Устройство для определения зависимости относительной диэлектрической проницаемости жидких сред и диэлектриков от частоты электрического поля

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАВИСИМОСТИ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ЖИДКИХ СРЕД И ДИЭЛЕКТРИКОВ ОТ ЧАСТОТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ(71) Заявитель Белорусский государственный университет(72) Авторы Зубко Денис Васильевич Зубко Василий Иванович(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(57) Устройство для определения зависимости относительной диэлектрической проницаемости жидких сред и диэлектриков от частоты электрического поля, 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.(56) 1. Патент РФ 2391652, МПК 01 27/26, 2010. 2. Патент РФ 2395816, МПК 01 27/06, 2006. 3. Патент РБ 9111, МПК 01 27/26, 2013. Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике, а именно к электрическим измерениям, и может быть использована для автоматического определения зависимости относительной диэлектрической проницаемости жидких сред и диэлектриков от частоты электрического поля 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. Основным недостатком 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 относительной диэлектрической проницаемости жидких сред и диэлектриков от частоты электрического поля. Погрешность, связанная с указанным фактором, никак не учитывается и, таким образом, вносит существенный вклад в точность определения относительной диэлектрической проницаемости жидких сред. Задачей предлагаемой полезной модели является повышение точности определения относительной диэлектрической проницаемости жидких сред и диэлектриков за счет контроля частоты в диапазоне от 102 до 106 Гц, обеспечения однородного электрического поля в объеме контролируемых материалов и учета краевого эффекта электродов. Поставленная задача решается тем, что устройство для определения зависимости относительной диэлектрической проницаемости жидких сред и диэлектриков от частоты электрического поля, 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. 2 101822014.06.30 Технический результат достигается за счет применения предлагаемого устройства,становится возможным повысить точность определения относительной диэлектрической проницаемости жидких сред и диэлектриков за счет контроля частоты электрического поля в диапазоне от 102 до 106 Гц, обеспечения однородного электрического поля в объеме контролируемых жидких сред и диэлектриков и учета краевого эффекта электродов. Сущность полезной модели поясняется фиг. 1, 2. На фиг. 1 схематично изображено устройство для определения зависимости относительной диэлектрической проницаемости жидких сред и диэлектриков от частоты электрического поля. На фиг. 2 приведен пример реализации устройства для определения зависимости относительной диэлектрической проницаемости магнитной жидкости на основе керосина от частоты электрического поля при различном содержании дисперсной фазы в магнитной жидкости. Содержание дисперсной фазы в магнитной жидкости составляет 6 - 18,4 мас.7 - 3,6 мас.8 - жидкий диэлектрик - керосин. Устройство включает в себя два квадратных пластинчатых электрода 1 из нержавеющей стали, фторопластовую измерительную ячейку с жидкой средой 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. Ячейку подключают к цифровому измерителю иммитанса Е 7-20 и измеряют электроемкость (1) ячейки без жидкой среды либо жидкого диэлектрика. Измеряют электроемкость (2) ячейки с жидкой средой либо жидким диэлектриком. Относительную диэлектрическую проницаемость жидкой среды либо жидкого диэлектрика вычисляют по формуле 1 1 ,2(1) 0 где 2 - электроемкость измерительной ячейки с жидкой средой либо жидким диэлектриком 1 - электроемкость ячейки без жидкой среды либо жидкого диэлектрика 0 - рабочая электроемкость измерительной ячейки. Рабочую электроемкость (0) измерительной ячейки с учетом краевого эффекта электродов рассчитывают по формуле 02 1 ,(2)21 где 2 и 1 - измеренные электроемкости ячейки с жидкой средой либо жидким диэлектриком и без жидкой среды либо жидкого диэлектрика соответственно 2 и 1 - известные диэлектрические проницаемости двух эталонных жидкостей. Примеры реализации устройства для определения относительной диэлектрической проницаемости магнитной жидкости на основе керосина. Пример 1. Магнитная жидкость на основе керосина. Температура магнитной жидкости 20 С рабочая электроемкость ячейки 00,17710-12 Ф содержание дисперсной фазы в магнитной жидкости составляет 18,4 мас.частота электрического поля 102 Гц электроемкость ячейки с магнитной жидкостью 27,3210-12 Ф электроемкость ячейки без магнитной жидкости 15,6510-12 Ф относительная диэлектрическая проницаемость магнитной жидкости 10,45. Пример 2. Магнитная жидкость на основе керосина. Температура магнитной жидкости 20 С рабочая электроемкость ячейки 00,17710-12 Ф содержание дисперсной фазы в магнит 3 101822014.06.30 ной жидкости составляет 18,4 мас.частота электрического поля 106 Гц. Процедура измерения далее, как в примере 1. Относительная диэлектрическая проницаемость магнитной жидкости 5,25. Пример 3. Магнитная жидкость на основе керосина. Температура магнитной жидкости 20 С рабочая электроемкость ячейки 00,17710-12 Ф содержание дисперсной фазы в магнитной жидкости составляет 3,6 мас.частота электрического поля 102 Гц. Процедура измерения далее, как в примере 1. Относительная диэлектрическая проницаемость магнитной жидкости 6,75. Пример 4. Магнитная жидкость на основе керосина. Температура магнитной жидкости 20 С рабочая электроемкость ячейки 00,17710-12 Ф содержание дисперсной фазы в магнитной жидкости составляет 3,6 мас.частота электрического поля 106 Гц. Процедура измерения далее, как в примере 1. Относительная диэлектрическая проницаемость магнитной жидкости 3,25. Пример 5. Жидкий диэлектрик - керосин. Температура керосина 20 С рабочая электроемкость ячейки 00,17710-12 Ф частота электрического поля 102 Гц. Процедура измерения далее, как в примере 1. Относительная диэлектрическая проницаемость керосина 2,2. Пример 6. Жидкий диэлектрик - керосин. Температура керосина 20 С рабочая электроемкость ячейки 00,17710-12 Ф частота электрического поля 106 Гц. Процедура измерения далее, как в примере 1. Относительная диэлектрическая проницаемость керосина 2,0. Вычисленная погрешность определения относительной диэлектрической проницаемости жидких сред либо диэлектриков в диапазоне частот электрического поля от 102 до 2106 Гц составляет примерно 2,1(фиг. 2). Таким образом, использование заявляемого устройства позволяет существенно повысить точность определения относительной диэлектрической проницаемости жидких сред либо диэлектриков за счет контроля частоты электрического поля, обеспечения однородного электрического поля в объеме контролируемых материалов и учета краевого эффекта электродов в диапазоне частот от 102 до 106 Гц. Фиг. 2 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4