Устройство для определения зависимости тангенса угла диэлектрических потерь жидких сред от частоты электрического поля

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАВИСИМОСТИ ТАНГЕНСА УГЛА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ ЖИДКИХ СРЕД 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 тангенса угла диэлектрических потерь жидких сред 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. 102082014.08.30 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 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 является 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 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 тангенса угла диэлектрических потерь жидких сред за счет контроля частоты в диапазоне от 102 до 2104 Гц, обеспечения однородного электрического поля в объеме контролируемых материалов и учета краевого эффекта электродов. Поставленная задача решается тем, что устройство для определения зависимости тангенса угла диэлектрических потерь жидких сред 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. Технический результат достигается за счет применения предлагаемого устройства,становится возможным повысить точность определения тангенса угла диэлектрических потерь жидких сред за счет контроля частоты электрического поля в диапазоне от 102 до 2104 Гц, обеспечения однородного электрического поля в объеме контролируемых жидких сред и учета краевого эффекта электродов. 2 102082014.08.30 Сущность полезной модели поясняется фиг. 1-2. На фиг. 1 схематично изображено устройство для определения зависимости тангенса угла диэлектрических потерь жидких сред от частоты электрического поля. На фиг. 2 приведен пример реализации устройства для определения зависимости тангенса угла диэлектрических потерь магнитной жидкости на основе турбинного масла от частоты электрического поля. Содержание дисперсной фазы в магнитной жидкости С 30 мас.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 7-20 и измеряют электроемкость 1 и электропроводность 1 ячейки без жидкой среды. Измеряют электроемкость 2 и электропроводность 2 ячейки с жидкой средой. Относительную диэлектрическую проницаемостьжидкой среды вычисляют по формуле 11,2(1) 0 где 0 - рабочая электроемкость ячейки. Рабочую электроемкость 0 измерительной ячейки с учетом краевого эффекта электродов вычисляют по формуле 02 1 ,(2)21 где 2 и 1 - измеренные электроемкости ячейки с двумя эталонными жидкостями 2 и 1 известные диэлектрические проницаемости двух эталонных жидкостей. Электропроводность жидкой средывычисляют по формуле 21.(3) Тангенс угла диэлектрических потерьжидкой среды вычисляют по формуле,(4)0 где 2 - круговая(циклическая) частота. Примеры реализации устройства для определения тангенса угла диэлектрических потерь магнитной жидкости на основе турбинного масла. Пример 1. Магнитная жидкость на основе турбинного масла. Температура магнитной жидкости 20 С рабочая электроемкость ячейки 00,17710-12 Ф содержание дисперсной фазы в магнитной жидкости составляет 30 мас.частота электрического поля 102 Гц относительная диэлектрическая проницаемость магнитной жидкости 55 электропроводимость магнитной жидкости 410-9 Ом-1. Тангенс угла диэлектрических потерь магнитной жидкости 0,65. Пример 2. Магнитная жидкость на основе турбинного масла. Температура магнитной жидкости 20 С рабочая электроемкость ячейки 00,17710-12 Ф содержание дисперсной фазы в магнитной жидкости составляет 30 мас.частота электрического поля 2103 Гц. Процедура измерения далее как в примере 1. Тангенс угла диэлектрических потерь магнитной жидкости 0,1. 3 102082014.08.30 Пример 3. Магнитная жидкость на основе турбинного масла. Температура магнитной жидкости 20 С рабочая электроемкость ячейки 00,177-10-12 Ф содержание дисперсной фазы в магнитной жидкости 30 мас.частота электрического поля 2104 Гц. Процедура измерения далее как в примере 1. Тангенс угла диэлектрических потерь магнитной жидкости 0,06. Вычисленная погрешность определения тангенса угла диэлектрических потерь магнитной жидкости в диапазоне частот электрического поля от 102 до 2104 Гц составляют примерно 2,1(фиг. 2). Таким образом, использование заявляемого устройства позволяет существенно повысить точность определения тангенса угла диэлектрических потерь жидких сред 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 2104 Гц. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4