Способ определения диэлектрической проницаемости вещества

 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения диэлектрической проницаемости веществ в твердом состоянии . Цель изобретения - расширение диапазона измерений. Измерительный способ определения диэлектрической проницаемости включает заполнение емкостной ячейки иммерсионной жидкостью, измерение емкости ячейки, смешение порошка исследуемого вещества с балластным диэлектрическим порошком с известной диэлектрической проницаемостью, взятого в количестве 90-95% от общего объема смеси , помещение смеси порошков в иммерсионную жидкость, измерение емкости ячейки и определение искомого параметра расчетным путем. 1 табл. Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 N 27/22

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4680455/25 (22) 18.04.89 (46) 07.05,92, Бюл, N 17 (71) Ленинградский политехнический институт им. M.È.Êàëèíèíà (72) М.С.Гутенев и А.И.Демидов (53) 551.508.7 (088,8) (56) Гутенев М.С„Блинов Л,Н. Применение иммерсионного метода для измерения диэлектрической проницаемости стеклообразных полупроводников. — Физика и химия стекла. 1982, т. 8, ¹ 4, с. 439 — 444.

Якшин M,М, Диэлькометр для кристаллических порошков. — Известия сектора пластики, ИОХН АН СССР, 1945, т. 18, с. 77 — 93. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИЭЛЕKTРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ВЕЩЕСТВА

Изобретение относится к исследованию свойств материалов путем измерения электрической емкости, в частности к иммерсионному способу определения диэлектрической проницаемости веществ в твердом состоянии.

Для определения диэлектрической проницаемости веществ в твердом состоянии применяют таблеточный и иммерсионный способы. Применение таблеточного способа осложнено эффектом Максвелла-Вагнера, который вносит погрешность в определение диэлектрической проницаемости вещества.

Из известных способов определения диэлектрической проницаемости веществ в твердом состоянии наиболее близок к предлагаемому иммерсионный способ, который включает в себя калибровку измерительной ячейки путем последовательного ее запол. Ж » 1732247 А1 (57) Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения диэлектрической проницаемости веществ в твердом состоянии. Цель изобретения — расширение диапазона измерений. Измерительный способ определения диэлектрической проницаемости включает заполнение емкостной ячейки иммерсионной жидкостью, измерение емкости ячейки, смешение порошка исследуемого вещества с балластным диэлектрическим порошком с известной диэлектрической проницаемостью, взятого в количестве 90 — 95% от общего объема смеси, помещение смеси порошков в иммерсионную жидкость, измерение емкости ячейки и определение искомого параметра расчетным путем. 1 табл. нения жидкостями с известными значениями диэлектрической проницаемости и измерения соответствующих значений электрической емкости ячейки, заполнение измерительной ячейки жидкостью и загрузку порошка исследуемого вещества, последующее измерение электрической емкости ячейки, расчет диэлектрической проницаемости вещества. Измерение электрической емкости производят с помощью прецизионного измерителя емкости и индуктивности типа Е12 — 1А (частота 300 — 700 кГц). Этот способ допускает измерение диэлектрической проницаемости вещества, удельная электропроводность которого не превышает 10 OM м . Верхняя граница диапазона измеряемых значений диэлектрической проницаемости веществ в твердом состоянии ограничена значением диэлектрической проницаемости воды (как известно, при 300 К вода обладает наибольшим среди l732247 жидких веществ значением диэлектрической проницаемости, близким к 80}.

Известный иммерсионный способ измерения диэлектрической проницаемости не позволяет использовать его для веществ свысокой(более10 Ом м )удельнойэлектропроводностью вследствие снижения добротности измерительной системы после внесения в иммерсионную среду порошка твердого вещества и, следовательно, невозможности измерения электрической емкости ячейки, а также для веществ с высокой (более 80) диэлектрической проницаемостью, так как в этом случае диэлектрическая проницаемость иммерсионной смеси любого состава заведомо меньше указанного значения, Цель изобретения — расширение диапазона измерений для веществ с высоким значением удельной электропроводности (более 10 Ом м ) и (или) диэлектрической проницаемостью (более 80).

Поставленная цель достигается тем, что в способе перед загрузкой порошка исследуемого вещества в измерительную ячейку его смешивают с порошком диэлектрика с известной диэлектрической проницаемостью, который нерастворим в иммерсионной среде, взятого в количестве 90-95 по объему, перед загрузкой порошок исследуемого вещества смешивают с балластным порошком, нерастворимым в иммерсионной жидкости, диэлектрика с известной диэлектрической проницаемостью, взятого в количестве от 90 до 95% от объема смеси, определяют известным методом диэлектрическую проницаемость 6эф смеси порошков, а затем диэлектрическую проницаемость е1 исследуемого вещества по формуле

100 Яэф = E1 v1 + 62 v2, где 6эф — эффективная диэлектрическая проницаемость смеси порошков;

v1 — объемное содержание исследуемого вещества;

Е2, v2 — диэлектрическая проницаемость и объемное содержание балластного вещества.

Расчет диэлектрической проницаемости исследуемого вещества по найденному эффективному значению диэлектрической проницаемости механической смеси бф проводят по формуле, отражающей объемно-долевую аддитивность диэлектрической проницаемости последней, т.е.

E1 = (100 Ьф — ег ч2)/v1, (1) где е2, v2 и Е1, v1 относятся к веществу-диэлектрику и исследуемому веществу соответственноо.

Использование для измерений механической смеси порошков вещества-диэлектрика и исследуемого вещества обеспечивает увеличение добротности

5 ячейки, заполненной иммерсионной жидкостью и механической смесью порошков (порошок вещества-диэлектрика, занимающий основную часть объема механической смеси, блокирует частицы ее высокопроводя10 щего компонента), а также обеспечивает в соответствии с уравнением (1) уменьшение эффективной диэлектрической проницаемости порошка до значений, соизмеримых с диэлектрической проницаемостью жидких

15 иммерсионных сред, и тем самым, расширяет возможности иммерсионного способа.

Пример 1. Для проверки достоверности результатов проведено их сравнение с результатами измерения диэлектрической

20 проницаемости известным иммерсионным способом на примере стекла состава

Geo,26S п0,17S0,57.

Иммерсионными жидкостями служат четыреххлористый углерод, ацетон и нитро25 бензол. По данным калибровки ячейки ее электрическая емкость С связана с диэлектрической проницаемостью E находящегося в ней вещества формулой

С = 5,50 + 9,81 е. (2)

30 Измеоение известным способом. Найденное экспериментально значение электрической емкости, соответствующей изодиэлектрической точке (диэлектрическая проницаемость порошка равна диэлек35 трической проницаемости жидкости), составляет 254,7 и Ф, Таким образом, значение диэлектрической проницаемости исследуемого стекла составляет 25,4, Измерение заявляемым способом, При40 готовлена механическая смесь порошков стекла состава А60,40Яе0,60 (масса m2 з

=0,638 r, плотность d2 = 4,60 г/см ), нерастворимого в иммерсионных жидкостях, и стекла Geo,26Яп0,17S0,57 (масса m1 = 0,047 r, 45 плотность б1 = 3,88 г/GM ). Объемное процентное содержание компонентов смеси, найденное по формуле

vj = 100(mj/dj)/(m1/01+ п12/d2), (3) составляет 92 (v2) и 8 (v1). Определенное

50 значение электрической емкости, соответствующей изодиэлектрической точке, составляет 115,2 пФ. Эффективное значение диэлектрической проницаемости механической смеси, найденное по формуле (2), со55 ставляет 11,18, Искомая диэлектрическая проницаемость стекла Geo,26S110,17S0,57 61, рассчитанная по формуле (1), в которой диэлектрическая проницаемость = 10,0 (стекло Aso,40Seo,60), составляет 24,8, Откло1732247

50 нение полученного предлагаемым способом значения е1 от найденного известным методом (25,4) не превышает 2,5 .

Пример 2. Определение диэлектрической проницаемости кристаллического сульфида свинца. Удельная электропроводность сульфида свинца при комнатной температуре составляет 3,10 Ом1м1, что не позволяет определить его диэлектрическую проницаемость в радиочастотном диапазоне известными способами. Из оптических измерений в инфракрасной области спектра по уравнению Лиддайна-Сакса-Теллера

2(.у )2, (4) где n — показатель преломления;

М, М вЂ” продольная и поперечная оптические моды соответственно, оценено значение диэлектрической проницаемости сульфида свинца (140 -20).

Приготовлены три механические смеси порошков сульфида свинца и нерастворимого в иммерсионных средах стекла состава

Aso,poSeo,àî с различными значениями объемного содержания последнего.

Значения параметров компонентов, механической смеси и рассчитанные значения диэлектрической проницаемости исследуемого стекла сведены в таблицу.

8 таблице приняты следующие обозначения: mj, d, vj, ej — масса, плотность, объемное процентное содержание и диэлектрическая проницаемость j-го компонента смеси; Ci — измеренное значение электрической емкости в изодиэлектрической точке; еэф — эффективное значение диэлектрической проницаемости механической смеси.

Среднее значение диэлектрической проницаемости сульфида свинца составляет 111+.3.

Предлагаемый способ определения диэлектрической проницаемости позволяет расширить возможности извес тного иммерсионного способа в отношении веществ с высокими значениями удельной электропроводности (более 10 Ом м ) и (или) высокими значениями диэлектрической

5 проницаемости (более 80) (примеры 1 и 2), Для определения диэлектрической проницаемости веществ с высокой удельной электропроводностью используют оптические измерения в дальней ИК-области спектра с

10 применением дорогостоящего оборудования, Формула изобретения

15 Способ определения диэлектрической проницаемости вещества, включающий заполнение измерительной емкостной ячейки иммерсионной жидкостью, измерение ее емкости, загрузку в ячейку порошка иссле20 дуемого материала, последующее измерение электрической емкости ячейки со смесью жидкости и порошка, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения диапазона определения веществ со значе25 нием удельной электропроводности более

10 Ом м и (или) диэлектрической проницаемости более 80, перед загрузкой порошок исследуемого вещества смешивают с балластным порошком, нерастворимым в

30 иммерсионной жидкости диэлектрика с известной диэлектрической проницаемостью, взятого в количестве 90-95 от объема смеси, определяют известным методом диэлектрическую проницаемость ьф смеси

35 порошков, а затем диэлектрическую проницаемость е1 исследуемого вещества по формуле

100 е,ф= е1 ч1+ Е2 v2, где v< — объемное содержание исследуемого

40 вещества; е2, v2 — диэлектрическая проницаемость и объемное содержание балластного вещества.