Способ измерения диэлектрической проницаемости материалов Советский патент 1985 года по МПК G01R27/26 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при измерении электромагнитных параметров материалов в электро- и радиотехнике, а также в физико-химических измерениях. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей, в частности отображение частотной зависимости диэлектрической проницаемости, измерение электромагнитных материалов в электрических полях различной формы, а также исследование распределения электрического поля в конденсаторе с диэлектриком. На чертеже изображена электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) с электростатическим управлением луча, с помощью которой может быть реализован предлагаемый способ. ЭЛТ содержит цилиндрическую, переходящую в конус стеклянную колбу - корпус 1, в котором размещены последовательно вдоль его оси электронная пушка 2, являющаяся источником электронов и формирователем их в пучок 3, горизонтально отклоняющие электроды 4, расположенные параллельно друг другу и симметрично относительно корпуса 1, вертикально отклоняющие электроды 5 и 6 (они же электроды измерительного конденсатора). Электрод 5 заземлен и на нем размещается образец 7 исследуемого материала. Причем к электроду 6 через разделительный конденсатор 8 подключен источник 9 управляющего напряжения, а через разделительный конденсатор 10 подключена катушка индуктивности, составляющая основную индуктивность резонансного контура, образованного электродами 5, 6 и катушкой 11. Катушка 11 индуктивности связана с генератором 12 испытательного напряжения через катушку 13 связи. Люминесцентный экран 14 расположен перпендикулярно оси корпуса 1. Устройство работает следующим образом. В ЭЛТ источником электронов и формирователем их в пучок 3 является электронная пушка 2. Электронный пучок 3, пролетая вдоль оси корпуса 1 в электрическом поле горизонтально отклоняющих 4 и вертикально отклоняющих 5 и 6 электродов и в том числе над поверхностью исследуемого образца 7 материала, попадает на люминесцентный экран 14. В конденсаторах, образованных электродами 5, 4 и 6,при подаче управляющего напряжения от источника 9 появляется постоянное электрическое поле, которое вызывает искривление траектории движения электронов. Величина отклонения пучка от оси А определяется равенством ± Yi-l: fL 4- 2 v- V 2 V где Vy - управляющее напряжение между вертикально (или горизонтально) отклоняющими электродами; V - напряжение между анодом и катодом электронной пушки; d-расстояние между электродами; В- длина электрода; L-расстояние от вертикально (горизонтально) отклоняющих электродов до экрана; - диэлектрическая проницаемость среды между электродами (исследуемого материала). В месте падения пучка электронов на люминофор экрана под действием энергии падающих электронов люминофор будет светиться, т. е. положение пучка электронов на экране фиксируется светящейся точкой. Цосле помещения исследуемого образца 7 материала на электрод 6 и вакуумирования колбы 1 включают электронную пушку 2 и изменением постоянного напряжения на горизонтально отклоняющих и вертикально отклоняющих электродах (5, 6 и 4) электронный пучок направляют примерно посредине и вдоль поверхности образца материала и отмечают это «нулевое положение пучка на экране 14, в котором его и оставляют. Это положение определяется по яркости свечения точки на экране. Так, при плавном соответствующем изменении смещающего постоянного напряжения на электродах 5, 6 ЭЛТ пучок 3 будет постепенно приближаться к поверхности образца 7 материала. На экране 14 это смещение луча отобразится прямой вертикальной линией одинаковой яркости во всех ее точках. При переходе пучком границы раздела сред: вакуум-образец материала часть электронов будет задерживаться образцом исследуемого материала и не будет долетать до экрана. Поэтому интенсивность свечения точки на экране уменьшится. Предшествующее этому случаю положение и есть «нулевое положение луча. При дальнейщем смещении пучка электронов свечение точки полностью прекратится. После определения «нулевого положения на электроды 5, 6 подается переменное испытательное напряжение (с амплитудой -Um X ) и развертывающее напряжение на электроды 4 с частотой в 2-5 раз меньше испытательного напряжения. На вертикально отклоняющих электродах 5, 6 кроме управляющего постоянного напряжения появляется и переменное испытательное напряжение. Согласно равенству (1) отклонение луча определится формулой Д, I Vy -г ) Е /Т I 1 рч JL (V, + и„, А, - (). При этом отмечают амплитуду отклонения пучка (Ai) на экране от «нулевого положения. Затем удаляют образец 7 материала из электрода бив этом случае отмечают амплитуду отклонения луча на экране от «нулевого положения, которая определяется равенством A,-i( )ln + Ч) A2 - (L -h yb) Тогда из отношения равенства (2) и (3) получим значение диэлектрической проницаемости исследуемого материала - А,/А2. Поскольку в этом случае воздействует еще и развертывающее напряжение на электродах 4, то вместо вертикальной линии на экране будет изображение одной или нескольких полуволн испытательного напряжения. Тогда «нулевое положение (т. е. уровень отсчета) по кривой на экране можно определить по линии, проходящей в плоскости образца (т. е. в горизонтальной плоскости), проведенной через середину этой кривой или через половину периода. В предложенном способе по сравнению с прототипом определение частотной зависимости диэлектрической проницаемости материала осуществляется постепенным изменением частоты испытательного напряжения, подаваемого на вертикально отклоняющие электроды: При этом изменение диэлектрической проницаемости вызывает изменение величины отклонения пучка электронов на экране ЭЛТ за каждый период, по которому определяется текущее значение диэлектрической проницаемости на данной частоте. В связи с этим представляется возможным отобразить частотную зависимость диэлектрической проницаемости на экране огибающей в спектре частот. Особенностью предлагаемого способа является также возможность измерения электромагнитных характеристик материалов в переменных электрических полях различной формы, в том числе и в импульсных, что особенно важно при исследовании материалов, применяемых в радиолокации, и исследовании радиационной стойкости. Кроме того, способ позволяет исследовать состояние электрического поля в конденсаторе с диэлектриком, что важно при конструировании радиотехнических устройств и в деле повышения точности диэлектрических измерений, а также позволяет упростить измерения диэлектрических характеристик материалов в вакууме и повысить их точность. Это следует из (2) и (3), так как погрешность измерений здесь определяется в основном точностью измерения электродов 5 и 6 (т. е. Е) и расстоянием до экрана от электродов (L), а также соответствующим выбором этих величин.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДИЭЛЕК ТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ МАТЕРИАЛОВ, заключаюшийся в помешении исследуемого материала в электрическое поле конденсатора, включенного в резонансный контур, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, конденсатор вакуумируют, пропускают между его электродами пучок электронов сначала над поверхностью исследуемого материала и затем на том же уровне без материала в конденсаторе, причем пучок электронов периодически отклоняют вдоль поверхности образца, а после пролета конденсатора пучок электронов направляют на люминесцентный экран и измеряют на нем величину отклонения пучка электронов с образцом и без образца исследуемого материала в конденсаторе и из соотношения измеренных величин определяют диэлектри- g 1ескую проницаемость.