Способ измерения удельного сопротивления порошкового материала Советский патент 1984 года по МПК G01R27/00 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике, а также к технике неразрушающих испытаний, и можег быть применено для технологического контроля удельного сопротивления (электропроводности) и качеств порошковьпс материалов, а также для изучения их электрофизических свойст Известен способ измерения удельного сопротивления материала, с использованием СВЧ-колебаний. осуществляемый следующей последовательностью операций: резонатор заполняют пррошковьм материалом частично, возбуждают резонатор электромагнитными СВЧ-колебаниями нескольких частот, фиксируют состояние резонанса по амплитуде колебаний, оп1 еделяют удельное сопротивление по добротности резонатора, причем добротность определяют по ширине резонансной кривой путем подачи на резонатор с исследуемым материалом частотномодулированных колебаний или изменения объема резонатора lj . Недостатком известного способа является недостаточно -высокая Точность измерения на порошковых материалах с малым удельным сопротивлением и переменным зерновым составом. Кроме того, для достижения высокой точности измерения объем обраца Должен быть значительно меньше объема резонатора, причем с увеличением электропроводности объем образца приходится уменьшать. Это снижает представительность полученных результатов.

Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения удельного сопротивления, включаияций в себя следящую последовательность операций: заполняют резонатор порошком частично, возбуждают резонатор электромагнитными сверхвысокочастотнымй колебаниями одной частоты, определяют удельное сопротивление по добротности резонатора, измеренной по ширине резонансной кривой при расстройке изменением объема . резонатора 2.

Недостатком способа лзляется Низкая точность И37Эа недостаточной чувствительности при измерениях на материалах с малым удельным сопротивлением и маскирукйцего влияния на результаты измерения переменной .

дисперсности порошков, малое количество исследуемого материала (1 куб.см), что снижает представительность полученного результата измерения и вызывает потребность в увеличении числа измерений, необходимость приготовления образцов определенной формы, что делает измерения более длительными и трудоемкими, а также вносит в измерения мешающнй фактор.

Недостатки способов связаны с тем, что тангенс угла диэлектрических потерь определяется по величине добротности резонатора (ширине резонансной кривой), точность измерения которой на материала с большой электропроводностью становится низкой. Кроме того, на величину добротности влияет степень дисперсности порошковьк материалов, что вносит значительную погрешность при проведении измерений йа порошковых материалах переменной зернистости. Способ позволяет достичь удовлетворительной точности (погрешность до 15%) только при измерениях на образцах из порошковых: материалов малой электропроводности и при строгом соблюдении размеров образцов и чистоты юс поверхности.

Цель изобретения - повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что, согласно способу измерения удельного сопротивления порошкового материала путем заполнения исследуемлм порошковым материалом -СВЧ резонатора, возбуждения его электромагнитными колебаниями одной частоты, ксации состояния резонанса, предварительно измеряют фазу волны на выходе незаполненного СВЧ резонатора, после заполнения СВЧ резонатора полностью и возбуждения его электромагнитнши колебаниями одной частоты измеряют объемную концентрацию исследуемого nop iKOBoro материала путем его 5 плотнения и досыпки, состояние резонанса фиксируют по момен.ту, когд фаза волны на выходе СВЧ резонатора изменяется на величину, кратную Збо относительно фазы волны на выходе незаполненного СВЧ резонатора, измеряют значение длины волны и объемной концентрации исследуемого порошковог материала при резонансе, а удельное сопротивление порошкового материала определяют по зависимости, связьшаю щей его с длиной волны и объемной ко центрацией порошкового материала при резонансе. Способ реализуется следующим образом. Свободной засыпкой заполняют СВЧ резонатор исследуемым порошковым ма териалом полностью, возбуждают СВЧ резонатор элек-рромагнитными колебан ми одной частоты, изменяют объемную концентрацию порошкового материала в СВЧ резонаторе путем уплотнения и подсыпки, добиваясь достижения резонанса (на порошках карбида крем ния изменение объемной концентрации путем уплотнения возможно до 20), фиксируют состояние резонанса по мо менту, когда значение фазы на выход СВЧ резонатора кратно 360, фиксируют значения длины волны в СВЧ резонаторе (по геометрии резрнатора и моде колебаний в нем) и объемной концентрации порошкового ма- - териала (цо величинам массы и объема резонатора) при резонансе,по значениям длины волны и объемной концентрации порошкового материала при резонансе-с помощью градуировоч ных графиков или аналитически определяют удельное сопротивление порош кового материала. В сл-учае,. когда изменением объем ной концентрации порошкового материала в СВЧ резонаторе не удается добиться резонанса, изменяют объем резонатора, например, путем смещени одной из .стенок СВЧ резонатора. Взасшосвязь свойств среды (порош кового материала) с йзмepeнны m величинами описывается следующими уравнениями. ,: e;.,.ag.b,,, . где Сд - относительная диэлеутричей кая проницаемость, вычисленная по величине измерен ной длины волны в СВЧ резонаторе с порошковым мате риалом. Выбор формулы дяя 8 .4 вычисления Е() зависит от геометрии СВЧ резонатора. Например, для прямоугольного резонатора и основного типа Jзoлны мочет быть применена расчетная формула где длина волны соответственно в СВЧ резонаторе, заполненном порошковым материалом, в незаполненном СВЧ резонаторе и в свобод.ном пространствеJ ЕП - относительная вещественная диэлектрическая проницаемость порошка, ttfS - тднгенс угла потерь в порошковом материале, g С - объемная концентрация в порсяпковом материалеi - относительная.вещественная диэлектрическая проницаемость компактного материала (в«1), прйнимн ется в качестве консТанты и берете№ из справочной литературы. По приведению уравнениям вычисляется i 5 экстраполяция fctfSf, на компактный материал () - осуществляется с использованием градуировочных графиков или аналитически. Удельное сопротивление р вычисляется по значению по формуле OW-CM, где Cii - круговая частота, 0 дизлектрическая постоянная вакуума. Сокращение времеии измерения достигается за счет проведения измерении на достаточном (представительном) количестве порошкового материала. Получеи1шй положительный зффект объясняется следующим. Заполиеиие порошковым материалом всего объема СВЧ резонатора позво- . ляет увеличить количество исследуемого порошкового материала, что повышает представительность и точность . измерений, а также упрощает методику определения длины волны в СВЧ резонаторе, заполненном порошковым материалом. Достижение резонанса путем изменения объемной концентрации в СВЧ резонаторе позволяет вести измерения на одной частоте при полностью, запол-.

$1083128

ненном порошковым материалом СВЧрезонаторе, заполненном порошковым резонаторе, что уменьшает маскирую-материалом, достигают ослабления щее влияние переменной дисперсностимешающего влияния переменной дисперссреды.ности (зернистости) порошковых матеФиксация состояния резонанса по 5риалов. Это связано с тем, что длина величине смещения фазы волны на вы-волны в СВЧ резонаторе зависит тольходе СВЧ резонатора повышает разре-ко от фазовой скорости распростране-шамщую способность в условиях изме-ния колебаний в среде, заполняющей рений на порошковЕДх материалах сболь-СВЧ резонатор, т.е. от дизлектричесшоЙ электропроводностью, а следова-ких параметров порошкового материала, тельно, и точность измерений. Благодэи на нее практически не влияет затуря О11ределени«9 удельного сопротивле-хание, связанное с дисперсностью ния по значениям длины волны в СВЧсреды.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПОРОШКОВОГО МАТЕРИАЛА путем заполнения исследуемым порошковым материалом СВЧ резонатора, воз- , буждения его электромагнитными колебаниями одной частоты, фиксагши состояния резонанса,о тличающийс я тем, что, с целью повьшгения точности, предварительно измеряют фазу волны на выходе незаполненного СВЧ резонатора, после заполнения СВЧ резонатора полностью и возбуждения его электромагнитньми колебаниями одной частоты, изменяют объемную концентрацию исследуемого аорршкового материала путем его уплотнения и досыпки, состояние резонанса фиксируют по моменту, когда фаза волны на выходе СВЧ резонатора изменяется на величину, кратную 360 относительно фазы волны на выходе незаполненного СВЧ резонатора, измеряют значение длины волны и объемной концентрации исследуемого порошкового материала при резонансе i а удельное сопротивление порошкового материала определяют по зависимости, связывающей его с длиной волны и объемной концентрацией порошкового материала при резонансе.