,

, - добротность резонатора с образцом и без него в режиме холостого хода.

6.5.2. Если электрическую толщину образца определяют при условии >0,3, то параметры образца материала определяют из выражения

. (11)

Левую часть выражения рассматривают как табличную функцию . Зная правую часть выражения (12), по таблицам функций находят .

Диэлектрическую проницаемость определяют по формуле

, (12)

а тангенс угла диэлектрических потерь по формуле

, (13)

где , - ширина резонансной кривой резонатора с образцом и без него, см.

6.6. Измерение при помощи измерительной линии

6.6.1. Диэлектрическую проницаемость вычисляют по формуле

. (14)

где , - коэффициент стоячей волны напряжения в режиме короткого замыкания и холостого хода,

, - смещение максимума кривой напряжения в режиме короткого замыкания и холостого хода, см.

6.6.2. Тангенс угла диэлектрических потерь вычисляют по формуле

. (15)

6.7. Диэлектрическую проницаемость и тангенс угла потерь исследуемых образцов определяют как среднее арифметическое результатов трех измерений.

6.8. Результаты измерений оформляют протоколом, в котором указывают полученные значения диэлектрических параметров образцов, доверительные погрешности определения результатов, геометрические размеры образцов, используемые средства измерений и их технические характеристики.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Справочное

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ,
ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ
И ТАНГЕНСА УГЛА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ

ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Справочное

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ

Текст документа сверен по:

М.: Издательство стандартов, 1979