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品牌 | AIRTIMES/中航时代 | 价格区间 | 2万-5万 |
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应用领域 | 印刷包装 |
GB3960硫化橡胶介电常数和介质损耗角
正切值的测定方法
警告:使用本标准的人员应有正规实验室工作的实践经验。本标准并未指出所有可能的安全问题。使用者有责任采取适当的安全和健康措施,并保证符合国家有关法规规定的条件。
1、范围:
本标准规定了介电常数和介质损耗角正切值的两种测定方法。方法A为工频(50Hz)下的测定方法,方法B为高频电场下的测定方法。
本标准适用于硫化橡胶。
2、规范性引用文件:
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准,然而,鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的新版本。凡是不注日期的引用文件,其版本适用于本标准。
GB/T 2941 橡胶物理试验方法试样制备和调节通用程序(GB/T 2941-2006,ISO 23529:2004,IDT)
3、术语和定义:
下列术语和定义适用于本标准。
3.1
介质损耗 dielectric loss
绝缘材料在电场作用下,由于介质电导和介质极化的滞后效应,在其内部引起的能量损耗。
3.2
损耗角 δloss angleδ
在交变电场下,电介质内流过的电流向量和电压向量之间的夹角(功率因数角φ)的余角(δ)。
3.3
损耗角正切 tanδ loss tangentδ
介质损耗因数 dielectric loss factor
介质损耗角正切值。
3.4
介电常数 εdielectric constant
绝缘材料在电场作用下产生极化,电容器极板间有电介质存在时的电容量C、与同样形状和尺寸的真空电容量C0之比。
注:不同试样、不同电极的真空电容和边缘校正的计算参见附录A。
4、测试电极:
4.1 电极材料
见表1。
表 1 电极材料
电极材料 | 规格要求 | 适应范围 |
铝箔和锡箔 | 铝箔和锡箔应退火,厚度为0.01mm左右,用凡士林、变压器油、硅油或其他合适油作为粘接剂 | 接触电极用 |
导电橡胶 | 体积电阻系数不大于300Ω·cm(交流),邵尔A硬度为40~60,表面应光滑 | 接触电极用 |
铜 | 表面可镀防腐蚀的金属层,但镀层应均匀*,工作面粗糙度Ra值应不低于3.2 | 一般做辅助电极用,对软质胶可直接作接触电极用 |
导电粉末 | 石墨粉,银粉,铜粉等 | 管状试样内电极用 |
4.2 电极尺寸
4.2.1 板状试样电极
4.2.1.1 方法A:板状电极尺寸见表2,电极如图1所示。
表 2 板状试样电极尺寸 单位为毫米
D1 | D2 | D3 | D4 | H1 | H2 |
25.0±0.1 | 29.0±0.1 | 40 | ≥40 | 30 | 5 |
50.0±0.1 | 54.0±0.1 | 74 | ≥74 |
1——测量电极;
2——保护电源;
3——试样;
4——高压电极。
图 1 板状试样电极配置(工频)
4.2.1.2 方法B:采用二电极系统。电极尺寸大小与试样尺寸相等,或电极小于试样尺寸。板状试样电极直径为φ38.0mm±0.1mm、φ50.0mm±0.1mm、φ70.0mm±0.1mm。
4.2.2 管状试样电极
4.2.2.1 方法A:管状试样电极尺寸见表3,电极如图2所示。
表 3 管状试样电极尺寸
L1 | L2 | L3 | g |
25 | 5 | ≥40 | 2.0±0.1 |
50 | 10 | ≥74 |
1——保护电极;
2——测量电极;
3——高压电极;
4——试样。
图 2 管状试样电极配置(工频)
4.2.2.2 方法B:管状试样电极尺寸,电极如图3所示。
管状试样的电极长度为50.0mm±0.1mm或70.0mm±0.1mm。
1——试样;
2——上电极;
3——下电极。
图 3 管状试样电极配置(高频)
4.3 电极装置
在进行高频测试时,根据测试频率与测试要求可用支架电极(如图4),当频率大于或等于1MHz且小于10MHz时,宜用测微电极(如图5);当频率大于或等于10MHz时,应用测微电极。
1——上盖螺钉;
2——上盖板;
3——升降螺杆;
4——上电极导轨;
5——螺帽;
6——导筒;
7——导槽螺钉;
8——绝缘杆;
9——高压电极;
10——试样;
11——测量电极;
12——保护电极;
13——绝缘板(聚四氟乙烯板);
14——绝缘支脚;
15——有机玻璃板。
图 4 支架电极
1——微调管形电容器;
2——测试样品电容器;
3——上支撑板;
4——上电极;
5——试样;
6——下电极;
7——底板。
图 5 测微电极
5、测试仪器:
5.1 方法A
5.1.1 测试仪器为工频高压电桥,其原理图如图6所示。
T 试验变压器;
C3 标准电容器;
C5 试样;
R3 可变电阻;
C2、C4 可变电容;
R4 固定电阻;
G- 电桥平衡指示器;
P 放电器。
图 6 工频高压电桥原理图
5.1.2 测量范围
损耗角正切(tanδ):0.001~1;电容(C):40pF~2000pF。
5.1.3 电桥测量误差
测量时误差不超过10%,当试样tanδ小于0.001时测量误差不超过0.0001,电容的测量误差不超过5%,标准电容器的tanδ应小于0.0001。
5.1.4 电桥必须有良好的屏蔽接地装置。
5.2 方法B
5.2.1 方法B的测试仪器有两种:一种是谐振升高法(Q表),另一种时变电钠法。
5.2.1.1 谐振升高法(Q表)
其测试原理图如图7所示。
A 电流表;
R0 耦合电阻;
L 辅助线圈;
C 标准电容;
C0 试样;
V、V1 电压表(用Q值表示)。
图 7 Q表原理图
5.2.1.1.1 测量范围
频率为50Hz~50MHz,电容40pF~500pF,Q值10~600。
5.2.1.1.2 测量误差
电容误差:±(0.5%C+0.1pF),Q值±10%;有关仪器的测量误差均为±10%。
5.2.1.2 变电钠法
其测试原理如图8所示。
C——可调电容;
L——谐振线圈;
CT——管形微调电容;
Cu——主电容;
Cx——试样。
图 8 高频介质损耗仪原理图
6、试样:
6.1 试样尺寸
6.1.1 方法A试样尺寸见表4。
表 4 试样尺寸 单位为毫米
试样 | 尺寸 | 厚度 |
板状 | 圆形:φ100 正方形:边长100 | 软质橡胶1.0±0.1 硬质橡胶2.0±0.2 |
管状 | 管长100 |
6.1.2 方法B试样尺寸见表5。
表 5 试样尺寸 单位为毫米
试样 | 尺寸 | 厚度 |
板状 | 圆形:φ38,φ50、φ100 正方形:边长100 | 软质橡胶1.0±0.1 硬质橡胶2.0±0.2 |
管状 | 管长50,管长70 |
6.2 试样的制备
试样的制备应符合GB/T 2941的规定,也可以在符合试样厚度尺寸的胶板上用旋转刀进行裁切,制样方法的不同,其试验结果无可比性。
6.3 试样数量
试样的数量不少于3个。
7、硫化与试验之间的时间间隔:
试样在硫化与试验之间的时间间隔按GB/T2941的规定执行。
8、试验条件:
8.1 试样表面应清洁、平滑,无裂纹、气泡和杂质等,试样表面应用蘸有无水乙醇的布擦洗。
8.2 试样应在标准实验室温度及湿度下至少调节24h。
8.3当试样处理有特殊要求时,可按其产品标准规定的进行。
9、试验步骤:
9.1 方法A
9.1.1 试验电压为1000V~3000V,一般情况下为1000V,电源频率为50Hz。
9.1.2 按设备说明书正确的连接。
9.1.3 接通电源预热30min。
9.1.4 将试样接人电桥C、的桥臂中,加上试验电压,根据电桥使用方法进行平衡,读取R3和tanδ或C4的值。
9.2 方法B—谐振升高法(Q表法)
9.2.1 按照Q表的操作规程调整仪器,选定测量频率,测定C1和Q1的值。
9.2.2 将试样放入测试电极中,并调节电容器C,使电路谐振,达到大Q值记下调谐电容量C2和Q2的值。
9.2.3 将试样从测试电极中取出,调节C或测试电极的距离,使电路重新谐振,记下C、或测试电极的校正电容值与Q值,并根据测试值计算出损耗角tanδ与介电常数ε。
9.2.4 其他高频测试仪器按其说明书进行操作,通过测试值计算出损耗角tanδ和介电常数ε。
10、试验结果:
10.1 方法A
10.1.1 介质损耗角正切值(tanδ)可在电桥上直接读数,按式(1)进行计算:
tanδ=2πfR4C4×10-6…………………………(1)
式中:
π——3.14;
f——频率50Hz;
R4——固定电阻阻值,单位为欧姆(Ω);
C4——可变电容值,单位为微法(μF);
10.1.2 介电常数(ε)的计算见表6。
表 6 介电常数的计算
tanδ | 板状试样 | 管状试样 |
≤0.1 | …………(2) | …………(3) |
>0.1 | …………(4) | …………(5) |
式中: d 试样厚度,单位为厘米(cm); CR 标准电容器电容量,单位为皮法(pF), R4 固定电阻阻值,单位为欧姆(Ω); R3 可变电阻阻值,单位为欧姆(Ω); S 电极有效面积单位为平方厘米(cm2); ……………………………(6)
L1 管状试样测量电极长度,单位为厘米(cm); D 测量电极有效直径,单位为厘米(cm); DB 管外径,单位为厘米(cm); DA 管内径,单位为厘米(cm); g 测量电极与环电极间距,单位为厘米(cm); ln 自然对效; π 3.14。
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10.2 方法B
10.2.1 电容的计算
10.2.1.1 谐振升高法
应用支架电极时按式(7)计算:
Cx=C1-C2+Ca…………………………………(7)
应用测微电极时按式(8)计算:
Cx=C’1-C’2+Ca……………………………(8)
10.2.1.2 变电纳法(配用测微电极):
按式(9)、式(10)计算:
Cx=C1-C2+Ca…………………………………(9)
其中:Ca= …………………………(10)
当电极直径为38mm时,则Ca=1/d
式中:
Cx——试样的并联等值电容,单位为皮法(pF);
C1——电极间距为试样厚度d,且无试样时谐振电容量,单位为皮法(pF);
C2——有试样时谐振电容量,单位为皮法(pF);
C'1——极的校正电容值,单位为皮法(pF);
C'——有试样时,测微电极间距等于试样厚度时,测微电极的校正电容值,单位为皮法(pF);
C——试样的几何电容量,单位为皮法(pF);
S——电极面积单位为平方厘米(cm2);
d——试样厚度,单位为厘米(cm)。
10.2.2 介电常数ε的计算
按式(11)计算:
………………………(11)
式中:
Cx——试样的并联等值电容,单位为皮法(pF);
d——试样的厚度,单位为厘米(cm);
D——电极的直径,单位为厘米(cm)。
10.2.3介质损耗角正切tanδ值的计算
10.2.3.1谐振升高法(Q表法)按式(12)计算:
……………………(12)
10.2.3.2 变电纳法:各种高频损耗测试仪配用测微电极使用时按式(I3)计算:
………………………(13)
式中:
C’——无电极时,谐振回路标准电容器指示值单位为皮法(pF);
Q1——无试样时,电极间距为d时,谐振Q值;
Q2——电极间有试样时的谐振Q值;
△Ci—有试样时两次衰减至谐振峰0.707时,微调电容变化量,单位为皮法(pF);
△C0——无试样时两次衰减至谐振峰0.707时,微调电容变化量,单位为皮法(pF);
Cx——试样的并联等值电容,单位为皮法(pF)。
10.2.4 管状试样测试结果计算
10.2.4.1 试样电容量按式(14)计算:
Cx=C1-C2…………………………(14)
式中:
C1——无试样时,谐振电容量;
C2——有试样时,谐振电容量。
10.2.4.2试样介电常数按式(15)式(16)计算:
…………………………(15)
其中:…………………(16)
式中:
L——电极长度,单位为厘米(cm);
D1、D2——管外径和内径,单位为厘米(cm)。
10.2.4.3 损耗角正切值的计算
与Q表接线柱直接连线时按式(17)计算:
………………………(17)
当高频介质损耗角测试仪与测微电极连接时按式(l8)计算:
………………………(18)
式中:
C1、Q1——无试样时,谐振电容量及Q值;
C2、Q2——有试样时,谐振电容量及Q值;
△Ci——有试样时两次衰减至谐振峰0.707时,微调电容变化量,单位为皮法(pF);
△C0——无试样时两次衰减至谐振峰0.707时,微调电容变化量,单位为皮法(pF)。
注:不同试验环境对试验结果的影响因素参见附录B。
10.3 试验结果以每组试验结果的中位数表示,取两位有效数字。
11、介电常数仪试验报告:
介电常数仪试验报告应包括以下内容:
a) 介电常数仪试样编号;
b) 本标准编号或本标准名称;
c) 介电常数仪试验结果
d) 实验室温度、湿度;
e) 介电常数仪试样的规格;
f) 测元件及电极尺寸;
g) 试样和测试条件的调节;
h) 介电常数仪测量方法和测量电路;
i) 介电常数仪试验电压及频率;
j) 试验者;
k) 试验日期。
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