БЕСКОНТАКТНЫЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ТВЕРДЫХ И ЖИДКИХ ДИЭЛЕКТРИКОВ

БЕСКОНТАКТНЫЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ТВЕРДЫХ И ЖИДКИХ ДИЭЛЕКТРИКОВ


RU (11) 2234075 (13) C2

(51) 7 G01N22/00, G01R27/26 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

(14) Дата публикации: 2004.08.10 
(21) Регистрационный номер заявки: 2002108056/09 
(22) Дата подачи заявки: 2002.03.29 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2002.03.29 
(43) Дата публикации заявки: 2003.10.20 
(45) Опубликовано: 2004.08.10 
(56) Аналоги изобретения: RU 94012374 A1, 27.07.1996. RU 2012871 С1, 15.05.1994. RU 2103673 С1, 27.01.1998. US 5309110 A, 08.09.1993. US 5386196 A, 31.01.1995. 
(72) Имя изобретателя: Новиков Г.К. (RU); Жданов А.С. (RU); Смирнов А.И. (RU); Мецик М.С. (RU); Новикова Л.Н. (RU); Швецова Н.Р. (RU) 
(73) Имя патентообладателя: Иркутский государственный университет (RU) 
(98) Адрес для переписки: 664003, г.Иркутск, ул. Карла Маркса, 1, ИГУ, патентный отдел 

(54) БЕСКОНТАКТНЫЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ТВЕРДЫХ И ЖИДКИХ ДИЭЛЕКТРИКОВ 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано, например, для проверки качества твердых и жидких электроизоляционных материалов. Техническим результатом является создание способа измерения диэлектрической проницаемости без разрушающего воздействия и достижения более высокой точности и достаточно простого в использовании. В способе определения диэлектрической проницаемости путем воздействия электромагнитного поля испытуемый образец помещают в межэлектродное пространство между измерительным плоским электродом и поверхностью вращающегося металлического диска, на котором закреплен полимерный пленочный электрет - источник электрического поля, определяют амплитудное значение индукционного тока измерительного электрода в случае, когда испытуемый образец находится в межэлектродном пространстве, амплитудное значение индукционного тока без помещения диэлектрика, а диэлектрическую проницаемость по приведенной математической формуле. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано, например, для проверки качества твердых и жидких электроизоляционных материалов.

Известны мостовой и резонансный способы измерения диэлектрической проницаемости твердых и жидких диэлектриков [1, 2], которые позволяют проводить измерение диэлектрической проницаемости электроизоляционных материалов в измерительной ячейке с накладными или напыленными в вакууме металлическими измерительными электродами.

Недостатком вышеуказанных способов измерения является то, что для их реализации необходимо использование накладных или напыляемых в вакууме металлических электродов.

Известен способ контроля толщины и диэлектрической проницаемости диэлектрика [3], который включает одновременное облучение исследуемого диэлектрика на металлическом основании излучением в СВЧ и ВЧ диапазонах. Частоту ВЧ излучения выбирают из условия, что толщина схемы-слоя меньше толщины металлического основания, измерение изменений величин продетектированных сигналов на ВЧ и СВЧ в отсутствие диэлектрика на металлическом основании и в его присутствии и определение толщины.

Известен способ определения диэлектрической проницаемости материала [4]. Способ включает возбуждение электромагнитных колебаний в микрополосковой линии с известными параметрами комплексной диэлектрической проницаемости, измерение ее импеданса в режимах холостого хода и короткого замыкания при размещении микрополосковой линии на поверхности исследуемого образца материала и при отсутствии исследуемого образца и вычисление диэлектрической проницаемости исследуемого образца материала.

Ближайшим аналогом является способ определения комплексной диэлектрической проницаемости материала [5]. Способ заключается в подаче на исследуемую пробу скачкообразно изменяющегося напряжения чередующейся полярности с периодом циклической частоты измерения, интегрировании поляризационного тока и регистрации величины поляризационного заряда в равноотстоящие моменты времени. При вычислении действительной части комплексной диэлектрической проницаемости выбирают количество отсчетов в течение полупериода не менее четырех, а при вычислении мнимой части - не менее 32. Вычисления компонент комплексной диэлектрической проницаемости производят суммированием величин отсчетов, умноженных на тригонометрические функции фазового угла (синус или косинус для действительной или мнимой части соответственно).

Недостатком известных способов и прототипа является то, что они достаточно сложны в применении.

Задачей предлагаемого изобретения является создание способа измерения диэлектрической проницаемости без разрушающего воздействия и достижения более высокой точности и достаточно простого в использовании.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе определения диэлектрической проницаемости путем воздействия электромагнитного поля испытуемый образец помещают в межэлектродное пространство между плоским измерительным электродом и поверхностью вращающегося металлического диска, на котором закреплен полимерный пленочный электрет - источник электрического поля, определяют амплитудное значение индукционного тока измерительного электрода в случае, когда испытуемый образец находится в межэлектродном пространстве Ix, амплитудное значение индукционного тока без помещения диэлектрика Iвозд, а диэлектрическую проницаемость вычисляют по формуле



где x - диэлектрическая проницаемость исследуемого диэлектрического материала;

возд - диэлектрическая проницаемость воздуха;

hx - толщина исследуемого диэлектрического материала;

hвозд - толщина воздушного промежутка;

h - расстояние от поверхности измерительного электрода до поверхности вращающегося диска, на которой закреплен тонкопленочный электрет - источник электрического поля;

Ix - амплитудное значение индукционного тока измерительного электрода, измеренное с помощью осциллографа, для случая, когда исследуемый диэлектрик находится в межэлектродном измерительном промежутке;

Iвозд - амплитудное значение индукционного тока для случая, когда межэлектродный измерительный промежуток заполнен только воздухом.

В качестве источника электрического поля используют тонкий пленочный электрет из конденсаторной пленки политетрафторэтилен (ПТФЭ).

Способ осуществляется следующим образом.

На чертеже представлена схема устройства для определения диэлектрической проницаемости.

На поверхности вращающегося диска 1 закрепляют предварительно заполяризованный электрет 2 круглой формы, диаметром - d. Исследуемый твердый диэлектрик 3 в виде цилиндра диаметром - D и высотой - H, где D>>d, помещают в промежутке между измерительным электродом 4 и поверхностью заземленного вращающегося диска 1 с закрепленным пленочным электретом 2.

Если необходимо выполнить измерения диэлектрической проницаемости - жидкого диэлектрика (например, трансформаторного масла), то в межэлектродный промежуток устанавливают тонкостенный полиэтиленовый сосуд цилиндрической формы с толщиной стенки - h, где h<<Н. Толщина стенки полиэтиленового сосуда h значительно меньше толщины слоя жидкости Н.

На клеммы электродвигателя подают постоянное напряжение питания от 0 до 30 В. В зависимости от подаваемого напряжения скорость вращения электродвигателя и соответственно скорость вращения диска 1 может меняться в пределах от 0 до 3000 об/мин.

Амплитуду сигнала от электрета 2 измеряют с помощью электронно-лучевого осциллографа. Для определения диэлектрической проницаемости твердых и жидких диэлектриков необходимо выполнить два измерения величины Ii.

Первое Iвозд - измеряют при удалении испытуемого диэлектрика из измерительного межэлектродного промежутка (в межэлектродном промежутке находится только воздух). Второе Ix - измеряют, когда в измерительный межэлектродный промежуток помещают исследуемый диэлектрик.

Расчет величины диэлектрической проницаемости исследуемого диэлектрика производят по формуле



где h - расстояние от поверхности измерительного электрода до поверхности вращающегося диска; hx - толщина исследуемого диэлектрика - толщина воздушного промежутка.

Н=hвозд+hx

При полном заполнении межэлектродного промежутка исследуемым диэлектриком (например, проведение измерений в трансформаторном масле) величина диэлектрической проницаемости диэлектрического материала измеряется по формуле



где hвозд=0 и hx=h.

Пример 1

Измерение диэлектрической проницаемости трансформаторного масла.

В тонкостенный стакан из полиэтилена с толщиной стенки 0,05 мм заливают трансформаторное масло (толщина слоя 10 мм). Устанавливают межэлектродное расстояние в измерительном конденсаторе 15 мм. Проверяют, что в этой области межэлектродных промежутков зависимость амплитуды измеряемого сигнала от величины обратного расстояния 1/h I=f(1/h) практически линейна и вклад краевой емкости минимален. В измерениях используют электрет пленки ПТЭФ - h=10 мкм, заполяризованный до величины электретной разности потенциалов V=1000 В. Производят два измерения амплитуды сигнала осциллографа Iвозд - для пустого (заполненного воздухом) измерительного конденсатора и Ix - для измерительного конденсатора с исследуемым образцом - трансформаторным маслом.

По шкале электронно-лучевого осциллографа измерены два значения амплитуды сигнала Iвозд=10,0 мм и Ix=16,6 мм. Считаем, что диэлектрическая проницаемость воздуха возд=1.

По формуле производим расчет диэлектрической проницаемости трансформаторного масла



Расчетное значение диэлектрической проницаемости для трансформаторного масла равно 2,5, что находится в соответствии со справочными данными.

Пример 2

В измерениях используют пластинку из слюды мусковит, толщиной 10 мм. Устанавливают межэлектродное расстояние в измерительном конденсаторе 15 мм. Проверяют, что в этой области межэлектродных промежутков зависимость амплитуды измеряемого сигнала от величины обратного расстояния 1/h Ix=t(1/h) практически линейна и вклад краевой емкости минимален. В измерениях используют электрет пленки ПТЭФ - h=10 мкм, заполяризованный до величины электретной разности потенциалов V=1000 В. Производят два измерения амплитуды сигнала осциллографа Iвозд - для пустого (заполненного воздухом) измерительного конденсатора и Ix - для измерительного конденсатора с исследуемым электроизоляционным материалом (слюда мусковит).

По шкале электронно-лучевого осциллографа измерены два значения амплитуды сигнала Iвозд=10,0 мм и Ix=23,1 мм. Считаем, что диэлектрическая проницаемость воздуха возд=1.

По формуле производим расчет диэлектрической проницаемости слюды мусковит



Расчетное значение диэлектрической проницаемости для слюды мусковит равно 6,7, что находится в соответствии со справочными данными.

Предлагаемый способ позволяет значительно упростить измерения диэлектрической проницаемости без разрушающего воздействия.

Источники информации

1. Казарновкий Д.М., Тареев Б.М. Испытания электроизоляционных материалов. - М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963.

2. Эме Ф. Диэлектрические измерения. Для количественного анализа и для определения химической структуры. Пер. с немец. Штиллера Б.Н. Под ред. Заславского И.И. - М.: Химия, 1967.

3. Патент РФ №2012871, G 01 N 22/00, 1994.

4. Патент РФ №2103673, G 01 N 22/00, G 01 R 27/26, 1998.

5. Заявка РФ №94012374, G 01 R 27/26, 1996 (прототип). 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Бесконтактный способ определения диэлектрической проницаемости твердых и жидких диэлектриков путем воздействия электромагнитного поля, отличающийся тем, что испытуемый образец помещают в межэлектродное пространство между измерительным плоским электродом и поверхностью вращающегося металлического диска, на котором закреплен полимерный пленочный электрет - источник электрического поля, определяют амплитудное значение индукционного тока измерительного электрода в случае, когда испытуемый образец находится в межэлектродном пространстве, амплитудное значение индукционного тока без помещения диэлектрика, а диэлектрическую проницаемость вычисляют по формуле



где х - диэлектрическая проницаемость исследуемого диэлектрического материала;

возд. - диэлектрическая проницаемость воздуха;

hх - толщина исследуемого диэлектрического материала;

hвозд. -толщина воздушного промежутка;

h - расстояние от поверхности измерительного электрода до поверхности вращающегося диска, на которой закреплен тонкопленочный электрет - источник электрического поля;

Ix - амплитудное значение индукционного тока измерительного электрода, измеренное с помощью осциллографа, для случая, когда исследуемый диэлектрик находится в межэлектродном измерительном промежутке;

1возд. - амплитудное значение индукционного тока для случая, когда межэлектродный измерительный промежуток заполнен только воздухом.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве источника электрического поля используют тонкий пленочный электрет из конденсаторной пленки политетрафторэтилен. 


РИСУНКИ

Рисунок 1




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Электроника и электротехника




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+автомобильная -сигнализация".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "датчик" будут найдены слова "датчик", "датчики" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("датчик!").


Металлоискатели и металлодетекторы | Электронные устройства охраны и сигнализации | Электронные устройства систем связи | Приемные и передающие антенны | Электротехнические и радиотехнические контрольно-измерительные приборы и способы электроизмерений | Электронные устройства пуска, управления и защиты электродвигателей постоянного и переменного тока | Электродвигатели постоянного и переменного тока | Магниты и электромагниты | Кабельно-проводниковые и сверхпроводниковые изделия


Рейтинг@Mail.ru