Способ определения диэлектрической проницаемости материалов Советский патент 1992 года по МПК G01N27/22 

Изобретение относится к диэлькометрии и может быть использовано для решения широкого класса задач определения диэлектрической проницаемости материалов в самых различных областях техники.

Известен способ определения диэлектрической проницаемости путем сравнения электрических характеристик емкости с образцовым и исследуемым веществами.

Недостатком является сложность практической реализации и требование наличия большого числа образцовых мер в качестве объектов сравнения.

Наиболее близким по технической сущности является способ определения диэлектрической проницаемости материалов, основанный на нелинейных эффектах резонансной электрической цепи Способ заключается в том, что исследуемый материал размещают между обкладками измерительного конденсатора, включенного в колебательный контур, имеющий в своем составе нелинейный емкостный элемент. измеряют амплитуды первой и третьей гармоник, определяют величину диэлектрической проницаемости по предварительно построенной градуировочной кривой

Недостатком способа является значительная величина погрешности при контроле материалов с нестабильными характеристиками.

Целью изобретения является повышение точности измерений при контроле материалов с нестабильными характеристиками внутренних диэлектрических потерь.

На фиг. 1 приведена амплитудно-частотная характеристика нелинейной цепи; на фиг. 2 - блок-схема устройства, реализующего способ.

Для иллюстрации операций, реализующих способ определения диэлектрической проницаемости экспериментально снимается зависимость напряжения на нелинейном элементе (НЭ) Uc от частоты V, На фиг. 1 приведена подобная зависимость для трех материалов с e const с разным коэффициентом диэлектрических потерь е з Ё2 Е i. Амплитуда колебаний Uc и частота возбуждения v на приведенных АЧХ отложены в относительных безразмерных единицах Uc Uc/Uo и v а V L Сд , что придает полученным результатам большую общность (Uc - напряжение на выходе НЭ; Uco - пороговое напряжение кусочно-линейной емкостной характеристики),

Отличительная особенность приведенных АЧХ - наличие зоны неоднозначности колебаний BA(BAi, BA2 или ВАз в зависимости от конкретного значения параметра е, в пределах которой система имеет два устойчивых периодических режима движения (резонансный и нерезонансный). Резонансным колебаниям на АЧХ соответствует участок ВА, нерезонансным - участок В А . Граничные точки В и А зоны неоднозначности характеризуют особые бифуркационные состояния системы, в которых малейшая флуктуация частоты возбуждения V способствует самопроизвольным нестационарным переходам системы: срыву резонансных колебаний в точке А (переход из точки А в точку А ) скачкообразному увеличению амплитуды колебаний в точке В (переход из точки В в точку В). Исходя из этого, нелинейный режим, возникающий в точке А АЧХ, принято называть резонансным, а режим, возникающий в другой граничной точке В, - околорезонансным режимом обратного скачка.

Согласно процедуре предложенного способа определение диэлектрической проницаемости Ј контролируемого материала осуществляется при насфойке колебательного контура на точку В АЧХ (фиг, 1).

Частоту возбуждения устанавливают максимальной исходя из пределов резонансной зоны АС, т.е. в точке А. Изменяя частоту v одновременно измеряют напряжение Uc на нелинейном элементе. В момент резкого скачкообразного увеличения напряжения (точка В -В) изменение частоты прекращают и производят измерение амплитуд третьей и первой гармоник UCK и . И по заранее построенной градуировочной

кривой е f(Uci 3VuCK определяют диэлектрическую проницаемость материла,

Блок-схема устройства, реализующего способ,приведена на фиг.2.

Устройство содержит генератор 1 синусоидального напряжения, индуктивность 2 колебательного контура, кювету 3 для исследуемого материала, измерительный конденсатор (с) 4, дополнительный конденсатор (сд)5, электронный ключ 6, компаратор 7, блок 8 развязки, вольтметр 9, анализатор 10 спектра, вычислительное устройство (делитель) 11 и индикатор 12,заранее отградуированный в единицах диэлектрической проницаемости е.

Измерительный (с) и дополнительный

(сд) конденсаторы, электронный ключ 6 и двухуровневый компаратор 7 в совокупности образуют нелинейный емкостный элемент (НЭ), питание которого осуществляется от источников постоянного напряжения (+Un, -Un).

Настройка колебательного контура на требуемый нелинейный режим осуществлялась перестройкой частоты генератора 1 синусоидального напряжения. Ф акт выхода системы на рабочий режим обратного скачка фиксировался с помощью вольтметра 9, подключенного к блоку 8 развязки по резкому (скачкообразному) увеличению напряжения U0 на выходных зажимах А и В нелинейного элемента. Спектральный состав нелинейных колебаний на НЭ измерялся анализатором 10 спектра, также подключенным к блоку 8 развязки.

Формула изобретения

Способ определения диэлектрической проницаемости материалов, заключающийся в том, что исследуемый материал размещают между обкладками измерительного

конденсатора, включенного в колебательный контур, имеющий в своем составе нели- неипЫй эмкостный злемент, измеряют амплитуды первой и третьей гармоник спек- трз напряжения на нелинейном емкостном

элементе и по соотношению амплитуд гармоник определяют величину диэлектрической проницаемости по предварительно построенной градуировочной кривой, о т л и- чающийся тем, что, с целью повышенияточности определения диэлектрической проницаемости материалов при контроле материалов с нестабильными харь-гористи- ками, изменяют частоту возбуждения контура с калмнз Тжым элементом, причем

первоначальное значение частоты устанавливают равным верхнему граничному значению, измеряют напряжение на нелинейном элементе и при фиксации скачка

напряжения прекращают изменение частоты, при подаче на контур напряжения с установившейся частотой производят измерение амплитуд гармоник.

Использование: широкий класс задач диэлькометрии при определении диэлектрической проницаемости материалов в самых различных областях техники Сущность изобретения: исследуемый материал размещают между обкладками измерительного конденсатора, включенного в колебательный контур, имеющий в своем составе нелинейный емкостный элемент, измеряют амплитуды первой и третьей гармоник спектра напряжения на нелинейном емкостном элементе и по соотношению амплитуд гармоник определяют величину диэлектрической проницаемости по предварительно построенной градуировочной кривой Измерение амплитуд гармоник производят после настройки колебательного контура на режим устанавливающийся в результате скачкообразного повышения напряжения нз нелинейном емкостном элементе 2 ил

№|

10

F S3

CA

-

V

fa /Ш

Wt) /

,

W 4 1,5

Фиг.1

2,0 9

VoSinat