Способ определения затухания диэлектрических материалов

, 15663 РЕСПУБЛ А 1)5 ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ПНТ СССР КОМИТЕТОТНРЫТИЯМ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ТЕЛЬСТ А ВТОРСНОМУ ПО(56) Брандт А.А. Исследование диэлект риков на сверхвысоких частотах, М., 1963, с. 147-149.Вопросы радиоэлектроники, сер.Т вып, 3, 1975, с. 48-53.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАТУХАНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к радио- измерениям. Цель изобретения - обе - пецение измерений твердых диэлектриков и повышение точности. Устройство для осуществления способа содержит генератор 1 колебаний, линию 2 передачи, между проводниками которой размещен исследуемый образец материала (ИОМ), и измерительные приборы 3 и 4,2подключенные к линии 2 для фиксации напряженностей Е, и Е. Генератор 1 возбуждает электромагнитные волны в линии 2, у которой пространство между проводниками заполнено ИОМ. В этом случае распределение электрической компоненты поля в направлении продольной оси линии описывается заданным выражением. Искомыми параметрами ИОМ являются диэлектрическая проницаемость и проводимость. которые, в свою очередь, связаны с влажностью материала. Указанные параметры могут быть выражены через постоянные затухания и фазу волны. Эти постоянные определяют путем измерения зна- а цений длины волны и напряженности полей хотя бы в двух сечениях линии 2.Двухпараметровый способ позволяет повысить точность измерения влажности путем более точной корреляции между электрическими характеристиками ИОМ и влажностью. 2 ил.Изобретение относится к техникерадиоизмерений и может быть использовано для определения электрических параметров диэлектрических материалов и, в частности, влажности,например, хлопка-серца при его приемке и переработке, синтетических воло.кон, сыпучих и других материалов.Цель изобретения - обеспечение 1 Оизмерений твердых диэлектриков и повышение точности,На фиг. 1 представлено устройстводля реализации способа определениязатухания диэлектрических материалов; 15на фиг. 2 - распределение электрического поля вдоль оси линии (хи х г -сечения линии, в которых осуществляютизмерение знацений напряженностей полей;, Л - длина волны в направлении 20оси лИнии),Устройство для реализации способасодержит генератор 1 колебаний, линию2 передачи, между проводниками которой размещен образец материала, измерительные приборы 3 и , подключенные к линии для фиксации напряженностей Е и Бг.Способ определения затухания диэлектрических материалов осуществля- ЗОют следующим образом.Генератор 1 колебаний возбуждает.электромагнитные волны в линии 2, укоторой пространство между проводниками заполнено исследуемым материалом. В этом случае распределение электрической компоненты поля в направлении продольной оси линии описывается выражениемЕ = С(зй Ах сов Вх + 1.сй Ах з 1 п Вх) О(1)где С - величина, характеризующаякак закон распределения поляпо поперецному сечению ли 45нии, так и амплитуду поляна входе линии;А и В - соответственно постоянныезатухания и фазы;х - продольная координата,Искомыми параметрами материалаявляются диэлектрическая проницаемость и проводимость, которые в своюочередь связаны с влажностью материала. Указанные параметры могут бытьвыражены через постоянные затухания55и фазу волны. Эти постоянные определяют посредством измерения значений длины волны и напряженности по гг аь(х-х,) 1Постоянную затухания определяютчерез величины полей в сечениях хи хг, которые согласно (1) будут соответственно равны Е= С вЬ(А 2 Ь/2),Е,= С вй(АЛ/2) .Отношение последних двух величинне зависит от мощности генератораколебанийЕ,2 сЬ(АЛ/2) .Отсюда находится постоянная затухания, определяемая выражениемА = - Агсй(-Е-), (3)2,ЕаДля случая, когда в линии распространяется ТЕМ-волна, связь междупостоянными А и В,а также диэлектрической и магнитной проницаемостямии проводимостью материала устанавливается уравнениями(4) (5) В - А: 2 Ер; 2 ВА =одаб,При использовании терминов длялиний с распределенными параметрамипоследние уравнения принимают вид В-Аз= м 2 С (б)(7) 2 ВА = Ю 1 Е; лей хотя бы в двух сечениях линии.- Однако длина волны для каждого иссле-: дуемого образца материала будет различной, что приведет к изменению положения узлов стояцей воды, Для проведения измерения параметров волны в фиксированных точках линии необходимо, цтобы ее узлы приходились на одни и те же заранее выбранные сечения линии, а именно на х, и х, причем расстояние между короткозамкнутым концом линии (х, = О) и первым сечением х, равно расстоянию между сечениями; х - х,= х, - х (фиг. 2). Фиксацию узлов волны достигают такими изменениями частоты колебаний, погонными емкостью и индуктивностью линии, которые приводят к постоянству длины волны для любых исследуемых образцов материалов.Если предположить, что между концом линии и вторым сечением х укладывается одна длина волны, то фазовая постоянная будет однозначно определяться расстоянием между сечениями х и хПогонная емкость линии пропорциональна величине диэлектрической проницаемости заполняющего ее материала. В отсутствии материала диэлектрическая проницаемость заполняющего вещества такая же, как и воздуха, а при наличии материала она увеличивается в Е раз, где Е - относительная диэлектрическая проницаемость исследуемого материала, Тогда отношение погонных емкостей линии с материалом и без него будет равно- +Дз/В 2дССрфВычисление диэлектрической проницаемости и проводимости исследуемых 40 50 5 15663 где С, 1., 8 - соответственно погоннаяемкость, индуктивностьи проводимость линии.Уравнения (6) и (7) применимы кФ5 любои модификации линии, когда потери в направляющих проводниках пренебрежимо малы по сравнению с потерями в заполняющем линию диэлектрике. Если сопротивление изоляции линии очень велико (погонная проводимость равна нулю), вычисления параметров заполняющего линию материала проводят следующим образом. В отсутствии материала узлы стоячей волны совмещают с фиксированными сечениями. В этом режиме величинам присваивают нулевой индексВг - рг Г 1, (8)20При наличии исследуемого материала диэлектрическая проницаемость и проводимость между проводниками линии возрастают и становятся равСф + С 8Цтобы опять достичь прежней длины волны, необходимо уменьшить, например, погонную емкость на величину д С. Тогда уравнения (6) и (7) с учетом (8) примут видА/В = 1 + С/С - сС /Со, (9) 302 А =Ы 1. 8, (10) где искомыми величинами являются дС и 8,Из выражений (9) и (10) следуетЛС/Ср= ДС /С - А /В; (11)8 = МрС А/В (1 2) материалов при использовании волноводных линий осуществляется аналогич но, как и для любой модификации двух проводной линии, используя при этом формулы зависимости постоянных коэффициентов Д и В для волноводов.Применение предложенного способа позволяет определить два электрических параметра диэлектрических материалов, каждый из которых характеризует влажность материала. Следовательно, двухпараметровый способ позволяет повысить точность измерения влажности путем более точной корреляции между электрическими характеристиками исследуемых материалов и влажностью,Способ позволяет расширить класс исследуемых материалов, имеющих большие диссипативные потери, и измерять влажность материалов в широком диапазоне частот, а также позволяет анализировать образцы, минимальная длина которых может быть равна длине волны вдоль оси линии передачи.формула изобретенияСпособ определения затухания диэлектрических материалов, заключающийся в подаче электромагнитного излучения на вход линии передачи, короткозамкнутой на конце и заполненнойисследуемым материалом, измерение напряженности поля в первом и втором сечениях Е Е и определение затухания, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью обеспечения измеренийтвердых диэлектриков и повышения точности, расстояние между первым и вторым сечениями выбирают равным расстоянию между первым сечением и короткозамкнутым концом, изменяют частотуэлектромагнитного излучения до выполнения условия совпадения длины волныВ и расстояния от короткозамкнутогоконца с вторым сечением, а затуханиеопределяют по формулеД = - АгсЬ (Е /2 Е ),2где- длина волны в линии переда" чи, заполненной исследуемым материалом.1566305 Фиг 2 Составитель Е. АдамоваТехред Л.Олийнык Корректор О. Кравцовае е ии аеа ет Редактор В. Данко Заказ 1220 Тираж 519 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Проиэводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101