Способ измерения диэлектрической проницаемости материалов

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!) 4 (i О! R 27/26 ч

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3719968/24-21 (22) 04.04.84 (46) 30.10.85. Бюл. № 40 (71) Сибирский государственный научно-исследовательский институт метрологии (72) А. А. Михайленко (53) 621.317.33 (088.8) (56) Редиш В. и др. Точные измерения диэлектрических свойств на высоких частотах.Контрольно-измерительная техника, 1975, № 10, с. 44.

Какимото, Огава, Мацусита. Усовершенствованный метод измерения диэлектрической проницаемости и коэффициента потерь в широком диапазоне частот. — Приборы для научных исследований, 1977, № 12, с. 48. (54) (57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ МАТЕÄÄSUÄÄ 1188675 A

РИАЛОВ, заключающийся в помещении 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- Я ческую проницаемость.

1188675

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 где V — управляющее напряжение между вертикально (или горизонтально) отклоняющими электродами;

V — напряжение между анодом и катодом электронной пушки;

d — расстояние между электродами;

1 — 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.

1.1осле 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 откло няющих 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 дальнейшем смещении пучка электронов свечение точки полностью прекратится.

После определения «нулевого положения» на электроды 5, 6 подается переменное испытательное напряжение (с амплитудой -11" х е ) 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

А п (1 + Р

1 (V+ U..Å ")I Я

Р. Y 3 г

При этом отмечают амплитуду отклонения пучка (А ) на экране от «нулевого положения».

Затем удаляют образец 7 материала из электрода 6 и в этом случае отмечают амплитуду отклонения луча на экране от «нулевого положения», которая определяется равенством

1 188675

Составитель H. Михалев

Техред И. Версс Корректор О. Луговая

Тираж 747 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )K — 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор A. Гулько

Заказ 674 1/48

А (+ — "-. ") (1 + — ) Р)

Т Ч. с 2

Тогда из отношения равенства (2) и (3) получим значение диэлектрической проницаемости исследуемого материала — Е =

= А /А .

Поскольку в этом случае воздействует еще и развертывающее напряжение на электродах 4, то вместо вертикальной линии на экране будет изображение одной или несколь- 1ð ких 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 кото- 25 рому 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. F) и расстоянием до экрана от электродов (L), а также соответствующим выбором этих величин.