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更新时间:2023-02-07 15:21:03浏览次数:435 评价

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信号源 DDS数字合成信号 频率范围 100KHZ-160MHZ
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自身残余电感扣除功能
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准确度 150pF以下±1pF;150pF以上±1%
Q合格预置范围 5~1000声光提示
环境温度 0℃~+40℃
消耗功率 约25W
电源 220V±22V,50Hz±2.5Hz
极片尺寸 38mm/50mm(二选一)
极片间距可调范围 ≥15mm
材料测试厚度 0.1-10mm
夹具插头间距 25mm±0.01mm
夹具损耗正切值 ≤4×10-4 (1MHz)
测微杆分辨率 0.001mm
测试极片 材料测量直径Φ38mm/50mm,厚度可调 ≥ 15mm

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一、实验目的:
       运用比较法粗测固体电介质的介电常数,运用比较法法测量固体的介电常数,谐振法测量固体与液体的介电常数(以及液体的磁导率),学习其测量方法及其物理意义,练习示波器的使用,(并由此推算出光在不同液体中的传播速度。)

二、实验原理:
      介质材料的介电常数一般采用相对介电常数ε r 来表示,通常采用测量样品的电容量,经过计算求出ε r ,它们满足如下关系:

       式中ε为绝对介电常数,ε 0 为真空介电常数, ,S为样品的有效面积,d为样品的厚度,C为被测样品的电容量,通常取频率为1kHz时的电容量C。

比较法:
       比较法的电路图如右图所示。此时电路引入的参量少,测量精度与标准电容箱的精度密切相关。实际测量时,我们用双踪示波器观察,调节电容箱和电阻箱的值,使两个信号相位相同, 并且 ,此时标准电容箱的容值即为待测电容的容值。



谐振法:
1、交流谐振电路:

       在由电容和电感组成的LC电路中,若给电容器充电,就可在电路中产生简谐形式的自由电振荡。若电路中存在交变信号源,不断地给电路补充能量,使振荡得以持续进行,形成受迫振动,则回路中将出现一种新的现象——交流谐振现象。
RL串联谐振电路如下图所示

图一:RLC串联谐振电路

其中电源和电阻两端接双踪示波器。
       电阻R、电容C和电感串联电路中的电流与电阻两端的电压是同相位的,但超前于电容C两端的电压 ,落后于电感两端的电压 ,如图二。

图二:电阻R、电容C和电感L的电压矢量图

电路总阻抗:
回路电流:
电流与信号源电压之间的位相差:
找到RLC串联电路的谐振频率,如果已知L的值,就可以得出C的大小。


2、谐振法测量电容
谐振法测量电容的原理图见上图一,由已知电感L(取1H),电阻R(取5kΩ)和待测电容C x 组成振荡电路,改变信号源频率使RLC回路谐振,使得双踪示波器两个频道的波形相位相同,则电容可由下式求出:

式中f为频率,L为已知电感,C x 为待测电容。

3、液体磁导率的测量方法:
在密制的螺绕环中,由安培环路定理得:

                  (1)
              (2)
联立(1)、(2)式得
            (

L—电感强度  S—螺绕环的截面积 N—螺绕环的匝数 l—螺绕环的有效长度

4、相对介电常数与相对磁导率的计算:
        在测量固体的相对介电常数时,我们用到参数已知的压电陶瓷片,可直接有公式  计算得到相对介电常数。
在测量液体电介质的电容时,我们已知 ,由

易得液体的相对介电常数。

同理,密制螺绕环的一些参数也难以直接测量,若已知 ,可由 推得:

电感可谐振法测得,因此可得液体的相对磁导率。

三、实验内容:
1、仪器、元件与用具:
 信号源一台、电容箱一个、交流电阻箱一个、压电陶瓷一个、电感器一个导线若干、黄铜片二片、泡沫塑料一块、游标卡尺、平行板电容器,螺绕环电感,双踪示波器,矩形样品池,磁性表座2只(用于固定矩形样品池),滴管,废液池,抺布,卷纸,去离子水,已配置好的三种不同浓度的罗丹明溶液。

2、实验步骤:

必做实验:

(1)、运用比较法测量压电陶瓷的介电常数εr。
(2)、运用谐振法测量压电陶瓷的介电常数εr,电感L取1H,电阻R取5kΩ。
(3)、液体介电常数的测量。具体步骤如下:
①  将平行板电容器竖直放入矩形样品池中,加入标准样品水,直到水全部浸没平行板电容器,利用标准电感箱、标准电阻箱,用RLC交流共振法测量共振频率。取标准电阻箱值为5000.0Ω,调节标准电感箱值为0.1H,测量对应的谐振频率,计算平行板电容器的电容。
②  利用待测样品代替标准样品水重复上述步骤,测出样品的谐振频率,计算出相对介电常数。
选作:测量液体的磁导率:
③  将标准样品水加入螺绕环电感内的玻璃管中,要求水全部装满玻璃管,利用标准电容箱、标准电阻箱,用RLC交流共振法测量螺绕环的电感。取标准电阻箱值为10.0Ω,调节标准电容箱值为0.02μF,测量对应的谐振频率,计算螺绕环的电感。
④  利用待测样品代替标准水重复步骤3,测出样品的谐振频率,计算出相对磁导率。

增选:
  固体:测量不同电介质的介电常数.
  液体:测量不同溶度的罗丹明溶液的介电常数.

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