Измерение диэлектрических свойств

Бесконтактные методы

Относятся к не разрушающим методам контроля, не на до при измерении изготавливать образцы правильной геометрической формы, не надо наносить контакты и т.д. В качестве бесконтактных наиболее часто применяют индуктивный и ёмкостной методы. Для определения РО индуктивным методом используют катушку индуктивности по которой пропускают переменный ток, а так же регистрирующее устройство, позволяющее определять значение и фазу этого тока. При измерениях в зависимости от типа катушки исследуемый образец помещают либо внутрь катушки либо катушку прижимают к поверхности исследуемого образца, в обоих случаях осуществляется индуктивная связь образца с катушкой, исследуемый образец влияет на электрические параметры катушки в результате чего протекающий через неё ток несёт определённую информацию о свойствах образца.

При ёмкостном методе измерения РО измеряют активное сопротивление и ёмкость образца – импеданц образца. Связь образца с измерительной схемой осуществляется с помощью U-образных или кольцевых контактов отделённых от образца слоём диэлектриков. Металлический контакт и поверхность образца составляют ёмкость. Образец с контактами можно представить в виде последовательно включённых ёмкостей и сопротивления частью образца заключённого между контактами. Метод требует предварительной калибровки.

Диэлектрические измерения это определение диэлектрических характеристик материала, таких как диэлектрическая проницаемость, диэлектрические потери; помимо электротехнических измерений, могут применяться в аналитической химии в различных областях, например для определения содержания влаги, для определения чистоты соединений, анализа бинарных и других систем. В основе диэлектрических измерений лежат явления, происходящие в помещённом в электрическое поле веществе.

На практике измерения проводят либо при фиксированной частоте, либо измеряют комплексную диэлектрическую проницаемость (Е) и тангенс угла диэлектрических потерь в широком диапазоне частот. Измерения относительно диэлектрической проницаемости веществ обычно сводится к расчётам по измеренной ёмкости конденсатора с веществом и известным геометрическим размерам конденсатора. В настоящее время для измерения ёмкости и тангенса угла потерь используют универсальные цифровые измерители.

Измерение диэлектрических свойств жидкостей, для измерения диэлектрической проницаемости жидкости используются ячейки в виде плоских или цилиндрических конденсаторов, чаще применяют металлические ячейки, ячейки термостатируют, для того чтобы температурная зависимость диэлектрической проницаемости не вносила погрешности в измерение. Ячейки должны калиброваться эталонными жидкостями с точно известной диэлектрической проницаемостью. Эталонные жидкости должны быть определённой частоты, иметь малую проводимость, малый тангенс угла потерь. Немногие химические вещества удовлетворяют данным условиям, чаще применяют бензол, ацетон, бензиновый спирт, нитробензол, хлорбензол, дименирализованная вода. Для определения абсолютного значения диэлектрической проницаемости исследуемой жидкости необходимо провести калибровку измерительной ячейки для определения ёмкости пустой ячейки и ёмкости подводящего монтажа. Существует несколько методов калибровки, наиболее простым является метод построения калибровочной кривой в координатах диэлектрическая проницаемость – ёмкость ячейки. Для определения значения ёмкости пустой ячейки и ёмкости проводов подводящего монтажа берут два калибровочных вещества с диэлектрическими проницаемостями Е₁ и Е₂, охватывающими требуемый диапазон измерений. По полученным данным вычисляют значения С_п и С_м исходя из условия. По известным значениям С_м и С_п вычисляют диэлектрическую проницаемость неизвестного вещества. Метод калибровки измерительных ячеек требует точно определённых эталонных проб, для абсолютных измерений Е необходимо чтобы имелась возможность точно изменять рабочую ёмкость измерительной ячейки, используется ячейка с подвижным электродом.

Рисунок. Измерительная ячейка с переменной ёмкостью.

1 – центрирующий стержень.

2 – внутренний электрод.

3 – внешний электрод.

4 – изолятор.

Внутренний электрод может быть зафиксирован в двух положениях, которым соответствуют два значения внутренней ёмкости С_п1 и С_п2. При заполнении ячейки исследуемой пробы измеряют ёмкость при двух положениях внутреннего электрода. Диэлектрическую проницаемость пробы рассчитывают по формуле:

E_x=(C_x1-C_x2)\(C_п1-С_п2)

Влияние С_м при этом исключается.