Способ определения диэлектрической проницаемости материалов

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

)s G 01 N 27/22

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 "1 n8

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ с

1 ф

IQ

; ) (ф

iM (21) 4842701/25 (22) 27.06,90 (46) 07.07,92. Бюл. ¹ 25 (71) Рижский политехнический институт им, А.Я.Пельше (72) В,И.Бересневич, С.Л,Цыфанский, Л. К, Кулэковская, В, В. Кон нов и Э.А. Красноперов (53) 543.25(088,8) (56) Эпштейн С.Л. Измерение характеристик конденсаторов, — M, — Л,: Энергия, 1965, с,99-130, Авторское свидетельство СССР № 1635723, кл. 6 01 N 27/22, .1990. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ МАТЕРИАЛОВ (57) Использование: широкий класс задач диэлькометрии при определении диэлектИзобретение 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 обьектов сравнения.

Наиболее близким по технической сущности является способ определения диэлек„„. Ы„„1746282 А1 рической 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 гарМоННК определяют величину диэлектрической проницаемости по предварительно построенной градуировочной кривой, Из 4ерение амплитуд гармоник производят после настройки колебательного контура на режим. устанавливающийся в результате скачкообразного повышения напряжения на нелинейном емкостном элементе. 2 ил. трической проницаемости материалов, основанный на нелинейных эффектах резонансной электрической цепи. Способ заключается етом, 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.

1746282

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 (H3) U от частоты к На фиг, 1 приведена подобная зависимость для трех материалов с я =const с разным коэффициентом диэлектрических потерь E з">

>el" > о >". Амплитуда колебаний Uc и частота возбуждения v на приведенных АЧХ отложены в относительных без азмерных единицах 0 — U /Uo и v = м (Сд, что придает полученным результатам большую общность (Ui: — напряжение на выходе НЭ;

U<> — пороговое напряжение кусочно-линейной емкостной характеристики), Отличительная особенность приведенных АЧХ вЂ” наличие зоны неоднозначности колебаний ВА (ВА, ВАр или ВАз в зависимости or 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 нестационарнь,м 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, возникающлй в точке А АЧХ, принято называть резонансным, а режим, возникающий в другой граничной точке В,—

Околорезонансным режимом обратног0 скачка.

Согласно процедуре предложенного способа определение диэлектрической проницаемости е кконтролируемого материала осуществляется при нас райке 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 м одновременно измеряют напряжение

U на нелинейном элементе. В момент резКОГО скачкообразнОГ0 увеличения напряже" ния (точка В -В) изменение частоты прекращают и производят измерение амплитуд третьей и первой гармоник U« ) U« ). И по заранее построенной градуировочной

5 кривой е = f(Ui:< Ис определяют диэлек(з) (1) трическую проницаемость материла, Блок-схема устройства, реализующего способ, приведена на фиг.2.

Устройство содержит генератор 1 сину10 соидального напряжения, индуктивность

2 колебательного контура, кювету 3 для исследуемого материала, измерительный конденсатор (с) 4, дополнительный конденсатор(сд)5, электронный ключ б, компа15 рата р 7, блок 8 развязки, вольтметр 9, анализатор 10 спектра, вычислительное устройство (делитель) 11 и индикатор 12, заранее отградуированный в единицах диэлектрической проницаемости е.

20 Измерительный (с) и дополнительный (сд) конденсаторы, электронный ключ 6 и двухуровневый компаратор 7 в совокупности образуют нелинейный емкостный элемент (НЗ), питание которого осуществ25 ляется от источников постоянного напряжения (+U, -U ).

Настройка колебательного контура на требуемый нелинейный режим осуществлялась перестройкой частоты генератора 1 си30 нусоидального напряжения. Факт выхода системы на рабочий режим обратного скачка фиксировался с помощью вольтметра 9, подключенного к блоку 8 развязки по резкому (скачкообразному) увеличению на35 пряжения U на выходных зажимах А и В нелинейного элемента. Спектральный состав нелинейных колебаний на НЭ измерялся анализатором 10 спектра, также подключенным к блоку 8 развязки.

40 Формула изобретения

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

45 конденсатора, включенного в колебательный контур, имеющий в своем составе нелинейный емкостный элемент, измеряют амплитуды первой и третьей гармоник спектра напряжения на нелинейном емкостном

50 элементе и по соотношению ампллтуд гармоник определяю величину диэлектрической проницаемости по предварительно построенной градуировочной кривой, о т л ич а ю шийся тем, ч о, с целью повышения

55 точности определения диэлектрической проницаемости материалов при контроле материалов с нестабильными хара:-:1еристиками, изменяют астоту возбуждения контура с нелинейным элементом. причем

1746282

10 yLX Ьг/ люО

Составитель Ю, Коршунов

Редактор Н. Лазоренко Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор В. Гирняк

Заказ 2391 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 первоначальное значение частоты устанавливают равным верхнему граничному значению, измеряют напряжение на нелинейном элементе и при фиксации скачка

Up

1g. напряжения прекращают изменение частоты, при подаче на контур напряжения с установившейся частотой производят измерение амплитуд гармоник.