Способ измерения магнитных характеристик материалов

 

Изобретение относится к области злектроизмерений и может быть использовано рри измерении комплексной магнитной проницаемости материалов в злектрои радиотехнике. Целью изобретения является повышение точности измерений . Для достижения поставленной цели образец материала поочередно помещают в электрическое поле конденсаторов поперечных плеч обеих Т-цепей и определяют приращения емкостей отсчетных конденсаторов. Затем образец помещают в магнитное поле индуктивности поперечного плеча второй Т-цепи и определяют приращение емкости отсчетных конденсаторов. Устройство для реализации предложенного способа содержит резистор 1 и конденсатор 2 с (Л loo о |Ю ISD ю Р5

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„.SU,„, 1302226

А1 (50 4 С 01 К 33/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К А BTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3853686/24-21 (22) 07.02.85 (46) 07.04.87. Бюл. Р 13 (71) Сибирский государственный научно-исследовательский институт метрологии (72) А.А. Михайленко и Л.Н. Иващенко (53) 621.317.44(088.8) (56) Черноусова Н.Н. Современные методы и образцовые средства измерений электромагнитных параметров стандартных образцов @ерритов и магнитодиэлектриков. Сер. Образцовые и высокоточные методы измерений - М.: ВНИИКИ, 1978, с.16.

Вудс Д. Двойной Т-образный мост ля измерения проводимости на частотах 3-300 МГц. Сб. Точные электрические приборы.-М.: Иностранная литература, 1957, с.55. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к области электроизмерений и может быть использовано при измерении комплексной магнитной проницаемости материалов в электро- и радиотехнике. Целью изобретения является повышение точности измерений. Для достижения поставленной цели образец материала поочередно помещают в электрическое поле конденсаторов поперечных плеч обеих Т-цепей и определяют приращения емкостей отсчетных конденсаторов. Затем образец помещают в магнитное поле йндуктивности поперечного плеча второй Т-цепи и определяют прщ>ащение емкости отсчетных конденсаторов. Устройство для реализации предложенного способа содержит резистор 1 и конденсатор 2

1302226

+ Сдяа, 7 5 продольного плеча первой Т-цепи, отсчетный конденсатор 3, конденсатор

4 подключения образца, катушку 5 индуктивности первой Т-цепи, устройство 6 подключения образца, сопротивление 7 активных потерь в конденсаторах, конденсаторы 8 и 10 продольного плеча второй Т-цепи, генератор

Изобретение относится к области электроиэмерений и может быть использовано при измерении комплексной магнитной проницаемости материалов в электро- и радиотехнике.

Цель изобретения — повышение точности измерений.

На чертеже представлена схема устройства, реализующего способ.

Устройство содержит резистор 1 со значением R продольного плеча пер . вой Т-цепи, конденсатор 2 продольного плеча первой Т-цепи с величиной емкости С, соединенный одним концом с резистором 1, отсчетный конденсатор

3 переменной емкости величиной С, . конденсатор 4 подключения образца с величиной емкости С„е, катушку 5 индуктивности первой Т-цепи величиной

Ь, преобразователь 6 — устройство подключения образца к катушке 5 индуктивности с величиной индуктивности

Ь и последовательно соединенное с ов катушкой 5 индуктивности,сопротивление 7 активных потерь в конденсаторах

3 и 4, преобразователе 6 и катушке 5 индуктивности величиной р, Двухполюсники (конденсаторы 3 и 4, индуктив ность 5, сопротивление 7 активных,дотерь) соединены между собой параллельно, при этом один конец их соединения подключен к месту соединения резистора 1 и конденсатора 2, а второй - на корпус, т.е. заземлен. Кроме того, устройство содержит конденсатор 8 продольного плеча второй Тцепи величиной С< соединенный одним концом с конденсатором 2 и с потенциальным выводом генератора 9, конденсатор 10 величиной С продольного плеча второй Т-цепи, соединенный с вторым концом резистора 1 и с потен9, индикатор 11, отсчетный конденсатор 12 и катушку 14 индуктивности второй Т-цепи, конденсатор 13 подключения образца, устройство 15 подключения образца к катушке 14 индуктивности, сопротивление 16 активных потерь в элементаМ 12, 13, 14 и 15 схемы. 1 ил. циальной клеммой индикатора 11 баланса-вольтметра (низкопотенциальные выводы генератора 9 и индикатора 11 заземлены), отсчетный конденсатор 12 переменной емкости величиной Сд второй Т-цепи, конденсатор 13 подключения образца с величиной емкости С„ц,,,катушку 14 индуктивности второй Т-цепи величиной Lä, преобразователь 15—

10 устройство подключения образца к ка-! тушке 14 индуктивности величиной Lca последовательно соединенный с катуш1 кой 14 индуктивности, сопротивление

16 активных потерь в двухполюсниках, 15 конденсаторах 12 и 13, катушке 14 индуктивности и преобразователе 15 величиной рц. Двухполюсники соедине-, ны между собой параллельно и образу« ют поперечное плечо второй Т-цепи, 20 причем один конец их соединения подключен к месту соединения конденсаторов 8 и 10, а второй заземлен.

Устройство работает следующим образом.

25 ° °

В двойном Т-образном мосте при начальном балансе достигается минимальная проводимость на рабочей частоте

И> между генератором 9 и индикатором

11 посредством изменения величин элементов поперечных плеч обеих Т-цепей, т. е. конденсатора 3 и катушки 5 индуктивности; конденсатора 12 и катуш- ки 14 индуктивности, соответствукяцих уравнениям баланса моста:

1 С+ С+С+ — - (К+ К ) +

С С а 0 g 5 В

1302226 ных постоянных значений элементов ио С )

g5 (2) 1

Ы Сд ыСдь

А—

2ыС„

В = !

° (7) дСда г ы Cal»

gxa M B 1+> A ) (s) (9) b„= "(ы Сда - Ag„) В

=а — — — д Cab

1+и А (4) 35

gee В и

С+С- — "- g (1+Ы вЂ”вЂ”

С, С б 9 у С С а Кз где p - величина активной проводи5 мости резистора 1, С вЂ” реактивная проводимость ре- 1п

5 зистора 1, которая всегда имеет место и пренебрегаемая в известном способе.

При внесении образца материала в электрическое поле конденсатора С„а происходит изменение его проводимости, так как диэлектрическая проницаемость E и потери tg о образца вызывают изменение поля этого конденсатора, т.е. его емкости Сщ и проводи- 2g мости g что приводит к разбалансу моста. Баланс моста восстанавливается изменением величины емкости отсчетных конденсаторов 3 и 12 на дС р, и

ДСдь соответственно. Тогда значения 25 .С„ц и g„аиз уравнений (1) и (2) можно Выразить; — „„=дСд<„- А. g >+ (3)

Сз

ЬСдд = Ca

1 +dl==,, g5

При последующем внесении образца материала в электрическое поле конденсатора С„ этого же образца он вы40 зывает изменение e ro емкости С „ и проводимости я„, что приводит к разбалансу моста, а при достижении баланса моста изменением емкости отсчетных конденсаторов 3 и 12 на вели45 чину ЬС и д С цЬ соответственно баланс восстанавливается. Тогда значения С„ и g„< из уравнений (1) и (2) можно выразить:

С.e= n вь+ Вчь = Д зь + Aß )

Сз 50

Ь

g = — ыСеа.= — ЬСеа у

С С, 1

С,С, В (6) гдеA Ñ/g, В СC/Сg

5ь

Решая уравнения (3)-(6) относительно А и В, получаем выражения, поз.воляющие определить значения связанта с учетом реактивного сопротивления

R резистора 1 продольного плеча на рабочей частоте с учетом реактивного сопротивления устройства его подключения: 4 ы С ыС -(nC„-ыС )

При последующем помещении образца ,материала с магнитной проницаемостью p и потерями tg 3p в магнитное поле индуктивности Е преобразователя 15 происходит изменение активной и реактивной проводимости индуктивности моста L — 14 на величину соответственно g а и b q Это пРивоДиг к разбалансу моста, который восстанавливается изменением емкости отсчетных конденсаторов 3 и 12 соответственно на величину д C„ и ыСдь . Тогда

,„а и Ь„а по этим приращениям и из уравнений (1) и (2) и с учетом выражений (7) можно выразить:

При последующем помещении этого же образца материала в магнитное поле индуктивности 1 преобразователя 6 происходит изменение активной и реактивной проводимости катушки 5 индуктивности моста Le на величину соответственно g„ b„ . Это приводит к разбалансу моста, который восстанавливается изменением емкости отсчетных конденсаторов 3 и 12 соответственно на величину dCeg и аС .

Тогда из равенств (1) и (2) и с учетом выражений (7) и полученных значений приращения емкости конденсатоРов можно опРеДелить b„e H g :

= Q (dC Ь+ A g«ь); (10) С учетом трансформирующих свойств линий, применяемых в качестве катушек

5 и 14 индуктивностей, (Le и 1д), составляющие проводимости образца

5 1302226 (8), (9) и (10), (11) определяются через полученные приращения емкости отсчетных конденсаторов в первом и

Y а (1+сСи Эо Я оа Я о па ха x +bx у (12) ьха ха

2 1 ь =, .„,р 1

b Y (1+ctE l3 |. ). по ор a a ог + bx хр хр (13) яхве ъ (1+ctpк й. E )

К g..., К о (14) Ь=" + b хь хя

Я г

Ьх, Y,b (1+Ctg Р.1Ь) о,= оя о е

2 +.ь2 хе хе (15) Таким образом, произведя измерения образца материала в первом и втором плече моста, представляется возможным определение волновой проводимости катушек 5 и 14 индуктивности (Z. и S1x) на рабочей частоте с учетом переходных сопротивлений устройств их подключения к мосту и преобразователя к линии. Этим повышается на 10-20Х точность измерения магнитных характеристик материалов, так как параметры линии определяются экспериментально в процессе измерения, т.е. в реальных условиях.

2а (3 — рабочая длина волны), У, Y — волновая проводимость оа линий соответственно катушек 14 и 5 индуктивности;

М и 1Ь - длина этих линий.

Приравнивая попарно (12), (14) и (13), (15) получаем два уравнения, пРи Решении котоРых относительно Тоа 30 и 7„ получаем выражения для их опрецеления через приращения. емкости отсчетных конденсаторов

t4mn — $, mt — 84шпп

- — — — —" ° 1

qm — np 0> qm — np

Способ измерения магнитных характеристик материалов с помощью двойного Т-образного моста, заключакнцийся в том, что аттестуют мост, помещают образец материала в магнитное поле индуктивности поперечного плеча первой

Т-цепи и определяют приращения емкостей отсчетных конденсаторов поперечный плеч обеих Т-цепей,.вычисляют магнитные характеристики материала, используя приращение емкости; о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерений, поочередно помещают образец материала в электрическое поле конденсаторов поперечных плеч обеих Т-цепей, определяют приращения емкостей отсчетных конденсаторов, затем образец материала помещают в магнитное поле индуктив" ности поперечного плеча второй Т-цепи и определяют приращения емкости отсчетных конденсаторов.

40 ф в р +ь 80 в ха хв

i» Yù Ьов

b па или ц = а — Г /b g + Ь 55 -1 (17) (16) где m - — -+-x (1+ctg р Г ) ° n =

Кх Ф рФ+bx Ро а х ха ха

p = а (1+ctg poEQ); q

bxa

2- Ьха

gxa + bxa g + b x45 (1+с1 /Зо E>); S ctg (Зо fa y t сйфй .

Подставляя. полученные значения для

Y: и Yо соответственно в равенства (12)-(15), определяют значения составляющих проводимости образца, по которым из формул рассчитывают магнитные характеристики материала ед3р = <-" или Ед3р = <-""

b a ь„

6 втором случаях помещения образца материала в магнитное поле нндуктивностей соответственно

Формула изобретения