Способ измерения диэлектрических параметров вещества

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ Союз Советскик Социалистических Республик(2.с) Заявлено 28 Я 279 (2) 2752563/18-25с присоединением заявки йо(51) М. Кл. С 01 И 27/22 Государственный комитет СССР но деяам нзобретеннй н открытий(54) СНОСОВ ИЗМЕРЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВВЕЩЕСТВА Изобретение относится к способамнепрерывного измерения состава исвойств текучих веществ, напримердиэлектрической проницаемости жидкостей, электропроводности слабо ионизованного газа, количества полярной примеси в неполярном диэлектрикеи т,п.Известен способ измерения, прикотором анализируемое вещество вводят в зазор между электродами, включенными в качестве обкладок конденсатора в колебательный контур и измеряют изменение резонансной частотыконтура 15Недостаток этого способа - нестабильность измерения в течение длительного промежутка времени,Наиболее близким к предлагаемомуявляется емкостный компенсационный . 2 Оспособ измерения диэлектрических параметров вещества, при котором помещают эталонное вещество в зазор междуэлектродами измерительного конденсатора; включенного в,компенсационную 25(мостовую) схему, балансируют мост назаданной частоте или в заданном ин-тервале частот питакщего напряжемия,затем заменяют эталонное веществоанализируемым и измеряют величину раз"Ю баланса мостовой схемы на той же частоте или в том же интервале частот(2).Однако этот способ измерения обладает недостаточно высокой стабильностью из-за флуктуаций и дрейФа "нуляк в промежутках времени между двумя последовател Мыми калибровками моста. Необходимость периодической установки фнуля" нарушает непрерывность процесса измерения и требует использования эталонного вещества. При сравнительно длительных непрерывных измерениях известным способом не может быть достигнута высокая точность. Цель изобретения - повьааение точности и стабильности при измерении частотно-зависимых диэлектрических параметров.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, при котором помещают анализируемое вещество в зазор между электродами измерительного "онденсатора, включенного в мосто.ую (компенсационную) схему, и измеряют величину разбаланса на заданной частоте, одновременно балансируют мостовую схему на другой частоте, при которой величина измеряемых частотно-эависимых параметров отлм857840 Если подать на мостовую схему напряже 8, Последний реагирует только на напряжение с частотой 100 Гц, так как включен через фильтр 7, не пропускаю щий частоту 10 Гц. Одновременно напряжение низкой частоты не,нлияет на 45 50 55 60 б 5 чается,от величины последних на заданной частоте.Способ измерения основаи на том, что при измерении частотно-зависимых диэлектрических параметров, последние отличаются от параметров эталонного вещества только в заданном интервале частот. Например, полярное вещество обладает. высокой диэлектрической проницаемостью только на частоте нижечастоты диэлектрической релаксации. ние с частотой выше критической, то анализируемое вещество имеет практически ту же диэлектрическую проницаемость, что и эталонное.Балансировку моста на "нуль" на эталонном веществе (роль которого на высокой частоте выполняет само анализируемое вещество) и измерение на другой (низкой) частоте величины раэбаланса осуществляют одновременно. При этом малейшие отклонения моста от баланса на высокой частоте сразу же компенсируются известным способом электронной схемой. Дрейф "нуля" и Флуктуации практически отсутствуют в течение всего времени измерения, как бы велико оно ни было.На чертеже схематично изображено устройство для осуществления предлагаемого способа.Оно содержит измерительный конденсатор 1 с введенным в него анализируемым веществом 2, конденсаторы 3 постоянной емкости и конденсатор 4 с электрически управляемой переменной емкостью. Конденсаторы 1, 2 и 4 соединены в виде мостовой схемы. В диагональ Й-б этой схемы включены параллельно генератор 5 низкой частоты и генератор 6 высокой частоты. В другую диагональ Ь-Ъ мостовой схемы включены через Фильт, 7 низких частот измеритель 8, а через фильтр 9 нысоких частот индикатор 10 рассогласования моста с электрическим выходом, В качестве индикатора 10 может быть использован, например, синхронный детектор, управляемый напряжением генератора 6. Выход индикатора 10 подключен к конденсатору 4 для управления величиной емкости .последнего.П р и м е р, Измеряют диэЛектрическую проницаемость слабо ионизонанного газа с концентрацией ионов н интервале от 10 одо 10 с мм и средней подвижностью ионов в газе 1 см 2/В с при нормальных условиях (давление 1 атм, температура 20 С), Параметром частотной зависимости диэлектрической проницаемости является максвелловское время релаксации, В данном примере оно лежит в интервале от 10 " до 10 фс. На частоте, большей 10 Гц диэлектрическая пронйцаемость и тангенс угла потерь слабо ионизован-ного газа с указанными параметрами практически не отличаются от диэлектрической проницаемости и тангенса угла потерь неионизонанного . газа (который принимается н качестве эталонного газа). При этом тангенс угла потерь пренебрежимо мал. В интервалечастот 10-104 Гц диэлектрическая проницаемость ионизованного газа значительно выше, чем неионизованного,Для осуществления способа помещают ионизованный газ между обкладками 10 конденсатора 1, изолированными от газа диэлектрическими прокладками (для исключения тока проводимости. Выби.рают частоту генератора 6-10 Гц. На этой частоте антоматически балансиру ют мост в течение всего времени процесса измерения и одновременно с ним.Балансировка моста осуществляетсяследующим образом. Если имеет место разбаланс на частоте 10 Гц, напряжещ ние этой частоты через фильтр 9 воздействует на индикатор 10. Последний вырабатывает сигнал, который воздействует на конденсатор 4 таким образом чтобы уменьшить величину разба 1ланса (начастоте 10 Гц). Точность балансировки может составлять, 10 и выше. Частоту генератора 5 выбирают в интервале 10-104 Гц, например 100 Гц. Иостовая схема, все время сбалансированная на частоте 10 Гц,5на частоте 100 Гц разбалансирована тем больше, чем выше концентрация ионов н слабо ионизиронанном газе, Величину разбаланса, зависящую от текущего значения концентрации ионов, т.е. от емкости конденсатора 1 на частоте 100 Гц измеряют по шкале измерителя работу индикатора 10, так как фильтр9 не пропускает частоту 100 Гц. Поскольку мост нсе время балансируется автоматически н процессе измерения, начальная точность измерения, например 10 6, сохраняется н течение всего срока службы электро-радиоэлементов без периодической установки"нуля" и нарушения непрерывности процесса измерения. Кроме тго, по предлагаемому способу, н отличие от известного, применение эталонного вещества становится необязательным.В примере описана балансировка- моста без учета сдвига фаз из-за различия н тангенсах углов потерь. Это допустимо поскольку, н большинстве практически важных случаев не приводит к заметной погрешности измерения. Однако, в принципе, балансировку моста можно осуществлять известным способом сразу как по амплитуде, так и по фазе, т,е. учитываявозможное отличие тангенсов угла857840 Формула изобретения Составитель В. Гу Техред А. Вабине ва Корректор М, Кост актор О. Мале Тираж 907 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 13035, Москва, Жр Раушаказ 7232/72 Подписноеомитета СССРоткрытийкая наб д. 4/5 Филиал ПЛП "Патентф, г. Ужгород, .Ул. Проек 4 потерь. Суть предлагаемого способа остается при этом беэ изменений.Вопросы, связанные с учетом сдвига фаз иэ-за отличия в тангенсах угла потерь, существенны только по Отношению к той частоте, на которой мост балансируется на "нуль",По предлагаемому способу, кроме диэлектрической проницаемости, может быть измерена также величина активных потерь на частоте 100 Гц. Для этого измерителем 8 измеряют, помимо амплитуды, фазу напряжения в диагонали Ь, моста.Технико-экономическими преимуществами предлагаемого способа являются 15 поаышение стабильности измерения, необязательность использования эталонного вещества и возможность проведения непрерывных измерений в течение длительного промежутка времени (опре- Щ деляемого в пределе сроком службы радиоэлемен-.ов), что позволяет повысить надежность приборов с мостовыми измерителями, упростить их обслуживание, конструкцию и одновременноповысить точность измерения. Способ измерения диэлектрическихпараметров вещества, при котором помещают анали:ируемое вещество в зазормежду электродами измерительного конденсатора, включенного в мостовуюсхему, и измеряют величину разбалансана заданной частоте, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью повыше-.ния стабильности и точности при измерении диэлектрических параметров, величина которых зависит от частоты,одновременно балансируют мостовуюсхему на другой частоте, при которойвеличина частотно-зависимых диэлектрических параметров отличается от величины последних на заданной частоте.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Эме Ф. Диэлектрические измерения, М., "Химия", 1967, с. 28.2, Там .ке, с, 27 (прототип).