Измерительная ячейка для исследования диэлектрических параметров жидкостей Советский патент 1984 года по МПК G01N22/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в электронной и химической промьшшеняЬсти для измерения диэлектрической проницаемости и тангенса угла потерь жидких диэлектриков , Известна измерительная ячейка для исследования диэлектрических параметров жидкостей, содержащая кювет с входным и выходным окнами П . Однако известная кювета не позволяет производить измерения с вы сокой точностью в миллиметровом и су миллг-тметровом диапазонах длин волн, так как в этом диапазоне влияние слюдяных пластинок, образующих стенки кюветы, вносит дополнительную пог решность в результаты измерений. Кро ме того, при использовании известной кюветы для определения диэлектрических параметров жидкости необходимо проводить измерения коэффициента от ражения и прозрачности, что приводит,- особенно при использовании диэлектриков с малыми потерями, к значительным экспериментальным трудностям при измерении коэффициента отражения и низкой точности. Наиболее близкой к изобретению является измерительная ячейка для иссле,цования диэлектрических параметров жидкостей, содержащая кювету установленную между входным и выходным окнами и диэлектрическую оболочку 2 , Однако известная ячейка не позволяет проводить измерения с высокой точность 9 из-за влияния пленки диэлектрической оболочки. Кроме того, для определения величины диэлектриче ской проницаемости необходимо проводить дополнительное измерение толщины диэлектрической оболочки с исследуемой жидкостью, Цель изобретения - повышение точ ности измерений. Поставленная цель достигается те что измерительная ячейка для исслед вания диэлектрических параметров жидкостей, содержащая кювету, установленную между входным и выходным окнами, дополнительно содержит трех гранную диэлектрическую призму нару шенного полного внутреннего отражеНИН, на боковых гранях которой расположены входное и выходное окна, выполненные в виде цилиндрических стаканов, основания которых ориентированы перпендикулярно падающему и выходящему излучению, а одна из стенок кюветы совмещена с основанием призмы, причем диэлектрическая призма нарушенного полного внутреннего отражения выполнена с углом при основании а arcsin п. , где П2 - показатель преломления материала призмы относительно исследуемой жидкости. Входное и выходное окна служат для подсоединения ячейки к СВЧ тракту на базе стандарчного цилиндрического лучевода диаметром 20 мм. Материал призмы выбирается из условия, чтобы на границе призма-исследуемая зкндкость выполнялось условие полного внутреннего отражения. Изменение эллипсометрических параметров излучения, отраженного от границы призма-жидкость, позволяет с высокой точностью определить величину диэлектрической проницаемости и тангенса угла потерь различных жидкостей. Кроме того, при толщине слоя жидкости d20,8i эллипсометрические параметры излучения, отраженного от границы призма-жидкость (при выполнении условия полного внутреннего отражения) не зависит от толщины слоя жидкости d и, следовательно, знание толщины при измерении величины диэлектрической проницаемости не обязательно, что ведет к повышению точности измерений. На чертеже приведена конструкция измерительной,ячейки. Измерительная ячейка для исследо-. дования диэлектрических параметров жидкостей содержит трехгранную диэлектрическую призму 1 нарушенного . полного внутреннего отражения, кювету 2, входное 3 и выходное 4 окна, вьшолненные в виде цилиндрических стаканов для подключения стандартных лучеводов диаметром 20 мм и установленные на боковых гранях призмы. Измерительная ячейка работает следующим образом. Исследуемая жидкость помещается в кювету 2, Линейно поляризованная электромагнитная волна через входное окно 3 поступает в призму 1 и на . границе призма-жидкость испытывает полное внутреннее отражение, Отраженная электромагнитная волна в результате отражения На границе призма-жидкость становится в общем случае 3 эллиптически поляризованной и чере входное окно 3 поступает в измерительный тракт. Эллипсометрические параметры отраженной волны определ ются величиной диэлектрической про ницаемости призмы и жидкости, угл падения на границу призма-жидкость и длиной СВЧ волны. Зная угол падения 1 и величин диэлектрической проницаемости мате ала призмы f. и измерив эллипсомётрические параметры отраженной волны р по формуле еге. рассчитьгоают диэлектрические параметры исследуемой жидкости Sn Первоначально измеряют эллипсометрические.параметры СВЧ волны,отраженной от границы призма-воздух (без исследуемой жидкости), и по приведенной формуле рассчитывают д электрические параметры материала призмы, если они не известны. 49 4 За базу сравнения принимается серийно выпускаельш измеритель .параметров диэлектриков Е9-6. Базовое устройство позволяет с погрешностью +2% измерять диэлектрическую проницаемость диэлектриков на образцах цилиндрической формы диаметром 49 и 95 мм. При измерении диэлектрической проницаемости жидкостей базовым устройством возникает дополнительная, погрешность,величина которой определяется точностью дозировки при заполнении исследуемой жидкостью рабочего резонатора и может fl несколько раз превышать погрешность базового устройства при измерении диэлектрической проницаемости твердых образцов. Кроме того, процесс измерения базовым устройством достаточно сложен и требует значительного количества исследуемой жидкости. Предлагаемое устройство по сравнению с базовым обладает более высокой точностью (+1%) измерений диэлектрической проницаемости жидкостей, поскольку исключается влияние точности дозировки исследуемой жидкости.

ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ЯЧЕЙКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ. ПАРАМЕТРОВ ЖИДКОСТЕЙ, содержащая кювету, установленную между входным и выходным окнами, отличающаяс я тем, что, с целью повышения то 1 ности измерений, она дополнительно содержит трехгранную диэлектрическую призму нарушенного полного внутренне i-o отражения, на боковых гранях которой расположены входное и выходное окна, выполненные в виде цилиндрических стаканов, основания которых ориентированы перпендикулярно падающему и выходящему иэлуче нию, а одна из стенок кюветы совмещена с ocHOBaHjieM призмы, причем диэлектрическая призма нарушенного полного внутреннего отражения выполнена с углом при основании Ot arcsin п,., где п,, - показатель преломления материала призмы относи(Л тельно исследуемой жидкости. с ьэ 9) 00 4 ;е