Способ определения природы проводимости диэлектриков

Использование: для определения природы проводимости диэлектриков. Сущность изобретения заключается в том, что способ определения природы проводимости диэлектриков основан на проверке выполнимости закона Фарадея путем пропускания электрического тока через стопку образцов испытуемого диэлектрика и определения качества и количества перемещенного вещества, при этом стопку образцов испытуемого диэлектрика подвергают воздействию электромагнитного излучения, направляя вектор плотности потока энергии поля вдоль оси стопки образцов испытуемого диэлектрика. Технический результат: обеспечение возможности более точного определения количества перемещающихся зарядов и получения данных о проводимости диэлектриков в широком частотном диапазоне. 1 ил.

 

Изобретение относится к способам определения природы проводимости диэлектриков, например, стекол.

В опубликованных информационных источниках описаны способы определения природы проводимости диэлектриков.

В работе [А.С. №395789. Способ определения природы проводимости диэлектриков. Авторы: А.А. Дешковская, Н.М. Бобкова, А.Л. Грибков, В.П. Штомпель и Л.Д. Сошин. Опубликовано 28.08.1973. Бюл. №35. МПК G01R 27/26.] описан способ определения природы проводимости диэлектриков, основанный на проверке выполнимости закона Фарадея, отличающийся тем, что через образец твердого диэлектрика пропускают электрический ток и определяют качество и количество выделившихся на электродах продуктов электролиза.

На основе первого закона Фарадея под действием электрического поля ионы перемещаются по образцу материала и выделяются на электродах, по анализу которых определяется количество перенесенных ионов.

Недостатком представленного способа является его трудоемкость: перед началом опыта наносят металлизированный слой электродов на поверхность испытуемого образца, а затем после проведения опыта снимают металлизированный слой и проводят анализ изменения содержащегося дополнительного вещества. Недостатком способа является также то, что образец подвергают дополнительному механическому и химическому воздействиям при нанесении и снятии покрытий. При нанесении и снятии металлизированных покрытий теряется масса и поэтому можно анализировать наличие вновь образовавшегося вещества в материале покрытий, но трудно точно оценивать его количество.

Наиболее близким к заявляемому является способ определения природы проводимости, на основе метода Тубандта, описанный в работе [Борисова М.Э., Койков С.Н. Физика диэлектриков. Учеб. Пособие. – Л.: Изд-во Ленингр. Ун-та. 1979. 240 с.], в котором электрическую цепь с источником электрической энергии соединяют с металлическими пластинами, между которыми укладывают стопку трех образцов испытуемого материала и пропускают постоянный электрический ток. Под действием контактного источника энергии электрического поля заряженные частицы, перемещаясь из образца в образец, изменяют их вес в соответствии с первым законом электролиза Фарадея. После окончания эксперимента сравнивают вес образцов до начала эксперимента и после. По результатам измерений веса образцов определяют знак носителей заряда и их свойства.

Недостатком рассматриваемого способа является то, что для определения проводимости диэлектриков использован контактный источник электрической энергии, соединенный с металлизированными пластинами, к которым подводится электрический ток. При этом перемещение ионов происходит не только между образцами, но и из контактных пластин в образцы испытуемого диэлектрика, загрязняя их, что затрудняет анализ экспериментальных данных и снижает точность измерения [Борисова М.Э., Койков С.Н. Физика диэлектриков. Учеб. Пособие. – Л.: Изд-во Ленингр. Ун-та. 1979. С. 64]. Кроме того, в предлагаемом способе в качестве источника энергии используется только постоянный ток, что ограничивает возможности исследователей.

Целью изобретения является повышение точности определения количества перемещающихся зарядов и получение данных о проводимости диэлектриков в широком частотном диапазоне.

Это достигается тем, что заявляемый способ определения природы проводимости диэлектриков, основанный на проверке выполнимости закона Фарадея, путем пропускания электрического тока через стопку образцов испытуемого диэлектрика и определения качества и количества перемещенного вещества, отличающийся тем, что стопку образцов испытуемого диэлектрика подвергают воздействию электромагнитного излучения, направляют вектор плотности потока энергии поля вдоль оси стопки образцов испытуемого диэлектрика.

В заявляемом способе подвергают воздействию электромагнитного излучения испытуемый диэлектрик бесконтактно, а относительно направления вектора плотности потока энергии поля вдоль оси стопки образцов испытуемого диэлектрика, определяют направление движения зарядов, при этом носители заряда не выходят за пределы образцов и не добавляются из вне, нет загрязнений образцов, что улучшает чистоту эксперимента и повышает точность определения количества перемещенного вещества по сравнению с известными методами определения природы проводимости.

На фиг. 1 представлено устройство, реализующее заявляемый способ, в виде схемы одночастотной ячейки волноводного типа, на частоту 10 ГГц, для определения природы проводимости диэлектриков. На схеме указаны: 1 - генератор СВЧ с волноводным выходом 23×10 мм, излучающий в режиме непрерывных колебаний, 2 - волноводный поворот по широкой стенке (Е - уголок), 3 - волноводный вентиль, 4 - волноводная секция, 5, 6, 7 - стопка из трех полированных образцы испытуемого диэлектрика, 8 - закороченный отрезок волновода с поглотительной вставкой.

Устройство работает следующим образом.

Генератор СВЧ в режиме непрерывных колебаний 1 излучает электромагнитное поле, которое по волноводу 2 через волноводный вентиль 3 и волноводную секцию 4 направляется к стопке образцов испытуемого диэлектрика 5, 6, 7, проходит через них, а затем попадает в закороченный отрезок волновода с поглотительной вставкой 8.

Размер испытуемых образцов соответствует сечению волновода 23×10 мм, полностью перекрывая его сечение с минимальными зазорами, а поверхности соприкосновения образцов полируются, выдерживая высокую плоскопараллельность поверхностей. Выбранная схема волноводных соединений позволяет создать условия распространения электромагнитной волны в волноводе, в которых вектор плотности потока энергии поля (вектор Пойтинга) направляют вдоль оси стопки образцов испытуемого диэлектрика.

Образцы испытуемого диэлектрика перед началом эксперимента сушат в вакуумной печи, взвешивают, укладывают в стопку и вводят в волноводную секцию, стопку образцов испытуемого диэлектрика подвергают воздействию электромагнитного излучения, направляют вектор плотности потока энергии поля вдоль оси стопки образцов испытуемого диэлектрика. Волноводную секцию изолируют от внешней атмосферы радиопрозрачными диэлектрическими прокладками по стыкам между волноводными секциями, что особенно важно из-за длительного времени проведения эксперимента. После окончания эксперимента образцы извлекают из волноводной секции и взвешивают. Изменение веса образцов характеризует тип проводимости диэлектрика. Взвешивая образцы, устанавливают, какие ионы, положительные или отрицательные, являются носителями заряда и в какой степени ионная электропроводность преобладает над электронной.

С использованием волноводных линий возможно проведение исследований в широкой полосе частот от 0,3 ГГц до 200 ГГц [А.Л. Фельдштейн, Л.Р. Явич, В.П. Смирнов. Справочник по элементам волноводной техники. М., Советское радио, 1966 г., 653 с.]. Так как предполагается отсутствие градиента энергии, способствующего переносу вещества в направлении, перпендикулярном вектору Пойтинга, то применение волноводных линий не снижает точность измерений.

Заряженные частицы внутри материала в переменном электромагнитном поле подвижны под действием силы Гапонова-Миллера [Демьянцева, С.М. Кузьмин, М.А. Солунин, С.А. Солунин, А.М. Солунин. О движении заряженных частиц в переменном неоднородном электрическом поле. Журнал теоретической физики. Том 82, вып. 11, 2012, с. 1-10.] в направлении, или против, вектора Пойтинга.

В нерелятивистском случае на частицу действует только сила, направленная вдоль вектора Пойтинга. Это следует из уравнения Ньютона, движения частицы в электромагнитном поле [Л.Д. Ландау, Е.М Лифшиц. Теоретическая физика: Учеб. пособ. В 10 томах. Т. 2. Теория поля. - 7-e изд. испр. – М.: Из-во Наука. 1988, 512 с.]:

,

где c - скорость света,

e - заряд частицы,

m - масса частицы,

Е и Н - электрический и магнитный вектора поля,

v - скорость частицы.

Если скорость частицы мала, частица не релятивистская и поперечная составляющая силы отсутствует, и на частицу в переменном поле действует усредненная сила (Гапонова-Миллера).

В случае релятивистских частиц движения зарядов в волноводе вдоль его оси может не наблюдается из-за возникновения поперечных сил [Р.А. Кастильо, В.П. Милантьев. Усредненные силы, действующие на релятивистскую частицу в волноводе. // Прикладная физика. 2011, №6. С. 68-73].

Скорость движения ионов в диэлектрике мала и точно не релятивистская.

Сила, действующая на носители зарядов, тем сильнее, чем больше поглощаемая ими энергия [Д.В. Сивухин. Общий курс физики. Учебное пособие: Для вузов. В 5 т. Т. IV. Оптика - 3-е издание стереот. - М.,: ФИЗМАТЛИТ, 2005. - С. 559], поэтому исследуется перенос массы зарядов в различных условиях, например в полосе частот или под воздействием температур.

Для более углубленного расчета результатов эксперимента используется алгоритм, изложенный в работе [Б.М. Болотовский, А.В. Серов. Об особенностях движения заряженных нерелятивистских частиц в переменном поле. // Успехи физических наук. 1994, Том 164, №5, стр. 545-547],

В заявляемом способе определения проводимости диэлектриков возможно проведение измерений без использования направляющих линий, например, в свободном пространстве, без контакта образцов исследуемого диэлектрика по торцевым границам.

В результате экспериментов с использованием серии ячеек, настроенных на разные частоты, получают зависимость проводимости исследуемого диэлектрика в полосе частот.

Для определения зависимости изменения проводимости исследуемого диэлектрика от температуры секцию с образцами помещают в печь.

Заявляемый способ определения природы проводимости диэлектриков включает необходимые признаки, обеспечивающие проведение всех технологических операций процесса измерения, и отличается от известных аналогов более высокой точностью измерений.

Таким образом, достигнут положительный эффект, заключающийся в повышении точности измерений проводимости диэлектриков в широком диапазоне частот переменного электромагнитного поля.

Способ определения природы проводимости диэлектриков, основанный на проверке выполнимости закона Фарадея, путем пропускания электрического тока через стопку образцов испытуемого диэлектрика и определения качества и количества перемещенного вещества, отличающийся тем, что стопку образцов испытуемого диэлектрика подвергают воздействию электромагнитного излучения, направляют вектор плотности потока энергии поля вдоль оси стопки образцов испытуемого диэлектрика.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения электромагнитных параметров наземных и погружных асинхронных электродвигателей на предприятиях по ремонту электрооборудования и на площадках нефтедобывающих скважин.

Использование: для дистанционного контроля относительной диэлектрической проницаемости среды под границей атмосфера-океан на разных акваториях Мирового океана. Сущность изобретения заключается в том, что контролируемый участок морской поверхности облучают СВЧ-радиоволнами на наклонной поляризации, регистрируют рассеянный назад сигнал одновременно на вертикальной и горизонтальной поляризациях, затем вычисляют поляризационное отношение, по которому рассчитывают относительную диэлектрическую проницаемость среды под границей атмосфера-океан.

Изобретение относится к бесконтактным переключателям. Технический результат заключается в обеспечении управления чувствительностью бесконтактного переключателя.

Изобретение, в общем, относится к системам контроля и, более конкретно, к способу определения электрической проводимости объекта или материала. Система содержит датчик, способный излучать электромагнитное поле при получении возбуждающего сигнала, причем при помещении в указанное электромагнитное поле объекта оно взаимодействует с этим объектом.

Изобретение предназначено для определения технического состояния фильтрующего элемента гидросистемы в функциональном режиме. Способ диагностирования технического состояния фильтрующего элемента гидросистемы включает определение параметра контроля фильтра и его передачу запоминающему устройству или оператору в процессе работы гидросистемы, причем измеряют диэлектрическую проницаемость фильтрующего элемента, непрерывно сравнивают текущее значение диэлектрической проницаемости фильтрующего элемента с ее максимально допустимым значением и определяют прогнозируемый остаточный ресурс фильтрующего элемента по по предложенной формуле.

Изобретение относится к бесконтактным переключателям. Технический результат заключается в улучшении управления чувствительностью бесконтактных переключателей.

Изобретение относится измерительным информационным системам, в частности к системам для измерения емкости и сопротивления и может быть использовано для измерения неэлектрических величин резистивными и емкостными датчиками в беспроводных системах контроля и управления.

Изобретение относится к сенсорной технике и может найти применение в сенсорных экранах, сенсорных панелях и других устройствах, где необходимо указывать координаты выбранных мест на экране и отслеживать эти координаты или выбранные графические элементы.

Изобретение относится к цифровой измерительной технике, а именно к устройствам преобразования емкости в частоту, и может быть использовано в устройствах первичной обработки информации емкостных преобразователей микромеханических гироскопов и акселерометров.

Изобретение относится к СВЧ-технике и может быть использовано для определения электрофизических параметров и неоднородностей диэлектрических покрытий на поверхности металла.

Изобретение относится к области дистанционного измерения физических характеристик объектов, в частности диэлектрической проницаемости диэлектриков. В способе, включающем облучение диэлектрического объекта когерентным СВЧ-излучением на наборе частот, регистрацию сигнала, несущего информацию о диэлектрической проницаемости объекта, после прохождения сигналом объекта с помощью канала регистрации, содержащего средства регистрации, и когерентную обработку зарегистрированного сигнала, согласно изобретению облучение объекта осуществляют несколькими передающими элементами, расположенными в различных точках пространства, при этом регистрацию сигнала каждого передающего элемента осуществляют соответствующим ему средством регистрации, а при обработке зарегистрированного сигнала определяют множество значений удлинения оптического пути, соответствующих определенной паре передающий элемент - средство регистрации на наборе частот, затем вычисляют распределение плотности удлинения оптического пути методом обратного проецирования, выделяют непрерывные трехмерные участки с близкими по значению плотностями удлинения оптического пути методом сегментации трехмерного изображения, затем вычисляют диэлектрическую проницаемость ε диэлектрического объекта в сечении одной из плоскостей системы координат по формуле: , где ρ - средняя плотность удлинения оптического пути для диэлектрического объекта; Lx - размер по оси x; Lz - размер по оси z. Технический результат заключается в возможности определения диэлектрической проницаемости диэлектрического объекта дистанционно, независимо от возможности непосредственного ручного измерения его размеров.

Использование: для измерения параметров диэлектриков при нагреве. Сущность изобретения заключается том, что способ измерения параметров диэлектриков при нагреве в объемном резонаторе на фиксированной частоте включает возбуждение колебаний в резонаторе через расположенные в верхней торцевой стенке отверстия связи в охлаждаемой части резонатора, настройку резонатора в резонанс при нормальных условиях и при нагреве и измерение собственных параметров пустого резонатора, установку образца на подвижный нижний поршень, настройку резонатора в резонанс при нормальных условиях и при нагреве и измерение параметров резонатора с образцом, расчет температурных параметров диэлектриков сравнением собственных температурных параметров пустого резонатора и резонатора с образцом, отличающийся тем, что настройку в резонанс пустого резонатора и резонатора с образцом проводят перемещением верхней торцевой стенки резонатора с отверстиями связи при неизменном положении подвижного нижнего поршня. Технический результат: обеспечение возможности более высокой точности измерения параметров диэлектриков. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Использование: для контроля потоков неоднородных диэлектрических веществ. Сущность изобретения заключатся в том, что устройство для измерения физических свойств вещества в потоке содержит на измерительном участке волноводный резонатор, через сквозные отверстия в противоположных торцах которого вдоль его продольной оси пропущен диэлектрический трубопровод с контролируемым диэлектрическим веществом, подсоединенные к данному резонатору с помощью элементов связи генератор электромагнитных колебаний и электронный блок, при этом волноводный резонатор выполнен в виде прямоугольного волноводного резонатора, в котором возбуждены колебания типа H10n, n=1, 2, …, и в котором у каждой из его узких стенок установлена диэлектрическая вставка с тем же поперечным размером, что и у прямоугольного резонатора, ее продольный размер имеет величину , где L - длина резонатора в продольной плоскости, ε - диэлектрическая проницаемость материала каждой вставки. Технический результат: обеспечение возможности повышения точности измерения. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области оптических измерений и касается способа определения диэлектрической проницаемости металла в терагерцовом диапазоне спектра. Способ включает в себя возбуждение зондирующим пучком поверхностной электромагнитной волны (ПЭВ) на плоской поверхности металлического образца, измерение длины распространения ПЭВ и определение ее фазовой скорости, расчет комплексного показателя преломления ПЭВ по означенным ее характеристикам и определение диэлектрической проницаемости металла путем решения дисперсионного уравнения ПЭВ для волноведущей структуры, содержащей поверхность образца. При проведении измерений на поверхность предварительно наносят однородный слой диэлектрика с известными оптическими постоянными толщиной от сотой до десятой доли длины волны излучения источника. Технический результат заключается в повышении точности измерений.

Изобретение относится к электросвязи и электротехнике, где осуществляется передача электромагнитных колебаний по электрической цепи, прямым проводом которой является металлический проводник, а обратным - металлический проводник или проводящая среда. Способ измерения частотных характеристик параметров передачи протяженных электрических цепей в режиме холостого хода и короткого замыкания на оптимальных частотах включает этапы, где минимизируются и методические, и инструментальные погрешности, а для исключения влияния на результат измерения паразитных напряжений после достижения равновесия моста кратковременно отключается генератор. Значения первичных параметров передачи цепи (сопротивление R, индуктивность L, емкость С, проводимость изоляции G) на любой произвольной частоте в измеренном диапазоне частот определяются путем интерполяции на основе адекватных аппроксимирующих функций - их теоретических зависимостей. При этом исключаются случайные погрешности измерения. Значения вторичных параметров передачи цепи (коэффициенты затухания и фазы α и β, модуль и угол волнового сопротивления ZB и ϕZ) на любой произвольной частоте в измеренном диапазоне частот и в поддиапазоне от 0 до первой оптимальной частоты определяются на основе известной взаимосвязи между первичными и вторичными параметрами передачи. Техническим результатом является повышение точности измерения частотных характеристик параметров передачи электрических цепей за счет снижения методических, инструментальных и случайных погрешностей; снижение трудоемкости измерений частотных параметров передачи; определение параметров передачи относительно короткой цепи на инфранизких частотах от 0 до первой оптимальной частоты. 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Изобретение способ определения диэлектрической проницаемости диэлектрических материалов относится к технике измерения диэлектрической проницаемости диэлектрических материалов. Способ определения диэлектрической проницаемости в объемном волноводном резонаторе включает настройку резонатора на резонансную частоту без образца испытуемого материала, помещение образца испытуемого материала в резонатор, настройку резонатора на частоту резонанса перемещением подвижного поршня, фиксацию показания датчика перемещения подвижного поршня и вычисление диэлектрической проницаемости, отличается тем, что после настройки резонатора с образцом в резонанс фиксируют частоту, на которую настроен резонатор с образцом, по которому вычисляют диэлектрическую проницаемость. Способ определения диэлектрической проницаемости ε материала заключается на измерении геометрической разности длин на фиксированной частоте резонатора без образца и с образцом испытуемого материала ΔL=LT-LTS, а на основе расчета разности электрических длин резонатора без образца и с образцом испытуемого материала . Техническим результатом использования изобретения является более высокая точность определения диэлектрической проницаемости диэлектрических материалов. 3 ил.

Изобретение относится к многослойным самолетным или аэрокосмическим иллюминаторам и касается прозрачного изделия с датчиком влаги. Включает в себя один или более датчиков влаги мониторинга проникновения влаги, чтобы контролировать эксплуатационные показатели влагостойкого барьера. Датчик влаги включает в себя корродирующий от влаги предмет или элемент-датчик, например полоску или провод, сопротивление которого изменяется в зависимости от коррозии. Датчик может также включать в себя два разнородных металла, например биметаллический датчик, или два сходных металла, имеющих различные физические размеры. Изобретение обеспечивает создание изделия с датчиком мониторинга проникновения влаги, которые позволяют контролировать эксплуатационные показатели лобового стекла, характеристики которого оказываются вне допустимых пределов. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения физических параметров материала, в том числе при экстремальных температурах и давлениях, например, устройство может быть применено для контроля сухости пара пароводяной среды. Устройство измерения физических параметров материала содержит первичный преобразователь, выполненный в виде отрезка длинной линии передачи с сигнальным и экранным проводниками, пространство между которыми предназначено для заполнения контролируемым материалом, амплитудный детектор, генератор зондирующего сигнала, выполненный на основе перестраиваемого по частоте формирователя гармонического сигнала, устройство измерения и управления, а также первый и второй дополнительные отрезки линии передачи с сигнальным и экранным проводниками. Вход первого отрезка подключен к входу первичного преобразователя, а выход этого отрезка подключен к входу амплитудного детектора. Вход второго отрезка подключен к выходу генератора, а выход этого отрезка подключен к входу первичного преобразователя. Вход первого и выход второго дополнительных отрезков введены внутрь первичного преобразователя, при этом соединение сигнальных проводников первого и второго отрезков с сигнальным проводником первичного преобразователя выполнено внутри первичного преобразователя непосредственно в области, заполняемой контролируемым материалом. Первый и второй дополнительные отрезки в месте соединения с первичным преобразователем выполнены в виде электровводов, обеспечивающих герметизацию первичного преобразователя и передачу зондирующего сигнала в область, занимаемую контролируемым материалом. Технический результат заключается в повышении точности измерения, расширении диапазона рабочих давлений, увеличении чувствительности при измерении материалов с низкой диэлектрической проницаемостью, например, нефтепродуктов с низким содержанием воды. 8 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к способу и устройству для реализации сенсорной кнопки и идентификации отпечатка пальца, а также к терминальному устройству, которые используются для объединения сенсорной кнопки с идентификацией отпечатка пальца. Технический результат заключается в обеспечении объединения идентификации отпечатка пальца и сенсорной кнопки, в увеличении конструктивной прочности защитного стекла и повышении удобства для пользователя. Устройство содержит датчик для идентификации отпечатка пальца, расположенный под защитным стеклом терминального устройства; схему для идентификации отпечатка пальца, соединенную с датчиком для идентификации отпечатка пальца; емкостный датчик касания, расположенный под датчиком для идентификации отпечатка пальца; емкостную сенсорную схему, соединенную с емкостным датчиком касания; и переключатель, используемый для включения или отключения датчика для идентификации отпечатка пальца и схемы для идентификации отпечатка пальца, а также для включения или отключения емкостного датчика касания и емкостной сенсорной схемы. 4 н. и 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к способу и устройству для реализации сенсорной кнопки и идентификации отпечатка пальца, а также к терминальному устройству, которые используются для объединения сенсорной кнопки с идентификацией отпечатка пальца. Технический результат заключается в обеспечении объединения идентификации отпечатка пальца и сенсорной кнопки, в увеличении конструктивной прочности защитного стекла и повышении удобства для пользователя. Устройство содержит датчик для идентификации отпечатка пальца, расположенный под защитным стеклом терминального устройства; схему для идентификации отпечатка пальца, соединенную с датчиком для идентификации отпечатка пальца; емкостный датчик касания, расположенный под датчиком для идентификации отпечатка пальца; емкостную сенсорную схему, соединенную с емкостным датчиком касания; и переключатель, используемый для включения или отключения датчика для идентификации отпечатка пальца и схемы для идентификации отпечатка пальца, а также для включения или отключения емкостного датчика касания и емкостной сенсорной схемы. 4 н. и 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

Использование: для определения природы проводимости диэлектриков. Сущность изобретения заключается в том, что способ определения природы проводимости диэлектриков основан на проверке выполнимости закона Фарадея путем пропускания электрического тока через стопку образцов испытуемого диэлектрика и определения качества и количества перемещенного вещества, при этом стопку образцов испытуемого диэлектрика подвергают воздействию электромагнитного излучения, направляя вектор плотности потока энергии поля вдоль оси стопки образцов испытуемого диэлектрика. Технический результат: обеспечение возможности более точного определения количества перемещающихся зарядов и получения данных о проводимости диэлектриков в широком частотном диапазоне. 1 ил.

Наверх