СССР
Государственный стандарт от 01 июля 1980 года № ГОСТ 8.358-79

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

Принят
Государственным комитетом СССР по стандартам
12 июня 1979 года
Разработан
Государственным комитетом СССР по стандартам
01 июля 1980 года
    ГОСТ 8.358-79
    Группа Т88.5*

    __________________________
    * В указателе "Национальные
    стандарты" 2005 г. группа Т86.8. -
    Примечание "КОДЕКС".


    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.
    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 0,21 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 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.