ГОСТ 8.358-79 Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Методика выполнения измерений относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь в диапазоне частот 0,2-1 ГГц.

   

     ГОСТ 8.358-79

 

Группа Т88.5*

__________________________

* В указателе "Национальные

стандарты" 2005 г. группа Т86.8. -

 

      

     

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

 

 

 Государственная система обеспечения единства измерений

 

 МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ

ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ

И ТАНГЕНСА УГЛА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ В ДИАПАЗОНЕ ЧАСТОТ 0,2
1 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
=2
20 и тангенсом угла диэлектрических потерь
1·10
1·10
1·10
и устанавливает методы измерений
и
этих материалов в диапазоне частот 0,2
1,0 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:

±(1
4)% - для относительной диэлектрической проницаемости 2
20;
 
±(20+0,005/
)% - для тангенса угла диэлектрических потерь 1·10
1·10
1·10
.
 

 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
=1·10
1·10
1·10
 

.

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.

 

 

 

 

Наименование параметра

Материалы

 

неорганические

органические

Квалитет точности по СТ СЭВ 145-75

3

7

Класс шероховатости по ГОСТ 2789-73

11

7

Отклонение от параллельности по ГОСТ 10356-63

III

VI

Отклонение от плоскостности по ГОСТ 10356-63

III

VII

Отклонение от цилиндричности по ГОСТ 10356-63

IV

VII

Отклонение от соосности по ГОСТ 10356-63

III

VI

 

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 0,2
1 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 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 та
 

блиц.

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

 

 

 

 

 

 

Средства измерений

 

Диапазон рабочих частот, ГГц

Пределы измерений

 

Доверительная погрешность не более, %

 

 

 

 

 
 
 
 

Измеритель параметров диэлектриков

типа Ш2-4

0,2
1
 
2
20
 
5·10
1
1
 
±(2
4)
 
 
=0,99
 

Измеритель параметров диэлектрических материалов типа ИПДП

0,2
1
 
2
20
 
1·10
5·10
5·10
 
±(1
2)
 
 
=0,98
 

Измерительный четвертьволновый коаксиальный резонатор типа КР-500

04
0,55
 
1
4
 
1·10
1·10
1·10
 

±2

 

Измеритель добротности типов

ВМ 409G,

ВМ 409Е с приставкой типа

ВР 4090

0,02
0,3
 
1
40
 
1·10
5·10
5·10
 

±4

10%+1,5·10
 

Измерительная линия типов

Р1-17, PA-5A, Р1-6А с измерительной ячейкой ДП

(Д 5.187.004)

0,5
3
 
2
10
 
1·10
1
1
 

±3

 

 

     

     

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Справочное

 

      

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ

 

 

Генератор стандартных сигналов типов Г4-76А, Г4-107А:

=0,4
1,2 ГГц,
=0,125
0,4 ГГц, мощность генератора не менее 0,5 Вт, нестабильность выходной мощности не более 4·10
;
 

Микровольтметр типа Ф116/1,2:

пределы измерения по току: 0,015
7,5 мкА, по напряжению 1,5
750 мкВ;
 

Частотомер типа ЧЗ-54 с блоком ЯЗЧ-72

=0,1
1 ГГц, нестабильность частоты не хуже 2·10
;
 

Фильтр нижних частот типа ФНЧ (ЕЭ0.206.003)

=0,28; 0,55; 0,83; 1,25 ГГц, максимальный вносимый
не более 1,5;
 

Аттенюатор типа Д2-13

=0,1
1 ГГц, пределы измерений ослабления 1,5-30 дБ;
 

Детекторные диоды СВЧ ДК-В1, ДК-В4

чувствительность по току не хуже 0,8 А/Вт;

Вертикальный проекционный оптиметр типа ИВК-3

цена деления шкалы 0,001 мм, погрешность показаний на любом участке шкалы свыше ±0,06 мм ±0,0003 мм

 

Текст документа сверен по:

официальное издание

М.: Издательство стандартов, 1979

Чат GPT

Вверх