Товары в корзине: 0 шт Оформить заказ
Стр. 1
 

25 страниц

456.00 ₽

Купить ГОСТ 27496.2-87 — официальный бумажный документ с голограммой и синими печатями. подробнее

Официально распространяем нормативную документацию с 1999 года. Пробиваем чеки, платим налоги, принимаем к оплате все законные формы платежей без дополнительных процентов. Наши клиенты защищены Законом. ООО "ЦНТИ Нормоконтроль".

Наши цены ниже, чем в других местах, потому что мы работаем напрямую с поставщиками документов.

Способы доставки

  • Срочная курьерская доставка (1-3 дня)
  • Курьерская доставка (7 дней)
  • Самовывоз из московского офиса
  • Почта РФ

Устанавливает методики определения относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь, а также таких имеющих к ним отношение показателей, как коэффициент диэлектрических потерь твердых и жидких или плавких электроизоляционных материалов в микроволновом диапазоне частот, при помощи резонансных методов.

  Скачать PDF

Ограничение срока действия снято: Протокол № 4-93 МГС от 21.10.93 (ИУС 4-94)

Оглавление

1 Область распространения

2 Введение

3 Испытательная аппаратура

4 Испытываемые образцы

5 Методика измерения

6 Оценка результатов

7 Протокол испытания

Приложение А Резонаторы

Показать даты введения Admin

УДК 621.315.61.019.3:006.354    Группа    Е39

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ

ГОСТ 27496.2-87 (МЭК 377—2—77)

Методы определения диэлектрических свойств на частотах свыше 300 МГц.

Резонансные методы

Electrical insulating materials. Methods for determination of the dielectric properties at frequencies above 300 MHz. Resonance methods

ОКСТУ 3490

Срок действия с 01.01.90 до 01.01.95

Несоблюдение стандарта преследуется по закону

1. ОБЛАСТЬ РАСПРОСТРАНЕНИЯ

Настоящий стандарт устанавливает методики определения относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь, а также таких имеющих к ним отношение показателей, как коэффициент диэлектрических потерь твердых и жидких или плавких электроизоляционных материалов в микроволновом диапазоне частот, при помощи резонансных методов. Описанные ниже методы относятся прежде всего к образ* цам с низкими потерями.

2. ВВЕДЕНИЕ

Измерительные методы, которые будут описаны в стандарте* подразумевают использование резонансной аппаратуры. Такая аппаратура состоит, в основном, из отрезка передающей линии с определенной площадью поперечного сечения, короткозамкнутой с двух сторон на длине, краткой половине длины рабочей волны. Когда образец помещают в резонатор, то длина рабочей волны изменяется. Сдвиг частоты или изменение длины, соответственно требующиеся для установки резонанса, а также связанное с этим изменение коэффициента являются критериями диэлектрических свойств испытываемого образца.

Особым преимуществом резонансных методов по сравнению с другими испытательными методами является использование чрезвычайно высоких показателей коэффициента Q без нагрузки, которые можно получить за счет использования соответствующей

Издание официальное    Перепечатка    воспрещена

ГОСТ 27496.2-87 (МЭК 377-2-77) С. 2

формы волны и соответствующей конструкции, что позволяет из-мерять очень низкие значения тангенса угла диэлектрических потерь. Таким образом, чтобы использовать преимущества этого метода, резонатор конструируют применительно к конкретным условиям и цели измерения (частота, форма и диэлектрические свойства образца). Во избежание получения сомнительных результатов необходимо тщательное изучение конфигурации полученного поля. Следовательно, резонансная аппаратура будет узкополосным прибором с результирующей испытательной частотой, зависящей от размеров, формы, диэлектрических свойств и расположения испытываемого образца внутри резонатора.

Общераспространенными являются следующие типы резонаторов:

Тип резонатора

Диапазон

частоты

Форма

образца

Примечания

Приложение

Проходной

100 МГц—1 ГГц

Диск

гг<10

••

А.1

Коаксиальный

1 ГГц—3 ГГц

Трубка

А.2

Объемный

(закрытый)

1 ГГц—30 ГГц

Диск,

стержень

А.З

«Открытый»

>3 ГГц

Диск

ег>5

А.4

Оптический

>30 ГГц

Пластина,

лист

А.5

Примечание. Предельные значения частоты и диэлектрической проницаемости являются лишь приблизительными и могут быть превышены, если может быть допущено снижение чувствительности по тангенсу угла диэлектрической проницаемости (см ГОСТ 27496 1—87 разд. 4).

Типы резонаторов, принцип работы, а также оценка результатов измерения описываются в Приложении А.

3, ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ АППАРАТУРА (см. черт. 1)

3.1. Генератор, обеспечивающий заданную частоту при достаточном уровне мощности. Частота должна настраиваться или вручную, или автоматически (источник с касающейся частотой) в требуемом частотном диапазоне.

Примечание. Генераторы с качающейся частотой, которые используются с индикаторными устройствами (см. п. 3.2.2), очень удобны для быстрых измерений. Необходимо соблюдать осторожность, чтобы на форму резонансной кривой не повлияли чрезмерно высокие скорости качания.

17

При этом очевидно, испытательная частота зависит от размеров резонатора и образца и от его диэлектрической проницаемости В то же время во втором случае резонатор можно настроить на желаемую испытательную частоту Оценка полученных данных аналогична методам оценки резонансной линии (см Публикацию МЭК 377—3 — в стадии рассмотрения)

А23 Конструкция

Коаксиальные резонаторы со стандартными волновыми сопротивлениями и внешними диаметрами проводника выпускаются промышленностью (так называемая «беспазовая секция») Их предельная низкая частота определяется пршибом центрального проводника, в то время как верхний предел частоты определяется, в первую очередь, включающейся частотой волны типа Н (ТЕп)

\    лГ

^■mln—2 У £г »

ограничивая, таким образом, внешний диаметр проводника d0 при заданной относительной диэлектрической проницаемости ег образца Другие пределы, влияющие на точность метода,—это механические допуски, с которыми изготовляется образец, чтобы соответствовать резонатору, а также воспроизводимость настройки скользящего закорачивателя в настраиваемом резона торе

А2 4. Испытываемый образец

Испытываемый образец должен быть механически обработан таким об разом, чтобы он соответствовал сечению резонатора с допуском +0,005 мм Передняя и задняя поверхности образца должны быть отрезаны перпендикулярно его оси с точностью до 0,05° Наилучшие результаты получают при использовании образцов, длина которых является целой кратной 7г длины волны

Рекомендуется металлизация контактных поверхностей при помощи соответствующего стандартного метода А25 Оценка результатов А2 5 1 Показатели, подлежащие измерению

а)    настраиваемый резонатор длина образца ls,

частота резонанса /г или соответствующая длина волны Xgr, настройка резонанса у резонатора под нагрузкой /l,

полуширина резонансной кривой у резонатора под нагрузкой blLt

настройка резонанса у пустого резонатора

полуширина резонансной кривой у пустого резонатора 6/и,

б)    резонатор с постоянной настройкой длина резонатора /г,

частота резонанса резонатора под нагрузкой fL*

полуширина резонансной кривой у резонатора под нагрузкой 6/L,

частота резонанса пустого резонатора fu,

полуширина резонансной кривой у пустого резонатора б/и

А2 5 2 Расчеты и результаты

(10)

Sln rc/Qm У 1+Sin2 Jt/QLu

где L и и относятся соответственно к резонаторам с нагрузкой и без на гр>зки Если ^/Ql „^0,1, то

mLu =KIQla •    (10а>

(П)

В первом приближении и при тангенсе угла диэлектрических потерь tg6^10~3, результирующий коэффициент, который должен использоваться в последующих уравнениях, рассчитывается по формуле

т=т^—»

ГОСТ 27496.2-87 (МЭК 377—2—77) С. 12


Тогда

J_ (1-и°) tg рД/—j т (l+tg» PAQ _ th Ts/s _ th £

p/s '    l+«2    tg2    Ts/s    г    ’    (    }

где ii=ai+yP?-

а) Д/ — изменение длины, требующееся для восстановления резонанса после извлечения образца при фиксированной испытательной частоте /г.

лА,.    2 л

б) Д/=/в—/г=/8    ■ и     ,

1    А1


где л — целое число;

%и и %l — длины волн для настройки в резонанс соответственно пустого и нагруженного резонатора.

Для т^0,1 уравнение (12) можно разбить на действительную и мнимою части, получив:


1

V

tg рд/=


Iff Ps^s Ps^s


tg X X


и



m (l+tgsp д/)


l+X


tg X X


2 __ tg X X


(13)

(14)


Следовательно:


hx Y

■271 /s J


2


(15)


//

Г


2as x

4



=2 as p.


»

2

г


(1C)


tgS=


2cts

Ps


2m [l+(P/s)2 (-^^j


(17)


th £ tg x

Для какого-то определенного значения функций - и    —1- ,    которые


внесены в таблицы, существует неопределенное количество значений и х соответственно из которого необходимо выбрать одно правильное. Выбор облегчается, если известно приблизительное значение относительной диэлектрической проницаемости.


АЗ. Объемный (закрытый) резонатор

А3.1, Объемные резонаторы используются в диапазоне частот 1—30 ГГц. Они пригодны для испытания твердых образцов в виде дисков и стержней, а также жидких образцов при условии, что используется соответствующий тип

27


волны, для которой с достаточной точностью могут быть решены уравнения Максвелла, и что этот тип волны сохраняется после удаления образца. Погрешности могут возникать в результате изменения типа волны или существующего вырождения; следовательно, в конструкции объемных резонаторов большое значение имеет тщательное изучение конфигурации поля и рациональной конструкции соединительных элементов. Рекомендуется пользоваться диаграммой типов волн (см, черт. 4).

Примечания:

1. Для выключения или расстраивания ненужных колебаний можно использовать регистры.

2 TMoio — резонаторы лучше всего подходят для измерения в диапазоне частот 1—10 ГГц, тогда как выше 10 ГГц желательно использование резонаторов ТЕ0|.

АЗ 2. Принцип работы

Возможные типы работы-

а)    с образцом в форме диска (см черт 5а), заполняющим сечение резонатора на часть его длины, длина волны меняется только на участке, где имеется образец в результате измерения диэлектрической проницаемости. По основным параметрам этот тип работы не отличается от типа работы коаксиальных резонаторов, описанных в пп. А 2 2, А 2 4, А 25 1, поэтому следует делать ссылку на эти пункты.

Примечание Проблема подгонки значительно уменьшается, если использовать волну типа Н-ТЕоп;

б)    с образцами в форме стержня (см черт 56) диаметром d8, который меньше диаметра полости d0> но заполняет резонатор по всей его длине; длина волны волновода меняется в зависимости от существующей конфигурации электрического поля, коэффициента заполнения образцом и его диэлектрической проницаемости Таким образом, диэлектрическая проницаемость образна определяется в результате решения уравнений Максвелла для этого не-отнородного пространства Вообще эти резонаторы имеют фиксированную тину

Примечания

1    Если диаметр образца представляет собой значительную часть потовины тшы ращатьнои во шы, то рекомендуется использование волны типа Н-ТЕоп, так как эти типы волн сравнительно не чувствительны к точности соответствия между длиной образца и длиной резонатора.

Внимание. Во избежание погрешностей в результате колебаний более высокого порядка внутри образца диаметр образца дочжен быть выбран таким образом, чтобы исключить любую распространяющуюся внутри него волн\ при испытательной частоте

2 Образцы с малым диаметром по сравнению с половиной длины радиальной во шы мшут вводиться в по юсть через небольшие отверстия в центре передней стороны резонатора, устраняя необходимость потгонки дайны образца. В этом стучае следует использовать волну типа Е-ТМ0ц

АЗЗ Конструкция

Для испытаний материалов интерес представляют лишь типы волн (см ч^рт 6), имеющие аксиааьную симметрию, например, TE0ni и ТМц Опре-/еаенныи тип волны и размеры резонатора выбираются прежде всею с точки зрения оптимальной эффективности работы (см черт 6 и 7) и формы испытываемого материала, его количества и свойства Другие соображения заключаются в следующем

28

Диаграмма типов волн (/0*^о)2=/ (К) первых четырех резонансов из самых низких 10 типов волн для цилиндрического резонатора, (из статьи W Otto, Nachrichten techmk 10 (1960) Б. 266)


<s

Черт. 4


О

о

н

to

СО

05

to


00

“ч!


3

О)

*

со

•*■4


to


•-J

-4


о


С. 15 ГОСТ 27496.2-87 (МЭК 377—2—77)


Закрытый резонатор

с волной типа TEqj


Закрытый резонатор с волной типа Е=ТМ0 j0

1 — образец, 2 — петли связи 6

Черт. 5


30


Со


Мгновенная конфигурация поля и выключающая длина волны некоторых типов волн низкой частоты цилиндрического резонатора









Черт. 6


Тип

A Ida

волны

cQ

Ни

1,70627

Koi

1,30838

Ня

1,02862

Ец \ Hot /

0,81989

^31

0,74778

0,61172

H41

0,59070

Н12

0,58026

^02

0,56012

Eoi

0,49239

Hbi

0,48968

Ц22

0,46846

El2 1 H021

0,44781


ГОСТ 27496.2-87 (МЭК 377-2—77) С. 16


Коэффициент формы волны Q— для различных волн типов Е,тп и Н1гап в цилиндрических закрытых резо

17 ГОСТ 27496,2—87 (МЭК 377

Со

f-O

наторах в зависимости от    ,    глубины    проникновения    в    результате    скин-эффекта    (из    статьи    W    Otto

Nachrichtentechnik 10 (1960) Б. 226)

Тип Eimn

Тип Нц

Черт, 7

ГОСТ 27496.2-87 (МЭК 377—2—77) С. 18

а) воаны типа Н предпочтительны с настраиваемыми резонаторами, так как они устраняют необходимость в контактных плунжерах, повышая, таким образом, коэффициент точности и воспроизводимость настройки Далее, они позволяют использовать круглые отверстия для Введения образцов, концентрические с осью резонатора, которые не ухудшают электрических свойств, поскольку линии тока лишь круговые

Примечания

J Волна типа Н ТЕ01 имеет важное качество — затухание снижается о частотой, поэтому она особенно полезна при высоких частотах

2 Чтобы потавить нежелательную волну ТМп, которая вырождается с волной ТЕШ и может снизить Qu без нагрузки, отдельная верхняя пластина резонатора может быть изолирована от протекания постоянною тока в резонаторе;

в) волны типа Е-TMon могут быть использованы лишь в плоскопараллельных резонаторах, обеспечивая исключительно надежную работу Таким образом, требуется относительно малое количество испытываемого материала Серьезным недостатком этих типов волн, однако, является сильная зависимость результатов от надежности контакта между образцом и резонатором Поэтому использование этих типов волн ограничивается типами TM0i о

Примечания:

\ Во избежание ухудшения работы ТМ-резонаторов края отверстий должны совпадать с узловыми линиями тока или магнитного поля (если не используются очень тонкие образцы)

2, ТМ-резонаторы можно использовать для определения диэлектрических свойств машитных материалов без внешнего поля смещения, если диаметр образца будет достаточно малым

А 34 Испытываемый образец

Испытываемый образец должен соответствовать применяемому методу (см п А 3 2) Металлизация требуется лишь на контактных поверхностях, которые пересекаются линиями электрического поля, тес волнами типа Е, Жидкости можно испытывать в соответствии с методом а, установив резонатор вертикально с точностью 0,05°, или в соответствии с методом б> применив в качестве испытательной ячейки тонкостенную трубку с низким тангенсом угла диэлектрических потерь Наличие испытательной ячейки может быть причиной повторения испытаний с использованием трубок с равным диаметром, но с различной толщиной стенок и экстраполирование на нулевую толщину. А35 Оценка результатов А 3 5 1 Показатели, подлежащие измерению

Метод а Образцы в форме диска- заполняющие сечение резонатора Помимо показателей, перечисленных в п А 25 1, требуется диаметр do — резонатора

Метод б Образцы в форме стержней Помимо показателей, перечисленных в п А 25 1, требуются диаметры dQ — резонатора и ds — образца А 3 5 2 Расчеты и результаты

Примечание После чующие расчеты действительны лишь дтя образцов с низкими потерями

а) Образцы в форме дисков, волны типа ТЕ

1

Можно использовать уравнения (10) — (14), если включить истинную дчи-ну волновода Kg Если измерить частоту /, то длина волновода пустого резонатора 6} дет

(18)

33

где /с—граничная (критическая) частота применяющегося типа волны. /с является функцией диаметра резонатора dQ и относится к граничной длине волны %с следующим образом.


/с—


Уравнения (15) и (16) следует заменить на


£г =


aol л 2 к L


+

'0L


(19)


2 ах


4)L


(20)


где Яоl — это длина волны в свободном пространстве при частоте резонанса fb'tgb рассчитывается по формуче

Ег"

tg    •

Для образцов с очень низкими потерями (tg6^10~3) следует пользоваться другой формулой для тангенса угла диэлектрических потерь, в которой учитываются распределенные потери резонатора и изменение конфигурации поля после внесения образца.

Волна типа Н-ТЕот


t g



. /ц .    1

U Qa


г


+tg;


X


1+tg2 *


Qu

Ql


Г]


(Па)


где


P's I


■+


2/,


Н-(Угг) +tg2 л- d°



т):


p/s


2-f


2/ц_

dQ


h у

9


б) Образцы в форме стержней, волна типа Е-ТМою-Примечания:

1. Следующие уравнения действительны для образцов диаметром


ds<£0,255—-, давая относительную погрешность в относительной диэлек-

У‘.

Лег

трической проницаемости порядка -<1%    и    в    тангенсе    угла    диэлек-


Д tg Ъ

трических потерь порядка    ——^    яг 10 % *,


где


ег=1+--


t


tgb=


и--


er F2


ГОСТ 27496 2—87 (МЭК 377—2—77) С 20


h ( р0 2 )


dp

d*


в —

Ро 2


Jq (Ро


do


(21)


h Pc


d<


+F4*t-D


h* P


1 +


■VP


ds

_2_ d,


■ Ql Q'


(22)



a IJt I, Vo — функции Бесселя и Ноймана соответственно нулевого и первого

порядка

2. Потери резонатора и изменение конфигурации поля принимаются во внимание в уравнении (25).

А4 «Открытый» резонатор

А4 1 Открытые резонаторы используются при частотах выше ЗГГц Они пригодны лишь для твердых образцов с низким тангенсом угла диэлектрических потерь

А 42 Принцип работы

Образец в форме стержня или диска используется как секция (диэлектрическою) волновода короткозамкнутого с двух сторон при помощи плоских металлических пластин (см. черт. 8). Таким образом, диэлектрическую проницаемость можно рассчитать как функцию длины короткозамкнутой цепи (равной длине образца) и измеренной частоты резонанса.


35


С. 3 ГОСТ 27496.2-87 (МЭК 377—2—77)


5    6    5



9


W

Установка для резонансных испытаний принципиальная схема

/

1—микроволновый генератор; 2 — изолятор; 3—направленный ответвитель; 4 — аттенюатор; 5 — настраивающий прибор; 6 — полость резонатора; 7 — детектор (осциллоскоп); 8 — частотомер, 9 — модулятор частоты; 10—выходной стабилизирующий контур


Черт, 1


Выходная мощность должна быть переменной. Желательно иметь средства автоматического контроля уровня.

Примечания;

1.    Настраиваемые вручную генераторы для испытаний с фиксированной частотой должны обладать достаточной стабильностью работы. Стабильность частоты в пределах одной миллионной части или меньше обычно бывает достаточной.

2.    Во избежание затягивания частоты рекомендуется включать изолятор или фиксированный аттенютор между генератором и схемой.

Во избежание ложных резонансов содержание гармоник должно быть менее 1%.

3.2. Детектор достаточной чувствительности при испытательной частоте. С генераторами с ручной или автоматической настройкой используются различные типы детекторов.

3.2.1. Детекторы для измерений с фиксированной частотой должны обладать достаточной стабильностью работы. Можно использовать: детекторные вольтметры с усилением или без него, либо приемные устройства, настроенные на микроволновую частоту или низкочастотную модуляцию выхода генератора с автоматическим контролем частоты или без него.

Примечания:

1. Вообще удобны широкополосные детекторы, так как их не надо настраивать на генератор, а у резонансного устройства достаточно высокая избирательная способность по отношению к внешним микроволновым помехам.


Однако следует иметь в виду, что уровень на входе детектора довольно низ 18


Открытый резонатор

/ — образец, 2 — замыкающие пластины; 3 — зажим; 4 — от генератора;

5—к генератору

Черт. 8

В основном используются волны типа H-TE0ni. Преимущество открытых резонаторов по сравнению с объемными, описанными в п. АЗ, заключается в том, что при условии использования достаточно больших замыкающих пластин, обеспечивающих низкие радиальные потери, величины Q получаются высокими, так как токовые потери проявляются только в замыкающих пластинах.

Примечание. Минимальный диаметр dQ замыкающих пластин в основном зависит от высоты hs образца и от индекса 1 использующегося типа волны. Вообще d^7hs оказывается достаточным.

По сравнению с методами 36 и 4 в данном случае можно получить более высокий коэффициент заполнения, обеспечивающий повышение чувствительности.

Существуют проблемы, связанные с определением подлинного значения коэффициента Qu без нагрузки, который можно рассчитать только при правильном возбуждении заданного типа волны.

А 4.3. Конструкция

В состав открытого резонатора входят следующие элементы:

а)    две замыкающие пластины, имеющие гладкую отполированную поверхность, обращенную в сторону образца, и диаметр do примерно в 7 раз больше высоты образца hs\

б)    образец;

в)    два соединительных элемента, обеспечивающие требующийся тип работы и позволяющие осуществлять настройку связи с образцом;

г)    крепление для сборки и фиксирования деталей.

А 4.4 Испытываемый образец

Испытываемый образец представляет собой цилиндр с круглым сечением, причем его высота меньше, чем половина предполагаемой длины резонансной волны в воздухе. Плоские поверхности должны быть ровными и параллельными в пределах до 0,05°.

А 4.5. Оценка результатов

А 4.5.1. Показатели, подлежащие измерению

Диаметр d, и высота ha образца,

36

ГОСТ 27496.2-87 (МЭК 377—2—77) С. 4

кий, а экранирование эффективное на микроволновых частотах может

оказаться недостаточным на низких частотах; поэтому там, где имеются по-мехи, настроенное приемное устройство может оказаться незаменимым.

В любом случае необходимо соблюдать осторожность и исключить соединение с землей, которое может возникнуть во время подсоединения электронного оборудования и экранов соединительных волноводов.

2. Предпочтение отдается приемному устройству, показывающему кратное от двух сигналов: одного — идущего от резонатора и другого — полученного от генератора, так как при этом исключаются ошибки, обусловленные изменениями мощности на выходе генератора.

3.2.2. Индикаторные устройства используются при измерениях с качающейся частотой. Так как при этом показывается лишь детектированный выходной сигнал резонатора, то можно использовать любой осциллограф общего назначения, обладающий достаточной чувствительностью.

Примечание.    Предпочтение отдают двухлучевому    осциллографу

(чередующийся способ работы), так как при этом исключаются ошибки, обусловленные колебаниями на выходе генератора.

3.3.    Частотомер с достаточно избирательной способностью в диапазоне рабочих частот.

3.4.    Эталон затухания 3 дБ или переменный стандартный аттенюатор.

3.5.    Резонатор, работающий при требуемой частоте.

Примечание. Промышленность может не выпускать резонансный прибор, при помощи которого можно было бы получать оптимальные результаты при произвольно выбранной программе испытаний. Поэтому представляется полезным дать некоторые общие указания по конструкции таких резонаторов (Приложение А):

а)    для облегчения машинной обработки с требующейся точностью предпочтение оказывается резонаторам с круглым сечением;

б)    при испытании материалов исключительно используемой волны осевой симметрии. Следовательно, при использовании волн типа Н (ТЕМ и ТЕ0 тп) резонаторы с соотношением длины к диаметру, близким к единице, являются оптимальными, а для волны тина Е (7М&гва) —это соотношение вообще близко к нулю;

в)    внутренняя поверхность резонатора должна быть ровной, по меньшей мере, до глубины проникновения электромагнитного поля при рабочей частоте. Поэтому обычно необходима полировка;

г)    поскольку обычно используется бронза, то работа резонаторов улучшится, если на внутренних поверхностях сделать электролитическое покрытие из серебра или золота (для использования при высоких температурах) толщиной примерно до четырехкратной глубины проникновения электромагнитного поля. При повышенных частотах для резонатора может использоваться серебро;

д)    скользящие контакты снижают качество "резонатора и особенно при высоких частотах отрицательно влияют на воспроизводимость и точность настройки. Поэтому пс> мере возможности их следует избегать.

Съемные детали, в частности крышки отверстий, через которые вводят испытываемые образцы, должны быть сконструированы таким образом, чтобы через их контактирующие поверхности не проходили токи

е)    соединительные элементы должны быть сконструированы таким образом, чтобы возбуждать лишь требующийся тип колебаний. Изменение прочности соединения не должно влиять на измеренную без нагрузки характеристику Qu (см. 5.2). Во время резонанса вносимые потери резонатора порядка 40 дБ могут считаться отвечающими требованиям.

19

С. 5 ГОСТ 27496.2-87 (МЭК 377—2—77)

4. ИСПЫТЫВАЕМЫЕ ОБРАЗЦЫ

4.1.    Форма испытываемого образца должна соответствовать условиям, которые определяет резонатор и тип использующихся колебаний. Вообще используются диски и стержни с круглым сечением. Отдельные требования к различным типам резонаторов приведены в Приложении А.

Примечания:

1. Необходимо, чтобы образец плотно входил е резонатор по поверхностям, перпендикулярным линиям электрического поля, $сли во время проведения расчетов можно принять во внимание возникающей сдвиговый эффект. Это имеет особое значение в коаксиальных (ТЕМ) резонаторах и в резонаторах ТМ.

2 Погрешности в диэлектрической проницаемости, обусловленные остаточным зазором между конечной поверхностью резонатора и примыкающей поверхностью образца, становятся ничтожно малыми, если используются образцы, толщина которых равна половине волны.

3. В полостных резонаторах можно применят? образцы в форме стержня с низкой диэлектрической проницаемостью и малыми диаметром d3 (по сравнению с диаметром полости do.

4.2.    Образцы для испытаний должны быть подготовлены в соответствии с требованиями определенного метода (см. Приложение А), а также ГОСТ 27496.1-87.

5. МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ

Методика измерения заключается в следующем:

5.1.    Образец вставляют в резонатор и устанавливают резонанс. Затем записывают настроенный параметр (частота Д или длина lL соответственно).

5.2.    Полуширина резонансной кривой 6/ь резонатора под нагрузкой измеряется путем перенастройки резонатора или изменения частоты. Коэффициент QL резонатора под нагрузкой вычисляют по формуле

Д

Д Ь1

5 3. Затем образец извлекают из резонатора и вновь устанавливают резонанс в соответствии с п. 5.1 (это дает соответственно

fи ИЛИ /и) .

5.4. Коэффициент Q резонатора без нагрузки определяется в соответствии с п. 5.2.

Qu=—^—=

5/u    5/u

Примечания:

1. Соединение с резонатором и отделение от н£г° не должны влиять на измеренную полуширину резонансной кривой для любой настройки.

20

ГОСТ 27496.2-87 (МЭК 377—2—77) О. в

2.    Точность при определении резонансных значений / и f возрастает путем усреднения точек соответственно 1\ и 12 или }i и {2:

§ /=/1—/2 с /=постоянной;

/=    /2    с /=постоянной.

3.    Когда два определенных значения Q отличаются лишь незначительно, что имеет место в случае образцов с низкими потерями, то точность можно повысить, а методику упростить за счет использования результата вычисления, основанного на отношениях квадратов. Если известно одно значение Q, например, Qu тогда

где в[ и @2 — отклонения вольтметра, соответствующие значениям Qi и Q2.

Далее, если резонирующие напряжения Ui и 02 у детектора поддерживать постоянным при помощи калиброванного переменного аттенюатора, то

л_

q2=q1-io20,

где 4 = 20 (log U2—logt/i)—требующееся увеличение затухания в дБ.

Аттенюатор должен обеспечивать значение А с точностью не менее 0,1 дБ.

5.5. Допустимые отклонения температуры при измерениях не должны превышать ±2°С, если нельзя с достаточной точностью скорректировать влияние температуры.

6. ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ

Результаты измерения оцениваются в соответствии с указанными данными для определенной испытательной аппаратуры в Приложении А.

7. ПРОТОКОЛ ИСПЫТАНИЯ

Протокол испытания составляется в соответствии с ГОСТ 27496 1—87 разд. 6.

21

С. 7 ГОСТ 27496.2-87 (МЭК 377—2—77)


ПРИЛОЖЕНИЕ А


РЕЗОНАТОРЫ


А1. Проходной резонатор


АЛЛ. Проходные резонаторы применяются в частотном диапазоне от 1С0 до 1000 МГц. Они пригодны для образцов в форме диска, имеющих низкио диэлектрическую проницаемость (ег^ 10).

АЛ .2. П р и н ц и п работы

Проходные резонаторы состоят из коаксиальной линии определенной длины, короткозамкнутой с двух сторон, и нагруженной при помощи сосредоточенною переменного емкостного сопротивления у нижнего конца центрального проводника (см. черт. 2).

Примечание. Этот конденсатор функционально эквивалентен микрометрическому конденсатору, описанному в Публикации МЭК 250 п. 5, которы t в сочетании с отрезком линии передачи, к которой он подсоединен, образут резонансную схему.

Частота резонанса определяется длиной и волновым сопротивлением линии, а также эффективной емкостью микрометрическою конденсатора.

А.1.3. Конструкция

Оптимальные условия работы получаются при соотношении внешнего и внуг-do

реннего диаметров -примерно равном 3,5 (Z0^75 Ом).

at

Во избежание возбуждения волноводов средняя окружность я должна быть меньше, чем самая короткая рабочая длина волны

т \ _ (do+rfi)    /1 ч



Для данной общей длины (h + h+h) резонирующую частоту сог пустою резонатора можно примерно рассчитать из


=60 In


о>гг0тс d~j


d i


tg


Vi


tg


Vi


(2)


Подлинное емкостное сопротивление микрометрического конденсатора должно определяться путем калибрования при помощи образцов с известной диэлектрической проницаемостью (например, плавленый кварц, чистый корунд с чистотой 99,9%, политетрафторэтилен и т. д.) с диаметром ds, меньшим диаметра dx центрального проводника, по крайней мере на двойную толщину образца hs. Если не проводятся измерения с качающейся частотой, то бою -вой микрометр, с помощью которого можно перестроить резонатор, по меньшей мере, до значения 7г мощности на низкой частоте, должен быть калиброван при различных частотах в пределах диапазона рабочих частот резонатора.

Чтобы установить постоянное соединение с резонатором, рядом с верхним краем вставляют контактные петли. Скользящие контакты с передвигающимся центральным проводником заменены металлической гофрированной поверхностью.

А.1.4. Испытываемый образец

Испытываемый образец представляет собой плоский диск диаметром dt

d$^td\ 2 h§,


ГОСТ 27496.2-87 (МЭК 377—2—77) а 8

Резонатор проходного типа

/—окно, 2~ главный микрометр, 3—петля связи, 4—мета тлическая гармоника, 5~ к генератору, 5 —к детектору, 7 — образец, 8 — боко

вой микрометр

Черт. 2

где с1г — диаметр центрального проводника; ha — толщина образца.

Поверхности образцов должны быть плоскими и параллельными друг другу с точностью до 0,05°.

Примечание. Существуют два метода испытания образца: а) с использованием воздушного зазора (hL—h3) в микрометрическом конденсаторе и без приложения электродов к образцу. С помощью этого метода снижается погрешность при определении относительной диэлектрической проницаемости, обусловленная возможной неточностью определения толщины образца. Так как этот эффект (в первом приближении) пропорционален (ег—1), то точность можно обеспечить в основном тогда, когда имеется очень низкая диэлектрическая проницаемость Этому методу также отдают предпочтение при наличии материалов с низкими потерями из-за отсутствия не поддающихся контролю контактных сопротивлений;

23

С. 9 ГОСТ 27496.2-87 (МЭК 377—2—77)


б) металлизация плоских поверхностей при помощи соответствующего стандартного метода рекомендуется при измерении диэлектрической проницаемости образцов, имеющих ег^>5. Образец зажимается между электродами микрометрического конденсатора. При измерении тангенса угла диэлектрических потерь у образцов с низкими потерями следует пользоваться методом а).

А1.5. Оценка результатов А1.5.1. Параметры, подлежащие измерению: диаметр образца d3\ толщина образца ka;

резонирующая частота резонатора под нагрузкой;

полуширина резонансной кривой fifi,1 или соответствующие показания бокового микрометра Гь2 При нагруженном резонаторе, позволяющая определить


расстояние между электродами микрометрического конденсатора Ль резонатора под нагрузкой;

расстояние между электродами микрометрического конденсатора /iw, восстанавливающего резонанс при /ь после извлечения образца;

полуширина резонансной кривой — 6ful или соответствующие показания бокового микрометра ru2 после извлечения образца, позволяющая определить Qu«

А1.5.2. Данные, которые должны быть получены из калибровочной схемы: емкость Си при расстоянии hu\ емкость Clo при расстоянии hL.

В случае необходимости:

полуширина резонансной кривой 6fL при частоте fht соответствующая показаниям бокового микрометра гьх\

полуширина резонансной кривой бfu при частоте fu = fc, соответствующая показаниям бокового микрометра лЛ А1.5.3, Расчеты и результаты:


ns0ds2


(3)



(За)


а) если электроды не касаются образца (воздушный зазор Hl—Л«):



(4)



(5)



(6)


в) если электроды касаются образца:

Си CLo-|-CSo


(7)


1    Только для метода качающейся частоты.

2    Только для метода фиксированной частоты.


ГОСТ 27496 2—87 (МЭК 377—2—77) С fO

Примечание Если толщина электродов, приложенных к образцу, стишком большая, чтобы ее игнорировать, по сравнению с тотщиной hs образца, то емкость С$о уравнения (7) следует заменить на C'sn из уравнения (4) где hL=hs+2a

(3)

Ст /    \    Ст j_ /    Qu

CS Л    /    Cs Qu V    Ql

где Ст — общая емкость системы, может быть определена экспериментатьно из

(9)

АСТ

■тт—сг

где f — это средняя частота двух резонансных настроек U и /2, соответст-вующих двум емкостям Сиг и Си% которые могут быть определены из калибре-войной схемы резонатора

А2 Коаксиальный резонатор

А2 I Коаксиальные резонаторы применяются в диапазоне частот пример-5—7 ГГц Они пригодны для образцов в форме труб с любой диэлектричес-кой проницаемостью, которые плотно входят в проводник Жидкости можно испытывать с резонатором, служащим в качестве измерительной ячейки, установленной вертикально с точностью до 0,05°

А22* Принцип работы

Коаксиальные резонаторы состоят из коаксиальной линии, коротко-замкнутой с одной стороны держателем для образца, а с друюй— или фиксированным коротким замыканием, или передвигающимся закорачиваемым поршнем (черт 3) В первом случае частота должна быть настроена на резонанс

Коаксиальный резонатор

1 — образец, 2 —скользящий плунжер, 3 — от генератора, 4 — к детектору