Устройство для измерения диэлектрической проницаемости Советский патент 1991 года по МПК G01R27/26 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения электрофизических характеристик твердых и жидких веществ, и является дополнительным к авт.св. № 1385094.

Целью изобретения является повышение точности.

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства для измерения диэлектрической проницаемости.

Устройство содержит образец 1, упругий чувствительный элемент 2 в виде металлической струны, опору 3, постоянный магнит 4, электроды 5, источник 6 напряжения, электронный автогенератор 7, измеритель 8 часто- ты, локальные инерционные элементы 9.

Образец 1 предназначен для преобразования силы электрического взаимодействия с неоднородным электрическим полем в осевую сипу растяжения упругого чувствительного элемента 2 и выполнен в виде цилиндра из исследуемого вещества.

Упругий чувствительный элемент 2 предназначен для преобразования осевой силы растяжения в частоту электрических колебаний и представляет собой металлическую струну верхний конец которой жестко закреплен в опоре 3, а концы электрически связаны с входами электронного автогенератора 7.

Опора 3 обеспечивает жесткум конструктивную фиксацию упругого чувствительного элемента 2.

Постоянный магнит 4 предназначен для создания постоянного магнитного

о

со

00

оэ с&

О

ГЧ)

31

поля, способствующего возбуждению поперечных колебаний упругого чувствительного элемента 2.

Электроды 5 предназначены для создания неоднородного электрического поля в нижней части образца 1 и электрически связаны с полюсами источника 6 напряжения.

Источник 6 напряжения предназначен для создания разности потенциалов между электродами 5.

Электронный автогенератор 7 колебаний предназначен для возбуждения и поддержания поперечных колебаний упругого чувствительного элемента 2 в звуковом диапазоне частот.

Измеритель 8 частоты предназначен

источнику 6 возникает пондеромотордля регистрации изменения резонансной 20 ная сила взаимодействия образца 1 с частоты поперечных колебаний упругого чувствительного элемента 2, входы которого связаны с выходами автогенератора 7.

неоднородным электрическим полем. Эта сила направлена в область максим ма напряженности электрического поля и равна

Начальная частота колебаний струны определяется выражением

1 ГТ

21.

Р

(1)

где 1с - длина упругого чувствительного элемента 2; р - плотность материала, из которого изготовлен упругий чувствительный элемент 2j площадь поперечного сечения упругого чувствительного элемента 2;

суммарный вес образца 1 и нижнего элемента 9. При подключении электродов 5 к

источнику 6 возникает пондеромоторс

Р ная сила взаимодействия образца 1 с

неоднородным электрическим полем. Эта сила направлена в область максимума напряженности электрического поля и равна

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения электрофизических характеристик твердых и жидких веществ. Цепью изобретения является повышение точности. Особенностью изобретения является расположение на металлической струне упругого чувствительного элемента ггокальных инерционных элементов, что позволило создать жесткую фиксацию узлов колебаний, возбуждаемых в металлической струне. Устройство содержит образец 1, упругий чувствительный элемент 2 в виде металлической струны, опору 2, постоянный магнит 4, электроды 5, источник 6 напряжения, электронный автогенератор 7, измеритель 8 частоты, инерционные элементы 9. 1 ил.

Локальные инерционные элементы 9 предназначены для создания искусственных узлов колебаний струны, рас- . стояние между которыми Hje изменяет- - ся. Способы создания локальных инерционных элементов 9 могут быть различными (наклеп, наплавка, напыление в вакууме и т.д.). Одним из способов фиксации элементов 9 является электрическое осаждение. Для избежания температурных погрешностей материалы струны и элементов 9 выбирают одинаковыми.

Устройство для измерения диэлектрической проницаемости работает следующим образом.

Электронный автогенератор 7 возбуждает и поддерживает непрерывные поперечные колебания упругого чувствительного элемента 2 на участке между элементами 9 на его резонансной частоте, которая регистрируется измерителем 8 частоты. При подключении электродов 5 к полюсам источника 6 напряжения за счет пондеромо- торного взаимодействия образца 1 с неоднородным электрическим полем происходит дополнительное натяжение упругого чувствительного элемента 2, в результате чего изменяется частота его собственных колебаний. Это изменение частоты, являющееся функцией диэлектрической проницаемости, фиксируется измерителем 8 частоты.

F - (Ј- Р

F

fcS0E

(2)

0

5

0

5

где Ј - диэлектрическая пронииае- мость исследуемого вещества, из которого изготовлен образец 1;

S 0 - площадь поперечного сечения образца,

напряженность электрического поля в пространстве между электродами 5; 8,85-10 иФ/м.

Формула (2) справедлива, когда напряженность электрического поля на верхнем конце образца 1 равна нулю, что достигается в устройстве соответствующим расположением электродов 5. Сила F приводит к дополнительному натяжению упругого чувствительного элемента 2, а следовательно, к увеличению его резонансной частоты поперечных колебаний:

Е

50

1 I Р + F

21Л рs

(3)

Из соотношений (1)-(3) вытекает выражение для определения диэлектрической проницаемости образца 1:

1 +

41е PS.(f

Ј0S0E

«

При измерении диэлектрической проницаемости жидкости образец 1 с из-

вестной проницаемостью б, погружают в исследуемую жидкость с проницаемостью Јz. Аналогичный расчет приводит к выражению

р р - 4lc.Ps (f2- ЈZ) (5) сг Ч e0scЈ2u V

При 6 Ј Ј, образец втягивается, а при Ј Ј( выталкивается из электрического поля.

Формула изобретения

Устройство для измерения диэлек- трической проницаемости по авт.св.

1638666

5

№ 1385094, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, на металлической струне упругого чувствительного элемента расположены локальные измерительные элементы в местах, которые соответствуют узлам колебаний, возбуждаемых в металлической струне, причем масса каждого локального инерционного элемента выбирается большей массы металлической струны, а расстояние между инерционными элементами больше расстояния между точкой крепления струны и измерительными элементами не менее чем в десять раз.