Устройство для определения зависимости тангенса угла диэлектрических потерь жидких сред и диэлектриков от содержания дисперсной фазы

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАВИСИМОСТИ ТАНГЕНСА УГЛА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ ЖИДКИХ СРЕД И ДИЭЛЕКТРИКОВ ОТ СОДЕРЖАНИЯ ДИСПЕРСНОЙ ФАЗЫ(71) Заявитель Белорусский государственный университет(72) Авторы Зубко Денис Васильевич Зубко Василий Иванович(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(57) Устройство для определения зависимости тангенса угла диэлектрических потерь жидких сред и диэлектриков от содержания дисперсной фазы, состоящее из двух пластинчатых электродов, съемных контактов, фторопластовой измерительной ячейки, симметрично установленной в центре между электродами, поперечное сечение которой в 20-25 раз меньше площади электродов, отличающееся тем, что дополнительно содержит цифровой измеритель иммитанса. 100362014.04.30 Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике, а именно к электрическим измерениям, и может быть использована для автоматического определения зависимости тангенса угла диэлектрических потерь жидких сред и диэлектриков от содержания дисперсной фазы в различных областях промышленности. Известно устройство для контроля электрических свойств изоляционных жидкостей 1, содержащее измерительную ячейку из диэлектрического материала, пластинчатый и игольчатый электроды. Диагностика электроизоляционных жидкостей заключается в том,что исследуемая жидкость помещается в измерительную ячейку из диэлектрического материала, установленного на проводящем основании. В электроизоляционную жидкость помещается электрод игольчатой формы, на который подается высокое постоянное напряжение относительно проводящего основания для обеспечения в жидкости поляризации высокого напряжения, последующую регистрацию и анализ электрических сигналов высоковольтной деполяризации, появляющихся на электроде после снятия испытательного напряжения. При этом для чистых электроизоляционных жидкостей характерно плавное изменение кривой напряжения деполяризации, а для жидкостей, содержащих примеси,характерно появление скачков напряжения деполяризации, обусловленных внутренними разрядами зон высоковольтной поляризации. Известно микроконтроллерное устройство 2 для исследования диэлектрических свойств биологических объектов и изоляционных материалов, содержащее микроконтроллер, емкостной датчик, первый и второй резисторы и цифровой индикатор. Основными недостатками устройств 1, 2 являются низкая точность и узкий диапазон измерения электрических свойств биологических объектов и изоляционных материалов,обусловленные необеспечением однородного электрического поля в объеме контролируемых материалов и неучетом краевого эффекта электродов. Погрешности, связанные с указанными факторами, никак не учитываются и, таким образом, вносят существенный вклад в точность измерения электрических свойств жидких сред и диэлектриков. Наиболее близким по конструкции и принципу действия к заявляемому устройству является устройство для контроля электрических свойств жидких электролитов и диэлектриков 3, состоящее из двух пластинчатых электродов, фторопластовой измерительной ячейки, симметрично установленной в центре между электродами, поперечное сечение которой в 20-25 раз меньше площади электродов, рукоятки, ярма и съемных контактов. Основной недостаток данного устройства связан с невозможностью определения зависимости тангенса угла диэлектрических потерь жидких сред и диэлектриков от содержания дисперсной фазы. Погрешность, связанная с указанным фактором, никак не учитывается и, таким образом, вносит существенный вклад в точность определения тангенса угла диэлектрических потерь жидких сред и диэлектриков в зависимости от содержания дисперсной фазы. Задачей предлагаемой полезной модели является повышение точности определения тангенса угла диэлектрических потерь жидких сред и диэлектриков за счет контроля содержания дисперсной фазы в жидких средах и диэлектриках в интервале от 5 до 35 мас. ,обеспечения однородного электрического поля в объеме контролируемых материалов и учета краевого эффекта электродов в диапазоне частот электрического поля до 1 МГц. Поставленная задача решается тем, что устройство для определения зависимости тангенса угла диэлектрических потерь жидких сред и диэлектриков от содержания дисперсной фазы, состоящее из двух пластинчатых электродов, съемных контактов, фторопластовой измерительной ячейки, симметрично установленной в центре между электродами, поперечное сечение которой в 20-25 раз меньше площади электродов, дополнительно содержит цифровой измеритель иммитанса. Технический результат достигается за счет контроля содержания дисперсной фазы в жидких средах и диэлектриках в интервале от 5 до 35 мас. , обеспечения однородного электрического поля в объеме контролируемых материалов и учета краевого эффекта электродов в диапазоне частот электрического поля до 1 МГц. 2 100362014.04.30 В результате применения предлагаемого устройства становится возможным повысить точность определения тангенса угла диэлектрических потерь за счет контроля содержания дисперсной фазы в жидких средах и диэлектриках в диапазоне от 5 до 35 мас. , обеспечения однородного электрического поля в объеме контролируемых материалов и учета краевого эффекта электродов в диапазоне частот электрического поля до 1 МГц. Сущность полезной модели поясняется фиг. 1, 2. На фиг. 1 схематично изображено устройство для определения зависимости тангенса угла диэлектрических потерь жидких сред и диэлектриков от концентрации дисперсной фазы. На фиг. 2 приведен пример реализации устройства для определения зависимости тангенса угла диэлектрических потерь магнитной жидкости от содержания дисперсной фазы для различных частотах электрического поля. Устройство включает в себя два квадратных пластинчатых электрода 1 из нержавеющей стали, фторопластовую измерительную ячейку с жидкой средой либо диэлектриком 2,симметрично установленную в центре между пластинчатыми электродами, поперечное сечение которой в 20-25 раз меньше площади электродов, поверхности которых отшлифованы, отполированы, хромированы и притерты друг к другу, съемные контакты 3, 4 и цифровой измеритель иммитанса 5. Устройство работает следующим образом. Измерительную ячейку подключают к прибору Е 7-20 и измеряют электроемкость (1) и активную электрическую проводимость (1) ячейки без жидкой среды либо жидкого диэлектрика. Измеряют электроемкость (2) и активную электропроводимость(2) ячейки с жидкой средой либо жидким диэлектриком. Рабочая электроемкость (0) измерительной ячейки с учетом краевого эффекта электродов вычисляется по формуле С 1 С 2 С 0,(1) 12 где 1 и 2 - измеренные электроемкости ячейки без жидкой среды либо жидкого диэлектрика и с жидкой средой либо с жидким диэлектриком соответственно 1 и 2 - известные диэлектрические проницаемости двух эталонных жидкостей. Относительная диэлектрическая проницаемость жидкой среды либо жидкого диэлектрикавычисляется по формуле СС 11.2(2) С 0 Тангенс угла диэлектрических потерь жидкой среды либо жидкого диэлектрика вычисляется по формуле(3)0 где 21 - электропроводимость жидкой среды либо жидкого диэлектрика- круговая (циклическая) частота. Примеры реализации устройства для определения тангенса угла диэлектрических потерь магнитной жидкости от содержания дисперсной фазы. Пример 1. Магнитная жидкость на основе декана. Температура магнитной жидкости 25 С. Содержание дисперсной фазы в магнитной жидкости 5 мас. . Рабочая электроемкость измерительной ячейки 00,17710-12 Ф электроемкость ячейки с магнитной жидкостью 26,5710-12 Ф электроемкость ячейки без магнитной жидкости 16,4110-12 Ф электропроводимость ячейки с магнитной жидкостью 26,0510-7 См электропроводимость ячейки без магнитной жидкости 10,610-6 См электроемкость и электропроводимость 3 100362014.04.30 ячейки с магнитной жидкостью и без нее измерены на частоте 103 Гц относительная диэлектрическая проницаемость магнитной жидкости -1,90 тангенс угла диэлектрических потерь магнитной жидкости -2,43. Пример 2. Магнитная жидкость на основе декана. Температура магнитной жидкости 25 С. Содержание дисперсной фазы в магнитной жидкости 35 мас. . Рабочая электроемкость измерительной ячейки 00,17710-12 Ф электроемкость ячейки с магнитной жидкостью 27,6110-12 Ф электроемкость ячейки без магнитной жидкости 16,4110-12 Ф электропроводимость ячейки с магнитной жидкостью 26,4310-7 См электропроводимость ячейки без магнитной жидкости 10,610-6 См электроемкость и электропроводимость ячейки с магнитной жидкостью и без нее измерены на частоте 103 Гц относительная диэлектрическая проницаемость магнитной жидкости -7,79 тангенс угла диэлектрических потерь магнитной жидкости -5. Вычисленная погрешность определения тангенса угла диэлектрических потерь магнитной жидкости в зависимости от концентрации дисперсной фазы в интервале от 5 до 35 мас.составляют примерно 1,5(фиг. 2). Таким образом, использование заявляемого устройства позволяет существенно повысить точность измерения тангенса угла диэлектрических потерь за счет контроля содержания дисперсной фазы в жидких средах либо диэлектриках, обеспечения однородного электрического поля в объеме контролируемых материалов и учета краевого эффекта электродов в диапазоне частот электрического поля до 1 МГц. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4