Способ измерения диэлектрических параметров вещества

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (ii> 857840 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (2.с) Заявлено 280279 (21) 2752563/18-25 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 2333881. Бюллетень N9 31

Дата опубликования описания 23.0881 (51)м. Кл.

С 01 И 27/22

Госурарственный комитет

СССР но деяам нзобретеннй н открытий (53) УДК 537. 226 (088. 8) (72) Автор изобретения

Ч.И.Гохбельд (71) Заявитель (5 4) СНОСОВ ИЗМЕРЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

ВЕЩЕСТВА

Изобретение относится к способам непрерывного измерения состава и свойств текучих веществ, например диэлектрической проницаемости жидкостей, электропроводности слабо ионизованного газа, количества полярной примеси в неполярном диэлектрике и т.п.

Известен способ измерения, при котором анализируемое вещество вводят в зазор между электродами, включенными в качестве обкладок конденсатора в колебательный контур и из« меряют изменение резонансной частоты контура 15

Недостаток этого способа - нестабильность измерения в течение длительного промежутка времени.

Наиболее близким к предлагаемому является емкостный компенсационный . 2О способ измерения диэлектрических параметров вещества, при котором помещают эталонное вещество в зазор между электродами измерительного конденсатора; включенного в,компенсационную 2 (мостовую) схему, балансируют мост на заданной частоте или в заданном интервале частот питакщего напряжемия, затем заменяют эталонное вещество анализируемым и измеряют величину раз-30 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 "нуля" в промежутках времени между двумя последовател ттыми калибровками моста.

Необходимость периодической установки "нуля" нарушает непрерывность процесса измерения и требует использования эталонного вещества. При сравнительно длительных непрерывных измерениях известным способом не может быть достигнута высокая точность.

Цель изобретения — повьхаение 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 напряже8. Последний реагирует только на напряжение с частотой 100 Гц, так как включен через фильтр 7, не пропускаю40 щий частоту 10 Гц. Одновременно напряжение низкой частоты не,нлияет на

65 чается,от величины последних на заданной частоте.

Способ измерения основан 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 ниже частоты 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 А-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.

Пример. Измеряют диэЛектрическую проницаемость слабо ионизонанного газа с концентрацией ионов н интервале от 10одо 10 с мм и средней подвижностью ионов в газе 1 см2/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 с. 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). ри этом тангенс угла потерь пренебрежимо мал. В интервале частот 10-104 Гц диэлектрическая проницаемость ионизованного газа значительно выше, чем неионизованного.

Для осуществления способа помещают ионизованный газ между обкладками конденсатора 1, изолированными от газа диэлектрическими прокладками (для исключения тока проводимости . Выби.рают частоту генератора 6-10 Гц.-На этой частоте антоматически балансиру15 ют мост в течение всего времени процесса измерения и одновременно с ним.

Балансировка моста осуществляется следующим образом. Если имеет место разбаланс на частоте 10 Гц, напряжение этой частоты через фильтр 9 воздействует на индикатор 10. Последний вырабатывает сигнал, который воздействует на конденсатор 4 таким образом чтобы уменьшить величину разба1

5 ланса (на частоте 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, 5 на 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 часто- те 100 Гц измеряют по шкале измерителя работу индикатора 10, так как фильтр

9 не пропускает частоту 100 Гц.

Поскольку мост нсе время балансируется автоматически в процессе измерения, начальная точность измерения, например 10, сохраняется н течение всего срока службы электро-радиоэлементов без периодической установки

"нуля" и нарушения непрерывности процесса измерения. Кроме т го, по предлагаемому способу, н отличие от известного, применение эталонного вещества становится необязательным.

В примере описана балансировкамоста 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 ампли— туде, так и по фазе, т.е. учитывая возможное отличие тангенсов угла

В57840

Формула изобретения

Составитель В. Гусева

Техред A. Вабинец Корректор М. Коста

Редактор О. Малец

Заказ 7232/72 Тираж 907 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ПЛП "Патент", г. Ужгород, .ул. Проектная, 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-7, моста.

Технико-экономическими преимуществами предлагаемого способа являются 15 повышение стабильности измерения, необязательность использования эталонного вещества и возможность проведения непрерывных измерений в течение длительного промежутка времени (опре- gp деляемого в пределе сроком службы радиоэлемен-..ов), что позволяет повысить надежность приборов с мостовыми измерителями, упростить их обслуживание, конструкцию и одновременно повысить точность измерения.

Способ измерения диэлектрических параметров вещества, при котором помещают анали=ируемое вещество в зазор между электродами измерительного конденсатора, включенного в мостовую схему, и измеряют величину разбаланса на заданной частоте, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повыше-ния стабильности и точности при измерении диэлектрических параметров, вели ина которых зависит от частоты, одновременно балансируют мостовую схему на другой частоте, при которой величина частотно-зависимых диэлектрических параметров отличается от величины последних на заданной частоте.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Эме Ф. Диэлектрические измерения, M., "Химия", 1967, с. 28.

2. Там .ке, с. 27 (прототип).