Устройство для определения зависимости электрофизических характеристик диэлектрических материалов от напряженности переменного электрического поля

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАВИСИМОСТИ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ ОТ НАПРЯЖЕННОСТИ ПЕРЕМЕННОГО 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 электрофизических характеристик диэлектрических материалов от напряженности переменного электрического поля, состоящее из двух дисковых электродов, микрометрического устройства со встроенным микровинтом,соединенным с подвижным дисковым электродом, симметрично расположенным с неподвижным электродом, съемных контактов, отличающееся тем, что дополнительно содержит цифровой измеритель иммитанса со встроенным источником переменного напряжения. 99062014.02.28 Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике, а именно к диэлектрическим измерениям, и может быть использована для автоматического определения зависимости электрофизических характеристик (относительной диэлектрической проницаемости - , тангенса угла диэлектрических потерь - ) диэлектрических материалов от напряженности переменного электрического поля в различных областях промышленности. Известны устройства для контроля диэлектрических свойств материалов 1, 2, содержащие высокопотенциальные электроды, переключаемый и низкопотенциальный электроды, которые закреплены на изоляционном основании, служащем одновременно рукояткой конденсатора. Основным недостатком этих устройств является низкая точность измерения диэлектрических свойств материалов, связанная с необеспечением однородного переменного электрического поля в объеме контролируемого материала, одинаковой силы прижатия и одинаковых условий прилегания электродов к поверхности материала. Наиболее близким по конструкции и принципу действия к заявляемому устройству является устройство для измерения электрических свойств полимерных композиций 3,состоящее из двух дисковых электродов, микрометрического устройства со встроенным микровинтом, соединенным с подвижным дисковым электродом, симметрично расположенным с неподвижным электродом, фторопластовой прокладки, основания и съемных контактов. Основной недостаток данного устройства связан с невозможностью определения зависимости относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь диэлектрических материалов от напряженности переменного электрического поля. Погрешность, связанная с указанным фактором, никак не учитывается и, таким образом,вносит существенный вклад в точность определения электрофизических характеристик диэлектрических материалов. Задачей предлагаемой полезной модели является повышение точности и расширение диапазона определения электрофизических характеристик диэлектрических материалов за счет контроля напряженности переменного электрического поля в интервале от 3,3102 до 13,3103 В/м, обеспечения однородного переменного электрического поля в объеме материала, одинаковой силы прижатия и одинаковых условий прилегания электродов к поверхности материала. Поставленная задача решается тем, что устройство для определения зависимости электрофизических характеристик диэлектрических материалов от напряженности переменного электрического поля, состоящее из двух дисковых электродов, микрометрического устройства со встроенным микровинтом, соединенным с подвижным дисковым электродом, симметрично расположенным с неподвижным электродом, съемных контактов, дополнительно содержит цифровой измеритель иммитанса со встроенным источником переменного напряжения. Технический результат достигается за счет контроля напряженности переменного электрического поля, обеспечения однородного электрического поля в объеме диэлектрического материала, одинаковой силы прижатия и одинаковых условий прилегания электродов к поверхности материала. В результате применения предлагаемого устройства становится возможным повысить точность и расширить диапазон определения электрофизических характеристик диэлектрических материалов за счет контроля напряженности переменного электрического поля,обеспечения однородного электрического поля в объеме материала, одинаковой силы прижатия и одинаковых условий прилегания электродов к поверхности материала. Сущность полезной модели поясняется фигурой. Устройство включает в себя микрометрическое устройство со встроенным микровинтом (1), соединенным с подвижным дисковым электродом, симметрично расположенным с неподвижным электродом, рабочие поверхности которых отшлифованы, отполированы,2 99062014.02.28 хромированы и притерты друг к другу (2), съемные контакты (4, 5), цифровой измеритель иммитанса (6) со встроенным источником переменного напряжения. Устройство работает следующим образом. Пластину из диэлектрического материала (3) помещают в центре на нижний неподвижный дисковый электрод (2). Вращением барабана винта микрометра (1) приближают верхний подвижный дисковый электрод (2) к поверхности пластины диэлектрического материала (3) до срабатывания трещотки, затем отсчитывают ее толщину по показанию микрометра. Цифровым измерителем иммитанса Е 7-20 на частоте 1 МГц измеряют электроемкость (2) и активную проводимость (2) пластины из диэлектрического материала. Вращением барабана винта микрометра поднимают верхний электрод и вынимают пластину, затем устанавливают показания микрометра, соответствующее показаниям толщины пластины, измеряют электроемкость (1) и активную проводимость (1) без диэлектрического материала. Наличие встроенного источника переменного напряжения в цифровом измерителе иммитанса (6) обеспечивает подачу напряжения через съемные контакты (4, 5) к системе дисковые электроды - диэлектрический материал (2, 3) в диапазоне 1-40 В с дискретностью установки напряжения 0,1 В. Относительная диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь пластины из диэлектрического материала вычисляют по формулам 11,2,(2)0 где 0 - рабочая емкость конденсатора 2-1 - электропроводимость пластины из диэлектрического материала- круговая (циклическая) частота. Рабочую емкость (0) с учетом краевых эффектов электродов вычисляют по формуле 1 02,(3) 1 1 где 1 - относительная диэлектрическая проницаемость эталонной пластины из полистирола. Для определения рабочей емкости целесообразно использовать эталонные пластины из полистирола (12,45) толщиной 110-3 м 210-3 м 310-3 м 410-3 м 510-3 м 610-3 м 710-3 м и 1010-3 м. 1 и 2 - электроемкости с пластиной полистирола различной толщины и без нее соответственно. Напряженность переменного электрического поля в диэлектрическом материале вычисляется по формуле, где- напряженность переменного электрического поля, /м- напряжение, подводимое к системе дисковые электроды - диэлектрический материал, . Примеры реализации устройства для определения зависимости относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь диэлектрических материалов от напряженности переменного электрического поля. Пример 1. Стеклотекстолит электротехнический листовой. Е 3,3102 /м 310-3 м 7,06510-4 м 220 С 02,06710-12 Ф. Электрические свойства стеклотекстолита измерены цифровым измерителем иммитанса Е 7-20 на частоте 1 МГц. Электроемкость пластины стеклотекстолита 213,1710-12 Ф электроемкость без пластины стеклотекстолита 15,4710-12 Ф. Электропроводимость 3 99062014.02.28 пластины стеклотекстолита 20,6310-6 См, электропроводимость без пластины стеклотекстолита 10. Электрофизические характеристики стеклотекстолита 4,730,0102. Пример 2. Стеклотекстолит электротехнический листовой.13,3103 В/м 310-3 м 7,06510-4 м 220 С, 02,06710-12 Ф. Процедура измерения и вычисления, как в примере 1. Электрофизические характеристики стеклотекстолита 4,810,0152. Пример 3. Стекловолокнистый пресс-материал листовой.3,3102 /м 210-3 м 7,06510-4 м 220 С. 03,02810-12 Ф. Процедура измерения и вычисления, как в примере 1. Электрофизические характеристики стекловолокнистого пресс-материала 4,730,0182. Пример 4. Стекловолокнистый пресс-материал листовой.13,3103 /м 210-3 м 7,06510-4 м 220 С. 03,02810-12 Ф. Процедура измерения и вычисления, как в примере 1. Электрофизические характеристики стекловолокнистого пресс-материала 4,860,019. Относительная погрешность вычисления рабочей емкости (0), относительной диэлектрической проницаемостии тангенса угла диэлектрических потерьдиэлектрических материалов составляет примерно 1,85 . Таким образом, использование заявляемого устройства позволяет существенно повысить точность и расширить диапазон определения электрофизических характеристик диэлектрических материалов за счет контроля напряженности постоянного электрического поля в интервале от 3,3102 до 13,3103 /м, обеспечения однородного переменного электрического поля в объеме диэлектрического материала, одинаковой силы прижатия и одинаковых условий прилегания электродов к поверхности материала. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4