Способ измерения удельного сопротивления порошкового материала

09) 01 СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК к 21 0 ИЗОБРЕТЕНИЯ ОПИС ТЕЛЬСТВУ ТОР СНОМ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИЙ(71) Всесоюзный институт огнеупоров (53) 621.317.738(088.8)(56) 1. Авторское свидетельство СССР 9316035, кл. Я 01 К 27/26, 1969.2. Петровский В.Л. Определение диэлектрических характеристик порошков на сверхвысоких частотах.-"Порошковая металлургия", ВЗ, 1980, с.65 (прототип).(54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПОРОШКОВОГО МАТЕРИАЛА путем заполнения исследуемым порошко. вым материалом СВЧ резонатора, воз-, буждения его электромагнитными колебаниями одной частоты, фиксации состояния резонанса,о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повьппения точности, предварительно измеряют фазу волны на выходе незаполненного СВЧ резонатора, после заполнения СВЧ резонатора полностью и возбуздения его электромагнитными колебаниями одной частоты, изменяют объемную концентрацию исследуемого йорошковогоматериала путем его уплотнения и досыпки, состояние резонанса фиксируют по моменту, когда фаза волны на выходе СВЧ резонатора изменяется на величину, кратную 360 относительно фазы волныО на выходе незаполненного СВЧ резонатора, измеряют значение длины волны и объемной концентрации исследуемого порошкового материала при резонансе р а удельное сопротивление порошкового Е материала определяют по зависимости, связывающей его с длиной волны и объемной концентрацией порошкового материала при резонансе.Изобретение относится к радиоизмерительной технике, а также к технике неразрушающих испытаний, и можег быть применено для технологического контроля удельного сопротивления (электропроводности) и качества. порошковых материалов, а также дляизучения их электрофиэических свойств.Известен способ измерения удельного сопротивления материала, с использованием СВЧ-колебаний, осуществляемый следующей последовательностью операций: резонатор заполняютпорошковым материалом частично, возбуждают резонатор электромагнитными 15СВЧ-колебаниями нескольких частот,фиксируют состояние резонанса поамплитуде колебаний, определяютудельное сопротивление по добротности резонатора, причем добротность определяют по ширине резонансной кривой путем подачи нарезонатор с исследуемым материаломчастотномодулированных колебанийилиизменения объема резонатора Я.Недостатком известного способаявляется недостаточно высокая точность измерения на порошковых материалах с малым удельным сопротив- ,З 0лением и переменным зерновым составом. Кроме того, для достижения высокой точности измерения объем образ.ца Должен быть значительно меньшеобщего объема резонатора, причемс увеличением электропроводностиобъем образца приходится уменьшать.Это снижает представительность полу-.ченных результатов.Наиболее близким к предлагаемомуявляется способ измерения удельногосопротивления, включающий в себяследующую последовательность операций: заполняют резонатор порошкомчастично, возбуждают резонаторэлектромагнитньачи сверхвысокочастотныюн колебаниями одной частоты,определяют удельное сопротивлениепо добротности резонатора, измеренной цо ширине резонансной кривойпри расстройке изменением объемарезонатора 2.Недостатком способа являетсянизкая точность из-эа недостаточной Чувствительности при измерениях на 55 материалах с малым удельнж сопротивлением и маскирующего влияния на результаты измерения переменной дисперсности порошков, малое количество исследуемого материала (1 куб.см), что снижает представительность полученного результата измерения и вызывает потребность в увеличении числа измерений, необходимость приготовления образцов определенной формы, что делает изме. .рения более длительными и трудоемки. ми, а также вносит в измерения мешающий фактор.Недостатки способов связаны с тем, что тангенс угла диэлектрических потерь определяется по величине добротности резонатора (ширине резонансной кривой), точность измерения которой на материалах с большой злектропроводностью становится низкой. Кроме того, на величину добротности влияет степень дисперсности порошковых материалов, что вносит значительную погрешностЬ при проведении измерений на порошковых материалах переменной зернистости. Способ позволяет достичь удовлетворительной точности (погрешность до 1 Я) только при измерениях на образцах иэ порошковых материалов малой электропроводности и при строгом соблюдении размеров образцов .и чистоты их поверхности.Цель изобретения - повышение точности измерений.УПоставленная цель достигается тем, что, согласно способу измерения удельного сопротивления порошкового материала путем заполнения исследуемым порошковым материалом СВЧ резонатора, возбуждения его электромагнитными колебаниями одной частоты, фиксации состояния резонанса, предварительно измеряют фазу волны на выходе незаполненного СВЧ резонатора, после заполнения СВЧ резонатора полностью и возбуждения его электромаг-. нитными колебаниями одной частоты измеряют объемную концентрацию исследуемого порошкового материала путем его уплотнения и досыпки, состояние резонанса Фиксируют по моменту, когда Фаза волны на выходе СВЧ резонатора изменяется на величину, кратную 360 относительно фазы волны на выходе незаполненного СВЧ резонатора, измеряют значение длины волны и объемной концентрации исследуемого порошкового материала при резонансе, а удельное сопротивление порошкового материала.1083определяют по зависимости, связывающей его с длиной волны и объемной концентрацией порошкового материалапри резонансе,Способ реализуется следующим 5образом,Свободной засыпкой заполняют СВЧрезонатор исследуемым порошковым материалом полностью, возбуждают СВЧрезонатор электромагнитными колебания 10ми одной частоты, изменяют объемнуюконцентрацию порошкового материалав СВЧ резонаторе путем уплотненияи подсыпки, добиваясь достижениярезонанса (на порошках карбида кремния изменение объемной концентрациипутем уплотнения возможно до 201),фиксируют состояние резонанса по моменту, когда значение фазы на выходеСВЧ резонатора кратно 360 , фиксируют значения длины волны в СВЧрезонаторе (по геометрии резонатораи моде колебаний в нем) н объемнойконцентрации. порошкового ма- "териала (По величинам массы и объема резонатора) при резонансе,позначениям длины волны и объемнойконцентрации порошкового материалапри резонансе с помощью градуировоч.ных графиков или аналитически определяют удельное сопротивление порошкового материала.В случаекогда изменением объем"ной концентрации порошкового мате риала в СВЧ резонаторе не удаетсядобиться резонанса, изменяют объемрезонатора, например, путем смещенияодной из,.стенок СВЧ резонатора.Взаимосвязь свойств среды (порошкового материала) с измеренными величинами описывается следующимиуравнениями.1бпла 1 фф ап+И 11ЮАЙ(1где- относительная диэлектричебкая проницаемость, вычисленная по величине измерейной длины волны в СВЧ резонаторе с порошковым материалом. Выбор формулы дпя 128 4вычисления Бф(3) зависитот геометрии СВЧ резонатора.Например, для прямоугольного .резонатора и основного типа,волныможет быть применена расчетная формулаао+"где Ъ, , Зо - длина волны соответственно в СВЧ резонаторе, заполненном порошковым материалом, в иеза.полненном СВЧ резонаторе и в свободном пространстве,Еп - относительная вещественнаядиэлектрическая проницаемость порошка,Я 3 - тангенс угла потерь в порошковом материале,1.6 - объемная концентрация в норовковом материале,Е - относительная, вещественнаядиэлектрическая проницаемость компактного материала (в 1), приншмается в качестве константы и беретФвиз справочной литературы.По приведенным уравнениям вычисляется Я п экстраполяция 13 пна компактный материал (в=1) - 8осуществляется с использованием градуировочных графиков или аналитически,Удельное сопротивлениевычисляется по значению Фф 8 по формулеЕ,а 1 й где Я - круговая частота,Ц - диэлектрическая постояннаявакуума.Сокращение времени измерения достигается за счет проведения измерения на достаточном (представительном) количестве порошкового материала,Полученный положительный эффешт объясняется следующим.Заполнение порошковым материалом всего объема СВЧ резонатора позволяет увеличить количество исследуемого порошкового материала, что цевышает представительность и точносзъ . ,измерений, а также упрощает методику определения длины волны в СВЧ резо" наторе, заполненном порошковым материалом. Достижение резонанса путем изменения объемной концентрации в СВЧ резонаторе позволяет вести измерения на одной частоте при полностью,запол;1083128 Составитель Ю. МамонтовРедактор О. Сопко Техред С.Легеза Корректор О. Тигор Заказ 1737/40 Тираш 711 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 1.13035, Москва, Ж, Раушская наб , д. 4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4 ненном порошковым материалом СВЧ резонаторе, что уменьшает маскирующее влияние переменной дисперсности среды.Фиксация состояния резонанса по . величине смещения фазы волны на выходе СВЧ резонатора повышает разрешающую способность в условиях измерений на порошковых материалах с большой злектропроводностью, а следова 10 тельно, и точность измерений. Благодер ря определению удельного сопротивления по значениям длины волны в СВЧ резонаторе, заполненном порошковымматериалом, достигают ослаблениямешающего влияния переменной дисперсности (зернистости) порошковых материалов. Это связано с тем, что длинаволны в СВЧ резонаторе зависит только от фазовой скорости распростране-.ния колебаний в среде, заполняющейСВЧ резонатор, т.е. от диэлектричес-ких параметров порошкового материала,и на нее практически не влияет затухание связанное с дисперсностьюсреды.