Дослідження залежності ємності конденсаторів постійної ємності від температури і визначення температурного коефіцієнта ємності (ТКЕ)
Мета роботи - дослідження залежності ємності конденсаторів з різними діелектриками від температури і визначення (ТКЕ) цих конденсаторів.
Одним з найважливіших факторів, що характеризують зовнішні впливи на електричні конденсатори, є температура навколишнього середовища.
Температурна залежність ємності конденсаторів характеризується величиною температурного коефіцієнта ємності (ТКЕ).
Якщо залежність ємності від температури носить лінійний характер, то величину ТКЕ можна обчислити за формулою:
де С температурний коефіцієнт ємності, град -1;
C1 ємність при кімнатній температурі t1;
С2 ємність при зміненої температурі t2.
При нелінійної залежності ємності від температури зазначена формула дає тільки середнє значення ТКЕ.
Характер залежності ємності конденсатора від температури зазвичай визначається температурною залежністю діелектричної проникності застосовуваного в конденсаторі діелектрика.
Крім того, залежність ємності від температури обумовлюється особливостями конструкції конденсатора і зміною його розмірів при нагріванні. Температурне розширення обкладок призводить до збільшення ємності, а збільшення товщини діелектрика - до її зменшення.
У площині конденсатора з обкладинками у вигляді квадрата зі стороною l ємність дорівнює:
де С ємність конденсатора, nф;
діелектрична проникність;
d товщина діелектрика, мм;
l лінійний розмір, мм.
Диференціюючи цей вислів по температурі, отримаємо:
Розділивши ліву і праву частини на вираз для ємності, маємо:
де температурний коефіцієнт діелектричної проникності;
M коефіцієнт лінійного розширення металевих обкладок;
d коефіцієнт лінійного розширення діелектрика.
Якщо конденсатор виготовлений способом металізації діелектрика, то розширення обкладок буде визначатися не розширенням металу, а розширенням діелектрика. В цьому випадку можна вважати, що і формула набуває вигляду:
.
Опис лабораторної установки
Дослідженню піддаються різні типи конденсаторів постійної ємності, укріплені в термостаті. Висновки від кожного конденсатора підведені до перемикача, що дозволяє виробляти по черзі підключення конденсаторів до вимірювального приладу. Вимірювання ємності конденсаторів проводиться за допомогою універсального вимірювального моста типу Е7-4. До одного плеча моста підключена вимірювана ємність, величина якої врівноважується змінної ємністю. При збігу підлаштований ємності з вимірюваної настає резонанс струмів, що спостерігається по положенню стрілки мікроамперметра приладу Е7-4 (при резонансі струми компенсуються, і стрілка наближається до нуля).
Підготовка приладу до роботи
1. Підключити шнур живлення до мережі.
2. Включити прилад тумблером "МЕРЕЖА".
3. Ручку "Чутливість" встановити в крайнє праве положення.
4. Через 15 хвилин після включення приладу можна приступити до вимірювань.
Вимірювання ємності приладом Е7-4
1. Підключити дроти від перемикача до клем "R - C - L". Встановити перемикач "Вид вимірювання" в положення "С".
2. Встановити перемикач "Q - tg" в положення "tg".
3. Ручкою встановити величину фази в нульове положення.
4. Встановити перемикачі вимірювань в положення, близьке до номінального значення.
5. Ручками, об'єднаними написом "Відлік", домогтися найменшого по модулю свідчення на мікроамперметр.
6. Провести відлік вимірюваної величини ємності. Вона дорівнює сумі відліків по шкалах "Відлік", помноженої на відповідний множник межі вимірювань. (Порядок формування вимірюваної величини вказано на панелі моста).
Примітка: При вимірах на частоті 100 Гц відлік ємності додатково повинен бути помножений на 10 (загоряється індикатор Попередження).
Порядок виконання роботи
1. Підготувати прилад до роботи.
2. Записати номінал кожного конденсатора.
3. Виміряти ємності конденсаторів при кімнатній температурі, по черзі під'єднуючи їх до вимірювального приладу за допомогою перемикача ємностей.
4. Включити термостат.
5. Виміряти ємності конденсаторів при температурі 40, 60, 80 і 100 0 С. Дані звести в таблицю.
6. Провести підрахунок ТКЕ. Побудувати графіки С = f (t).