Измерение диэлектрических свойств твёрдых тел

Измерение диэлектрической проницаемости порошков

Диэлектрическую проницаемость порошков обычно измеряют для практических целей, например при изучении свойств наполнителей для изоляционных материалов. Однако подобные измерения позволяют так же анализировать структуру, определять влагосодержание и т.д. Существует 2 метода определения диэлектрической проницаемости Е порошков: метод погружения и прямого измерения.

Метод погружения основан на измерении диэлектрической проницаемости после внесения исследуемого порошка в ряд жидких смесей с известной Е до достижения равенства Е порошка и жидкости в которую он погружается. В качестве измерительной ячейки используется диэлектрический конденсатор.

1 – внутренний электрод.

2 – внешний электрод.

3 – изолятор.

4 – измерительное пространство.

5 – объём для приёма вытесненной порошком жидкости.

В измерительную ячейку заливают жидкость, определяют ёмкость, затем в эту жидкость вносят определённую массу порошка и вновь определяют ёмкость, так как вероятность равенства Е жидкости и Е порошка не велика, то после внесения порошка ёмкость либо увеличивается либо уменьшается. Находят разность двух измерений и из полученной разности делают вывод о требуемом изменении диэлектрической проницаемости жидкости для её приближения к искомой Е порошка, затем опыт повторяют. В данном случае целесообразнее работать с бинарными смесями жидкостей с различными значениями Е. работа продолжается до тех пор пока разность двух измерений не изменит знак. Результаты заносят в таблицу а Е определяют по графику.

По графику определяется состав жидкости, когда разность измерений равна нулю. Проницаемость жидкости данного состава будет равна Е порошка.

Согласно методу прямого измерения, измерительная ячейка поочерёдно заполняется жидкостями с различными диэлектрическими проницаемостями и строится график в координатах диэлектрическая проницаемость – ёмкость. После этого ячейка опять поочерёдно заполняется теми же жидкостями, но при этом в неё каждый раз дополнительно вносится фиксированная навеска исследуемого порошка, измеренные значения так же наносятся на график. Точки пересечения двух кривых соответствует диэлектрической проницаемости порошка.

Измерение Е твёрдых тел занимаются в более крупных масштабах чем исследованием порошков. Их используют при испытаниях изоляционных материалов, для структурных физико-химических исследований, определение температурных характеристик, наличие примесей, влагосодержание материалов и т.д. существует две основные методики измерений: проба вводится в измерительный участок и располагается между электродами определённого геометрического размера; вторая методика – на пробу наносятся электроды соответствующих размеров.

Первая методика, необходимо контролировать прижимные усилия, строго соблюдать плоско-паралельность пробы, исключать воздушные зазоры между электродами и образцом.

По второй методике электроды наносят непосредственно на образец с помощью проводящих паст методами вжигания, электрохимическими методами или методами вакуумного осаждения, зависит от химических свойств образца. Универсальным средством является нанесение на образец тонкой металлической фольги, для этого хорошо подходит фольга из золота, алюминия, такая фольга хорошо прилипает к образцам и держится на них достаточно прочно. Она должна наноситься без воздушных включений, что достигается прокатыванием нажимным резиновым роликом. В данном случае может возникать ошибка краевого поля, вредное влияние этого поля на ёмкость рабочего измерительного участка устраняется введением защитного кольца.

Рабочий электрод 1, имеющий значительный потенциал относительно земли, окружён кольцом 3, оно связано с узлом измерительного моста, который имеет потенциал равный потенциалу измерительного электрода. 2 – электрод заземлителя. Защитное кольцо устраняет влияние краевых эффектов. При его использовании измерения проводят практически в идеальном однородном поле, при измерении очень тонких образцов краевыми эффектами можно пренебречь и не использовать защитное кольцо.