Способ бесконтактного измерения комплексной диэлектрической проницаемости полупроводящих жидкостей Российский патент 2019 года по МПК G01R27/26 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для создания устройств бесконтактного измерения комплексной диэлектрической проницаемости жидкостей. В частности, способ может быть применен для контроля качества нефтепродуктов, сжиженных газов, спирта, кислот и др. Суть изобретения заключается в сравнении измеренной и расчетной интерференционной зависимости коэффициента отражения от ширины слоя исследуемой жидкости и выбор соответствующего значения комплексной диэлектрической проницаемости.

Известен способ бесконтактного одновременного определения комплексной диэлектрической и магнитной проницаемости материалов с помощью облучения образца импульсным сигналом с последующим анализом искаженного средой электромагнитного отклика [патент РФ №2610878].

К числу недостатков этого метода можно отнести обязательное требование отсутствия отражения от нижнего края образца; равно его применимость для диэлектриков с существенным поглощением.

Наиболее близким по способу измерения является устройство [патент РФ №2575767], являющееся прототипом данной заявки. Однако, из-за обязательного условия наличия отраженной волны от дна емкости, данный способ пригоден в большей степени для диэлектриков без потерь. Предлагаемая формула определения диэлектрической проницаемости не содержит мнимую часть.

Техническим результатом настоящего изобретения является создание бесконтактного способа измерения комплексной диэлектрической проницаемости жидких полупроводящих жидкостей.

Технический результат достигается тем, что жидкость облучают электромагнитной волной по нормали к поверхности, измеряют интенсивность отраженной волны в зависимости от глубины погружения плоской металлической пластины, при этом искомый параметр определяется из подбора до максимального совпадения положений максимумов и минимумов измеренной интерференционной зависимости с рассчитанной по формуле: ω=2π/λ, λ - длина волны в вакууме, ε₂ - комплексная диэлектрическая проницаемость исследуемой жидкости, ε₃ - комплексная диэлектрическая проницаемость металлической пластины определяемой по формуле Друде, d - толщина зондируемого слоя, i - мнимая единица [Бреховских Л.М. Волны в слоистых средах. М.: Наука. 1973. -344 с.].

Способ реализуется следующим образом. На фиг. 1 представлена схема экспериментальной установки. Рупорные антенны излучают (1) и принимают (2) линейно поляризованную электромагнитную волну по нормали к поверхности жидкости (3), а поворотом направляющих штырей (4 и 5) обеспечивается положение металлической пластины (6) - толщина зондируемого слоя. Поворот направляющих на угол 45° при шаге резьбы 1.5 мм будет соответствовать поднятию или опусканию пластины на 1.5 мм/8=0.1875 мм.

На фиг. 2 и 3 приведены измеренные и расчетные зависимости отраженного сигнала от глубины погружения пластины в среду при частоте излучения 40 ГГц. В роли исследуемой жидкости выступало растительное масло с комплексной диэлектрической проницаемостью ε₂=2.3-i0.08999 для указанной частоты.

Предлагаемый способ может быть применен для определения комплексной диэлектрической проницаемости полупроводящих жидкостей.

Использование: для создания устройств бесконтактного измерения комплексной диэлектрической проницаемости. Сущность изобретения заключается в том, что способ измерения комплексной диэлектрической проницаемости жидкостей заключается в том, что материал облучают электромагнитной волной по нормали к поверхности, измеряют интенсивность отраженной волны, при этом в исследуемую полупроводящую среду погружается плоская металлическая пластина, определяется зависимость интенсивности отраженного поля от глубины погружения, при этом искомый параметр определяется подбором до максимального совпадения положений максимумов и минимумов измеренной интерференционной зависимости с рассчитанной. Технический результат: обеспечение возможности создания бесконтактного способа измерения комплексной диэлектрической проницаемости жидких полупроводящих жидкостей. 3 ил.

Способ измерения комплексной диэлектрической проницаемости жидкостей заключающийся в том, что материал облучают электромагнитной волной по нормали к поверхности, измеряют интенсивность отраженной волны отличающийся тем, что в исследуемую полупроводящую среду погружается плоская металлическая пластина, определяется зависимость интенсивности отраженного поля от глубины погружения, при этом искомый параметр определяется подбором до максимального совпадения положений максимумов и минимумов измеренной интерференционной зависимости с рассчитанной по формуле:

,

где

, , , , , ω = 2π/λ, λ - длина волны в вакууме, ε₂ - комплексная диэлектрическая проницаемость исследуемой жидкости, ε₃ - комплексная диэлектрическая проницаемость металлической пластины, определяемая по формуле Друде, d - толщина зондируемого слоя, i - мнимая единица.