ГОСТ 8.544-86 Государственная система обеспечения единства измерений. Относительная диэлектрическая проницаемость и тангенс угла потерь твердых диэлектриков. Методика выполнения измерений в диапазоне частот от 10 в ст. 9 до 10 в ст. 10 Гц
Текст ГОСТ 8.544-86 Государственная система обеспечения единства измерений. Относительная диэлектрическая проницаемость и тангенс угла потерь твердых диэлектриков. Методика выполнения измерений в диапазоне частот от 10 в ст. 9 до 10 в ст. 10 Гц
ГОСУДАРСТВЕННАЯ СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЕДИНСТВА ИЗМЕРЕНИЙ
ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ И ТАНГЕНС УГЛА ПОТЕРЬ ТВЕРДЫХ ДИЭЛЕКТРИКОВ
МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ В ДИАПАЗОНЕ
ЧАСТОТ 10 э —10 10 Гц
ГОСТ 8.544-86
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР П О СТАНДАРТАМ
РАЗРАБОТАН Государственным комитетом СССР по стандартам ИСПОЛНИТЕЛИ
В. Л. Валенкевич (руководитель темы); С. К. Артамонова; Т. В. Отрошок
ВНЕСЕН Государственным комитетом СССР по стандартам
Член Госстандарта Л. К. Исаев
УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 31 марта 1986 г. № 845
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР
Государственная система обеспечения единства измерений ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ И ТАНГЕНС УГЛА ПОТЕРЬ ТВЕРДЫХ ДИЭЛЕКТРИКОВ Методика выполнения измерений в диапазоне частот 10 ч —10 !0 Гц
State system for ensuring the uniformity of measurements Relative dielectric permttivity and the loss tangent of solid dielectrics Procedure of measure — ments from 10 9 to 101° Hz
Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 31 марта 1986 г. № 845 срок введения установлен
Настоящий стандарт устанавливает методики выполнения измерений относительной диэлектрической проницаемости г и тангенса угла диэлектрических потерь tg6 твердых диэлектриков: с относительной диэлектрической проницаемостью е от 1,5 до 200 и тангенсом угла диэлектрических потерь tg6 от ЫО 4 до Ь10
2 в диапазоне частот 9-10 9 — 10 10 Гц при использовании метода «вариации длины резонатора»;
с относительной диэлектрической проницаемостью е от 2 до 40 и тангенсом угла диэлектрических потерь tg6 от 5*10
5 до Ь10“ 3 в диапазоне частот 10 9 — 10 iO Гц при использовании метода «вариации частоты и типов колебаний».
Относительные погрешности измерения при доверительной вероятности 0,99 не должны превышать:
при использовании метода «вариации длины резонатора»;
±1 % для е от 1,5 до 5;
±2 % для е от 5 до 20;
±3 % для е более 20;
произведение e-tgS — не более 0,2;
при использовании метода «вариации частоты и типов колебаний»: ±0,3 % — для е;
ГОСТ 12723—67, МИ 367—83
© Издательство стандартов, 1986
1. СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИИ И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
1.1. При выполнении измерений должны быть применены следующие средства измерений:
генераторы СВЧ типов Г4—78, Г4—79, Г4—80, Г4—81, Г4—82, Г4—83, с диапазоном частот от 1,1 до 10,5 ГГц и нестабильностью частоты выходного сигнала за любые 15 мин работы, не превышающей 3-10
частотомер электронно-счетный типа 43—54 с преобразователем ЯЗЧ-57 с диапазоном измеряемых частот 0,7—12 ГГц и относительной погрешностью измерения частоты синусоидальных сигналов, не превышающей ±5*10
аттенюатор волноводный поляризационный типа ДЗ—ЗЗА с погрешностью измерения, не превышающей ±0,1 дБ;
детекторная головка типа Э7—6, КСВН не более 1,5;
ферритовые вентили типа Э6—44, КСВН не более 1,5;
микроамперметр типа М95 по ГОСТ 8711—60, класса точности 1,5;
анализатор спектра типа СЧ-27 с диапазоном частот 0,01 — 39,6 ГГц;
типа ОР-2М (справочное приложение 1);
типов ИЯМТ-1К, ИЯМТ-2К (справочное приложение 2);
прижимное устройство (справочное приложение 3).
Примечав и е. Допускается применять средства измерений, точность которых не менее указанной в стандарте.
2. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ
2.1. Измерения относительной диэлектрической проницаемости г и тангенса угла диэлектрических потерь tgd образцов, имеющих форму диска, следует выполнять методом «вариации длины резонатора» или методом «вариации частоты и типов колебаний».
2.2. Метод «вариации длины резонатора»
2.2.1. Метод определения относительной диэлектрической проницаемости е основан на измерении разности резонансных длин резонатора до и после помещения в резонатор образца диэлектрика при фиксированной частоте измерения. Для измерений должен быть применен к эуглый цилиндрический резонатор, в 'котором возбуждается магнитный тип колебаний Hoi», где р — число полуволн, укладывающихся по длине резонатора, и оно может меняться от 2 до 5.
2.2.2. Метод определения тангенса угла диэлектрических потерь tg6 основан на измерении изменения интенсивности сигнала, проходящего через резонатор, при помещении в него образца ди-электрика.
2.3. Метод «вариации частоты и типов колебаний»
2.3.1. Метод измерения относительной диэлектрической гроница-емости е основан на сравнении спектра резонансных частот резонатора до и после помещения образца диэлектрика. Для измерений должен быть применен цилиндрический резонатор, в котором возбуждается электрический тип колебаний Е тя0 > где индексы т и п определяют азимутальное и радиальное распределение полей.
2.3.2. Метод измерения тангенса угла диэлектрических поте|рь tgfi основан на сравнении нагруженных добротностей пустого резонатора и резонатора с образцом диэлектрика.
3. ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ
3.1. При выполнении измерений относительной диэлектрической проницаемости е и тангенса угла диэлектрических потерь tg6 должны быть соблюдены следующие требования безопасности:
к измерениям допускаются лица, прошедшие инструктаж по технике безопасности при работе с электро- и СВЧ-радиоизме ритель-ными приборами;
корпуса всех приборов, используемых при измерениях, должны быть заземлены;
в помещении, где проводят измерения, не должно быть газов и паров веществ, вызывающих коррозию металлических деталей;
отсоединять шины заземления, подключать или отключать межблочные и соединительные кабели следует только при выключенных приборах.
4. УСЛОВИЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ
4.1. При выполнении измерений должны быть соблюдены следующие условия:
температура окружающей среды, °С 10—35
относительная влажность воздуха, % 80
атмосферное давление, кПа (мм рт. ст) 84—106,7 (630—800).
Изменение температуры в помещении за время измерений не должно превышать ±2°С.
5. ПОДГОТОВКА К ВЫПОЛНЕНИЮ ИЗМЕРЕНИЙ
5.1. При подготовке к выполнению измерений методом «вариации длины резонатора» должны быть проведены следующие работы:
собирают измерительную установку по схеме, приведенной на черт. 1;
все приборы, входящие в состав установки, подготавливают к работе в соответствии с технической документацией (далее — ТД) на них;
образцы твердых диэлектриков подготавливают к измерениям в соответствии с обязательным приложением 4;
генератор СВЧ настраивают на выбранную частоту диапазона, контроль частоты осуществляют по частотомеру;
измеряют постоянную связи % резонатора, входящего в состав измерительной ячейки ОР-2М;
поршень опускают вниз до упора и, плавно перемещая его вверх настраивают резонатор в резонанс, по лимбу микрометрической головки поршня с погрешностью ±0,1 мм измеряют резонансную длину резонатора 1\ и снимают показания миллиамперметра (индикатора выходного уровня) аь
затем от точки первого резонанса псршень перемещают дальше вверх до получения второго резонанса и измеряют h и аг;
вычисляют постоянную связи резонатора %
Я8 =2 (/2—/1) — длина волны в резонаторе, мм;
R — радиус резонатора, мм.
Примечание. Изменение частоты генератора за время измерений не должно превышать 100 кГц.
Схема установки для измерения относительной диэлектрической проницаемости 8 и тангенса угла диэлектрических потерь tg6 образцов методом «вариации длины резонатора»
7—генератор СВЧ типа Г4—83; 2—ферритовый вентиль типа Э6—44; 3—волноводный поляризационный аттенюатор типа ДЗ—ЗЗА; 4—измерительная ячейка типа
ОР-2М; 5—детекторная головка типа Э7-6; 5—мнкро амперметр типа М95
(10 мкА); 7—электронно-счетный частотомер тина 43—54 с преобразователем типа ЯЗЧ-87; 8—коаксиальный проводник: 0—волновод
5.2. При подготовке к выполнению измерений методом «вариации частоты и типов колебаний» должны быть проведены следующие работы;
собирают измерительную установку по схеме, приведенной на черт. 2.
Схема установки для измерения относительной диэлектрической проницаемости е и тангенса угла диэлектрических потерь tg6 образцов методом «вариации частоты и типов колебаний»
1— набор генераторов СВЧ типа Г4—78 — Г4—83;
2— измерительная ячейка типа ИЯМТ-1К или
ИЯМТ-2К; 3—анализатор спектра типа С4—60 или мнкроамперметр типа М95; 4—электронно
счетный частотомер типа 43—54 с преобразователем типа ЯЗЧ-87; 5—коаксиальный проводник
Примечание. При измерении относительной диэлектрической проницаемости 8 от 2 до 4 в установку включают ячейку ИЯМТ-1К, относительной диэлектрической проницаемостн е от 4 до 40 — ячейку ИЯМТ-2К;
все приборы, входящие в состав установки, подготавливают к работе в соответствии с ТД на них;
образцы твердого диэлектрика подготавливают к измерениям в соответствии с обязательным приложением 5.
6. ВЫПОЛНЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ
6.1. При выполнении измерений относительной диэлектрической проницаемости е методом «вариации длины резонатора» должны быть выполнены следующие операции:
настраивают резонатор в резонанс (объем резонатора максимален);
измеряют резонансную длину резонатора без образца /о с погрешностью ±0,01 мм;
помещают в резонатор образец диэлектрика; перемещают поршень резонатора плавно до настройки в резонанс;
измеряют резонансную длину резонатора с образцом /* с погрешностью ±0,01 мм; __
вычисляют смещение L по формуле
Примечание Измерения проводят не менее шести раз, поворачивия после каждого измерения образец вокру! оси на 60°,
вычисляют среднее арифметическое из результатов измерений
6.2. При выполнении измерений тангенса угла диэлектрических потерь tg6 должны быть выполнены следующие операции:
настраивают резонатор в резонанс;
устанавливают при помощи аттенюатора уровень сигнала на индикаторе выходного уровня; показания индикатора должны составлять не менее 50 % его шкалы;
отсчитывают введенное затухание А> по шкале аттенюатора с погрешностью ±0,1 дБ;
помещают в резонатор образец диэлектрика; настраивают резонатор в резонанс, плавно перемещая поршень;
уменьшают ослабление, введенное аттенюатором, до тех пор, пока показания индикатора не станут такими же, как до введения образца;
отсчитывают показания аттенюатора Ае с погрешностью ±0,1 дБ;
вычисляют ослабление, вносимое образцом диэлектрика в измерительный тракт по фермуле
Примечание Измерения проводят не менее шести раз, вычисляют среднее арифметическое из результатов измерений
6.3. При выполнении измерений относительной диэлектрической проницаемости е методом «вариации частоты и типов колебаний» должны быть выполнены следующие операции:
помещают образец диэлектрика в измерительную ячейку, наложив на торцевые поверхности ячейки электроды из фольги, резиновые прокладки, крышки;
устанавливают ячейку на платформу прижимного устройства и создают давление на крышку ячейки не менее 4* 10 4 Н/м 2 (20 делений шкалы индикатора прижимного устройства);
включают ячейку в измерительную установку, подключив гене
ратор, позволяющий проводить измерения на нижней частоте диапазона измерительной ячейки;
перестраивают частоту генератора, начиная с нижгих частот до получения сигнала на индикаторе выходного уровня.
Примечание. Если в диапазоне частот генератора резонанса нет, применяют генератор следующего диапазона*
определяют резонансную частоту ft по частотомеру, плавно перестраивая
частоту генератора в области резонанса, с погрешностью ±0,5 МГц;
измерения проводят не менее трех раз; вычисляют среднее арифметическое, округляя результат ±0,5 МГц:
рассчитывают ei по формуле (4), полагая Вп =В\
л = 1,2где fo — резонансная частота пустой измерительной ячейки, соответствующая типу колебаний Еою, приведена в нормативно-технической документации на измерительную ячейку;
Вп — значения корней функции Бесселя на соответствующих типах колебаний приведены в справочном приложении 6;
зная относительную диэлектрическую проницаемость е, рассчитывают последующие дискретные частоты диапазона измерительной ячейки, на которых возможно измерение, по формуле
где С — скорость света, мм/с;
D — диаметр измерительной ячейки, мм, приведен в нормативно-технической документации на измерительную ячейку;
определяют резонансные частоты f , перестраивая частоту
генератора в области резонансаt с погрешностью ±0,5 МГц;
вычисляют среднее арифметическое из результатов измерений; рассчитывают еЛ по формуле (4).
Г Измерения следует проводить только на тех частотах, в окрестности которых в пределах 20—30 МГц отсутствуют другие резонансы.
2. Если значение относительной диэлектрической проницаемости 8 перед началом измерений ориентировочно известно с погрешностью Де, диапазон перестройки частоты следует ограничить снизу частотой, рассчитанной по формуле (5), при Вп и е = 8» в+ед, где 8Изв — известное значение относитель
ной диэлектрической проницаемости материала образца.
6.4. При выполнении измерений тангенса угла диэлектрических потерь tg6 методом «вариации частоты и типов колебаний» должны быть выполнены следующие операции:
измеряют резонансные частоты, соответствующие типам колебаний Етл0, f л (аналогично указанному в п. 6.3);
изменяя частоту генератора в большую и меньшую стороны от fz > определяют частоты f\ и /г, при котсрых уровень сигнала по
индикатору выходного уровня составляет половину уровня при частоте /£ ,
определяют частотную ширину резонансной кривой
AM/i-AI; (6)измерения проводят не мене трех раз, _вычисляя среднее арифметическое значение резонансной частоты и ширины резонансной кривой Л/, округляя результат до ±0,5 МГц;
рассчитывают нагруженную добротность ячейки по формуле
а тангенс угла диэлектрических потерь по формуле
где Qo — нагруженная добротность пустого резонатора приводится в нормативно-технической документации на ячейку;
1,3 — коэффициент добротности, определяется как отноше
ние нагруженных добротностей резонатора, заполненного диэлектриком, с металлическими крышками и электродами из фольги.
7. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ
7.1. При использовании метода «вариации длины резонатора» относительную диэлектрическую проницаемость г вычисляют с точностью до трех значащих цифр по формуле
где ^Kp = l,640*i? —- критическая длина волны, мм;
R — радиус резонатора, мм;
X — длина волны на частоте измерения, мм;
d — толщина образца диэлектрика, мм;
х — безразмерная величина, определяемая уровнем
где L — смещение, измеренное в п. 6.1, мм;
— — фазовая постоянная, мм -1 ;
А. в — длина волны в резонаторе, измеренная по п. 5.1, мм.
7.2. При использовании метода «вариации длины резонатора»
тангенса угла диэлектрических потерь tg6 вычисляют с точностью до двух значащих цифр по формуле
где А — ослабление, вносимое образцом диэлектрика, измеренное по п. 6.2, дБ;
to — резонансная длина резонатора без образца, мм;
Qo — нагруженная добротность резонатора без образца диэлектрика;
d — толщина образца диэлектрика, мм. т] вычисляют с точностью до двух-трех значащих цифр по формуле
где Ртор — потери в торцевой стенке, к которой примыкает образец диэлектрика;
Pmn — потери в противоположной торцевой стенке;
потери в боковой стенке резонатора с образцом диэлектрика;
потери в боковой стенке резонатора без образца диэлектрика;
постоянная связи резонатора (см. п. 5.1).
Отношение потерь вычисляют с точностью до трех значащих цифр по формулам: