ГОСТ 8.544-86
Группа Т86.8
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР
Государственная система обеспечения единства измерений
ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ
И ТАНГЕНС УГЛА ПОТЕРЬ ТВЕРДЫХ ДИЭЛЕКТРИКОВ
Методика выполнения измерений в диапазоне частот 10
State system for ensuring the uniformity of measurements.
Relative dielectric pernittivity and the loss tangent of solid dielectrics
Procedure of measurements from 10
ОКСТУ 0008
Дата введения 1987-01-01
РАЗРАБОТАН Государственным комитетом СССР по стандартам
ИСПОЛНИТЕЛИ
В.А.Валенкевич (руководитель темы); С.К.Артамонова; Т.В.Отрошок
ВНЕСЕН Государственным комитетом СССР по стандартам
Член Госстандарта Л.К.Исаев
УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 31 марта 1986 г. N 845
ВЗАМЕН ГОСТ 12723-67, МИ 367-83
Настоящий стандарт устанавливает методики выполнения измерений относительной диэлектрической проницаемости
с относительной диэлектрической проницаемостью
с относительной диэлектрической проницаемостью
Относительные погрешности измерения при доверительной вероятности 0,99 не должны превышать:
при использовании метода "вариации длины резонатора";
±1% для
±2% для
±3% для
произведение
при использовании метода "вариации частоты и типов колебаний": ±0,3
1. СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
1.1. При выполнении измерений должны быть применены следующие средства измерений:
генераторы СВЧ типов Г4-78, Г4-79, Г4-80, Г4-81, Г4-82, Г4-83, с диапазоном частот от 1,1 до 10,5 ГГц и нестабильностью частоты выходного сигнала за любые 15 мин работы, не превышающей 3·10
частотомер электронно-счетный типа Ч3-54 с преобразователем ЯЗЧ-57 с диапазоном измеряемых частот 0,7-12 ГГц и относительной погрешностью измерения частоты синусоидальных сигналов, не превышающей ±5·10
аттенюатор волноводный поляризационный типа Д3-33А с погрешностью измерения, не превышающей ±0,1 дБ;
детекторная головка типа Э7-6, КСВН не более 1,5;
ферритовые вентили типа Э6-44, КСВН не более 1,5;
микроамперметр типа М95 по ГОСТ 8711-60, класса точности 1,5;
анализатор спектра типа СЧ-27 с диапазоном частот 0,01-39,6 ГГц;
измерительные ячейки;
типа ОР-2М (справочное приложение 1);
типов ИЯМТ-1К, ИЯМТ-2К (справочное приложение 2);
прижимное устройство (справочное приложение 3).
Примечание. Допускается применять средства измерений, точность которых не менее указанной в стандарте.
2. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ
2.1. Измерения относительной диэлектрической проницаемости
2.2. Метод "вариации длины резонатора"
2.2.1. Метод определения относительной диэлектрической проницаемости
2.2.2. Метод определения тангенса угла диэлектрических потерь
2.3. Метод "вариации частоты и типов колебаний"
2.3.1. Метод измерения относительной диэлектрической проницаемости
2.3.2. Метод измерения тангенса угла диэлектрических потерь
3. ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ
3.1. При выполнении измерений относительной диэлектрической проницаемости
к измерениям допускаются лица, прошедшие инструктаж по технике безопасности при работе с электро- и СВЧ-радиоизмерительными приборами;
корпуса всех приборов, используемых при измерениях, должны быть заземлены;
в помещении, где проводят измерения, не должно быть газов и паров веществ, вызывающих коррозию металлических деталей;
отсоединять шины заземления, подключать или отключать межблочные и соединительные кабели следует только при выключенных приборах.
4. УСЛОВИЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ
4.1. При выполнении измерений должны быть соблюдены следующие условия:
температура окружающей среды, °С | 10-35 | |||
относительная влажность воздуха, % | 80 | |||
атмосферное давление, кПа (мм рт.ст) | 84-106,7 (630-800). |
Изменение температуры в помещении за время измерений не должно превышать ±2 °С.
5. ПОДГОТОВКА К ВЫПОЛНЕНИЮ ИЗМЕРЕНИЙ
5.1. При подготовке к выполнению измерений методом "вариации длины резонатора" должны быть проведены следующие работы:
собирают измерительную установку по схеме, приведенной на черт.1;
Схема установки для измерения относительной диэлектрической
проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь
образцов методом "вариации длины резонатора"
1 - генератор СВЧ типа Г4-83; 2 - ферритовый вентиль типа Э6-44; 3 - волноводный поляризационный
аттенюатор типа Д3-33А; 4 - измерительная ячейка типа ОР-2М; 5 - детекторная головка типа Э7-6;
6 - микроамперметр типа М95 (10 мкА); 7 - электронно-счетный частотомер типа Ч3-54
с преобразователем типа ЯЗЧ-87; 8 - коаксиальный проводник: 9 - волновод
Черт.1
все приборы, входящие в состав установки, подготавливают к работе в соответствии с технической документацией (далее - ТД) на них;
образцы твердых диэлектриков подготавливают к измерениям в соответствии с обязательным приложением 4;
генератор СВЧ настраивают на выбранную частоту диапазона, контроль частоты осуществляют по частотомеру;
измеряют постоянную связи
поршень опускают вниз до упора и, плавно перемещая его вверх, настраивают резонатор в резонанс, по лимбу микрометрической головки поршня с погрешностью ±0,1 мм измеряют резонансную длину резонатора
затем от точки первого резонанса поршень перемещают дальше вверх до получения второго резонанса и измеряют
вычисляют постоянную связи резонатора
где
Примечание. Изменение частоты генератора за время измерений не должно превышать 100 кГц.
5.2. При подготовке к выполнению измерений методом "вариации частоты и типов колебаний" должны быть проведены следующие работы:
собирают измерительную установку по схеме, приведенной на черт.2.
Схема установки для измерения относительной диэлектрической
проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь
образцов методом "вариации частоты и типов колебаний"
1 - набор генераторов СВЧ типа Г4-78-Г4-83; 2 - измерительная ячейка типа ИЯМТ-1К или ИЯМТ-2К;
3 - анализатор спектра типа С4-60 или микроамперметр типа М95; 4 - электронно-счетный частотомер
типа Ч3-54 с преобразователем типа ЯЗЧ-87; 5 - коаксиальный проводник
Черт.2
Примечание. При измерении относительной диэлектрической проницаемости
все приборы, входящие в состав установки, подготавливают к работе в соответствии с ТД на них;
образцы твердого диэлектрика подготавливают к измерениям в соответствии с обязательным приложением 5.
6. ВЫПОЛНЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ
6.1. При выполнении измерений относительной диэлектрической проницаемости
настраивают резонатор в резонанс (объем резонатора максимален);
измеряют резонансную длину резонатора без образца
помещают в резонатор образец диэлектрика;
перемещают поршень резонатора плавно до настройки в резонанс;
измеряют резонансную длину резонатора с образцом
вычисляют смещение
Примечание. Измерения проводят не менее шести раз, поворачивая после каждого измерения образец вокруг оси на 60°;
вычисляют среднее арифметическое из результатов измерений.
6.2. При выполнении измерений тангенса угла диэлектрических потерь
настраивают резонатор в резонанс;
устанавливают при помощи аттенюатора уровень сигнала на индикаторе выходного уровня; показания индикатора должны составлять не менее 50% его шкалы;
отсчитывают введенное затухание
помещают в резонатор образец диэлектрика;
настраивают резонатор в резонанс, плавно перемещая поршень;
уменьшают ослабление, введенное аттенюатором, до тех пор, пока показания индикатора не станут такими же, как до введения образца;
отсчитывают показания аттенюатора
вычисляют ослабление, вносимое образцом диэлектрика в измерительный тракт по формуле
Примечание. Измерения проводят не менее шести раз, вычисляют среднее арифметическое из результатов измерений.
6.3. При выполнении измерений относительной диэлектрической проницаемости
помещают образец диэлектрика в измерительную ячейку, наложив на торцевые поверхности ячейки электроды из фольги, резиновые прокладки, крышки;
устанавливают ячейку на платформу прижимного устройства и создают давление на крышку ячейки не менее 4·10
включают ячейку в измерительную установку, подключив генератор, позволяющий проводить измерения на нижней частоте диапазона измерительной ячейки;
перестраивают частоту генератора, начиная с нижних частот до получения сигнала на индикаторе выходного уровня.
Примечание. Если в диапазоне частот генератора резонанса нет, применяют генератор следующего диапазона:
определяют резонансную частоту
измерения проводят не менее трех раз;
вычисляют среднее арифметическое, округляя результат до ±0,5 МГц:
рассчитывают
где
зная относительную диэлектрическую проницаемость
где
определяют резонансные частоты
вычисляют среднее арифметическое из результатов измерений;
рассчитывают
Примечания:
1. Измерения следует проводить только на тех частотах, в окрестности которых в пределах 20-30 МГц отсутствуют другие резонансы.
2. Если значение относительной диэлектрической проницаемости
6.4. При выполнении измерений тангенса угла диэлектрических потерь
измеряют резонансные частоты, соответствующие типам колебаний
изменяя частоту генератора в большую и меньшую стороны от
определяют частотную ширину резонансной кривой
измерения проводят не менее трех раз, вычисляя среднее арифметическое значение резонансной частоты
рассчитывают нагруженную добротность ячейки по формуле
а тангенс угла диэлектрических потерь по формуле
где
1,3 - коэффициент добротности, определяется как отношение нагруженных добротностей резонатора, заполненного диэлектриком, с металлическими крышками и электродами из фольги.
7. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ
7.1. При использовании метода "вариации длины резонатора" относительную диэлектрическую проницаемость
где
где
7.2. При использовании метода "вариации длины резонатора" тангенса угла диэлектрических потерь
где
где
где
Отношение потерь вычисляют с точностью до трех значащих цифр по формулам:
где
Примечания:
1. Радиус резонатора
2. При оценочных измерениях тангенса угла диэлектрических потерь
3. При измерениях тангенса угла диэлектрических потерь
Программа расчета относительной диэлектрической проницаемости
7.3. При использовании метода "вариации частоты и типов колебаний" относительную диэлектрическую проницаемость
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Справочное
Измерительная ячейка типа ОР-2М
1 - основание; 2 - микрометрическая головка; 3 - поршень; 4 - образец диэлектрика;
5 - фланец; 6 - резонатор; 7 - поглотитель; 8 - волновод; 9 - отверстия связи
Диапазон измеряемых значений относительной диэлектрической проницаемости
произведение
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Справочное
Измерительная ячейка типа ИЯМТ
1 - корпус ячейки; 2 - электрод из фольги; 3 - резиновая прокладка; 4 - крышка;
5 - коаксиальный разъем; 6 - возбуждающий элемент; 7 - образец диэлектрика
Технические характеристики ячеек ИЯМТ
Тип ячейки | Размеры ячейки, мм | Диапазон измеряемых относительных диэлектрических проницаемостей | |
Диаметр | Высота | ||
ИЯМТ-1К | 50 | 10 | От 2 до 4 |
ИЯМТ-2К | 14 | 10 | От 4 до 40 |
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
Справочное
Прижимное устройство
1 - основание; 2 - часовой индикатор; 3 - платформа; 4 - плавающая прижимная платформа; 5 - ручка управления; 6 - винтовая пара; 7 - корпус
ПРИЛОЖЕНИЕ 4
Обязательное
ПОДГОТОВКА ОБРАЗЦОВ ДИЭЛЕКТРИКОВ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ МЕТОДА "ВАРИАЦИИ ДЛИНЫ РЕЗОНАТОРА"
1. Образец диэлектрика должен быть выполнен в форме диска диаметром 50
2. Отклонение от параллельности торцов образца не более 0,03 мм, отклонение от перпендикулярности боковой поверхности к торцу не более 0,05 мм.
3. Высоту образца
где
Высоту образца можно округлить до целого числа, но не более чем на ±
Предпочтительнее для измерений использовать образцы диэлектриков с таким значением
Примечания:
1. Предварительное измерение можно проводить на образцах толщиной 1-2 мм.
2. Высоту образца измеряют в десяти точках, указанных на чертеже с погрешностью не более ±0,01 мм. Вычисляют среднее арифметическое значение этих измерений.
4. Обработка образцов не должна изменять свойств материала. Способ обработки должен быть указан в НТД на материал.
5. Нормализация и кондиционирование образцов - по ГОСТ 6433.1-71.
ПРИЛОЖЕНИЕ 5
Обязательное
ПОДГОТОВКА ОБРАЗЦОВ ДИЭЛЕКТРИКОВ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ
МЕТОДА "ВАРИАЦИИ ЧАСТОТЫ И ТИПОВ КОЛЕБАНИЙ"
1. Образец твердого диэлектрика должен быть выполнен в форме диска с размерами, указанными в таблице.
Тип ячейки | Относительная диэлектрическая проницаемость образца | Размеры образца, мм | |
Диаметр | Высота | ||
ИЯМТ-1К | От 2 до 4 | 50 | 10 |
ИЯМТ-2К | От 4 до 40 | 14 | 10 |
2. Отклонение от параллельности торцев образца - не более 0,03 мм, отклонение от перпендикулярности боковой поверхности к торцу - не более 0,03 мм, микронеровности на торцевой поверхности образца - не более 0,5 мкм.
3. Высоту образца измеряют не менее чем в десяти точках, равномерно распределенных по поверхности образца.
4. Диаметр образца измеряют не менее чем в шести направлениях, расположенных под одинаковыми углами по отношению друг к другу.
5. Обработка образцов не должна изменять свойств материала. Способ обработки должен быть указан в нормативно-технической документации на материал.
6. Нормализация и кондиционирование образцов по ГОСТ 6433.1-71.
ПРИЛОЖЕНИЕ 6
Справочное
Значения корней функции Бесселя
Корень функции Бесселя | Тип колебаний | Численное значение корня |
2,40483 | ||
3,83171 | ||
5,13562 | ||
5,52008 | ||
6,38016 | ||
7,01559 | ||
7,58834 | ||
8,41724 | ||
8,65373 | ||
8,77142 | ||
9,76102 | ||
10,1735 |
ПРИЛОЖЕНИЕ 7
Справочное
ПРОГРАММА РАСЧЕТА ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ
DIMENSION E (2 | |
INTEGER Q | |
Р=3.1415927 * 2. | |
READ (5,91) R, AL1, AL2, Q | |
91 | FORMAT (3F7.2,15) |
PRINT 92, R, AL1, AL2, Q | |
92 | FORMAT (2X, 2HR=, F6.2,5 H AL1=, F6.2,5 H AL2=, F6.2,4 H Q |
PRINT 93 | |
93 | FORMAT (2X, 3 |
1 | READ (5,94, END=77777) D, AL |
94 | FORMAT (7F9.3) |
PRINT 95, D, AL | |
95 | FORMAT (2X, 3H D=,F7.3,5H AL |
F7.3, * 5H AN | |
PRINT 96 | |
96 | FORMAT (2X, 25 (2H - - ) ) |
AL=AL | |
B | |
CPL=1.64 * R | |
AM= | |
AK=AM/(SQRT (AL1/AL2)-1)-2.*(AM+1.) | |
P2=ALE/R* (BLB/CPL)**2 | |
R3=AL | |
BL=BLB/SQRT (1+(BLB/СPL)**2) | |
Z=P* | |
Y=B | |
Y=SIN (Y)/(B | |
M= | |
2 | M=M+1 |
IF (M.LE.5 | |
PRINT 97 | |
97 | FORMAT (2X, 13HEPS.LT.EPSMAX) |
GO TO 1 | |
3 | Z=Z+P/2. |
X1=Z | |
Y1=(SIN (X1)/COS (X1))/X1 | |
IF (Y1.LE.Y) GO TO 5 | |
4 | Y2=Y1 |
X2=X1 | |
X1=X2-1.E-1 | |
Y1=(SIN (X1)/COS (X1))/X1 | |
IF (Y1.LE.Y) GO TO 6 | |
GO TO 4 | |
5 | X2=X1+1.E-1 |
Y2=(SIN (X2)/COS (X2))/X2 | |
IF (Y2.GT.Y) GO TO 6 | |
X1=X2 | |
Y1=Y2 | |
GO TO 5 | |
6 | DO 8 1=1,2 |
Х=(Х1+Х2)* | |
YY=(SIN (X)/COS (X))/X | |
IF (YY.GT.Y) GO TO 7 | |
Y1=YY | |
X1=X | |
GO TO 8 | |
7 | Y2=YY |
X2=X | |
8 | CONTINUE |
E (M)=(BL/CPL)**2+(X*BL/(P*D))**2 | |
AN2=(X/(B | |
TG2=(SIN (X)/COS (X))**2 | |
AF=(AN2+TG2)/(1.+TG2-YY) | |
P1=AN2*(1.+TG2)/(AN2+TG2) | |
AF=(1.+ P1+P2+AK)/(2.+ P3+AK) | |
AN = AN | |
TGD (M)=AF*AL | |
IF (E (M).LT.EMAX) GO TO 2 | |
M=M-1 | |
PRINT 98, (E (I), I=1, M) | |
PRINT 99, (TGD (I), I=1, M) | |
98 | FORMAT (6X, 5HE (I)=, 1 |
99 | FORMAT (6X. 7HTGD(I)=, 1P1 |
PRINT 93 | |
GO TO 1 | |
77777 | CONTINUE |
STOP | |
END |
1. Описание задачи
Предложенная программа вычисляет значения относительной диэлектрической проницаемости
2. Описание программы
Программа написана на алгоритмическом языке ФОРТРАН и реализована на ЕС ЭВМ.
В программе используются следующие стандартные функции:
SQRT - вычислить корень квадратный вещественного аргумента;
SIN - вычислить синус угла (вещественный аргумент в радианах);
COS - вычислить косинус угла (вещественный аргумент в радианах).
За один проход программа обсчитывает одно измерение. Трансляция и редакция программы осуществляются за 11, 16 с, обработка одного измерения осуществляется за 0,78 с.
3. Сообщения об ошибках
Программа сообщений об ошибках не вырабатывает.
4. Входные данные
Входные данные вводятся по форматам, указанным в программе.
На входе задаются:
R - радиус резонатора
AL1, AL2 - показания индикатора
Q
D - толщина образца диэлектрика
AL
ALE - резонансная длина резонатора с образцом диэлектрика
BLB - длина волны в резонаторе
AN
ЕМАХ - предполагаемая максимальная относительная диэлектрическая проницаемость
1-я карта вводит величины R, AL1 AL2 по формату 7.2, величину Q
2-я карта и следующие за ней вводят величины D, AL
См. пример распечатки входных данных программы.
5. Карты управления
Для работы программы необходимо составить следующее задание, выполняющее трансляцию с языка ФОРТРАН, редакцию и вычисление.
// имя задания JOB параметры | |
// EXEC FORTHCLG | |
// FORT.SYSIN DD* | |
текст программы | |
/* | |
// GO.SYSIN DD* | |
исходные данные | |
/* | |
// |
6. Входные данные
В результате работы программы на печать выводятся все входные величины и результаты расчета:
Е (I) - относительная диэлектрическая проницаемость
TGD (I) - тангенс угла диэлектрических потерь
См. пример распечатки выходных данных программы.
Примечания:
1. Если высота образца выбрана так, что
2. При
Пример распечатки входных данных программы
+
+
+
Пример распечатки выходных данных программы
R=25.
* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
D=12.3
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
E (I)=2.2868
TGD (I)=2.
* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
D=5.26
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
E (I) =9.75
TGD (I)=1.54Е-
* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
D=3.599 AL
2
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
E (I)=19.2822
TGD (I)=7.49E-
* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
Текст документа сверен по:
М.: Издательство стандартов, 1986