ГОСТ 8.358-79

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

     
     
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 таблиц.
     
     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:
официальное издание
М.: Издательство стандартов, 1979