KR100645639B1 - Co-axial type lf/rf dielectric sensor and dielectric spectrum measuring system using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 LF 및 RF 영역에서 공통으로 액체의 유전 스펙트럼을 정확히 측정할 수 있는 LF/RF 공용 유전센서 및 이를 이용한 유전스펙트럼 측정시스템에 관한 것으로, 본 발명에 따른 공용 유전센서는 센서의 한쪽 전극을 형성하는 원통형 외부파이프(13); 상기 외부파이프의 내부에 동축으로 배열되어 센서의 다른 한쪽 전극을 형성하는 내부봉(15); 상기 외부파이프 및 내부봉 사이의 간격을 일정하게 유지시켜 전극간 접촉을 방지하는 봉지지대(17); 센서를 센서고정대에 연결시키기 위한 센서커넥터(18); 및 센서 내의 액체시료의 유출을 방지하며, 써모커플을 삽입하기 위한 구멍이 형성되어 있는 뚜껑(11)을 포함하여 구성되고, 상기 공용 유전센서를 이용하여 유전 스펙트럼 측정시스템을 제공한다. 본 발명에 따라 단일의 공용 유전센서로 LF 및 RF의 두 영역에서의 유전 스펙트럼을 구할 수 있고, 시료의 정확한 유전 스펙트럼의 측정을 할 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to an LF / RF common dielectric sensor and a dielectric spectrum measuring system using the same, which can accurately measure the dielectric spectrum of a liquid in common in the LF and RF domains. A cylindrical outer pipe 13 to be formed; An inner rod 15 arranged coaxially inside the outer pipe to form the other electrode of the sensor; A rod supporter 17 which maintains a constant gap between the outer pipe and the inner rod to prevent contact between electrodes; A sensor connector 18 for connecting the sensor to the sensor fixture; And a lid 11 which prevents the outflow of the liquid sample in the sensor and has a hole for inserting the thermocouple, and provides a dielectric spectrum measurement system using the common dielectric sensor. According to the present invention, a single common dielectric sensor can obtain a dielectric spectrum in two regions of LF and RF, and an accurate dielectric spectrum of a sample can be measured.

유전센서, 스펙트럼, 복소유전율, 임피던스 측정기, 유전 완화Dielectric Sensor, Spectrum, Complex Dielectric Constant, Impedance Meter, Dielectric Relaxation

Description

동축형 LF/RF 공용 유전센서 및 이를 이용한 유전스펙트럼 측정시스템{CO-AXIAL TYPE LF/RF DIELECTRIC SENSOR AND DIELECTRIC SPECTRUM MEASURING SYSTEM USING THE SAME}CO-AXIAL TYPE LF / RF DIELECTRIC SENSOR AND DIELECTRIC SPECTRUM MEASURING SYSTEM USING THE SAME}

도 1은 전자기 스펙트럼에서 유전분광학의 측정영역을 도시한 그림.1 is a diagram showing a measurement region of dielectric spectroscopy in the electromagnetic spectrum.

도 2는 본 발명에 따른 동축형 LF/RF 공용 유전센서의 분해 및 조립 상태를 나타낸 도면.Figure 2 is a view showing the disassembled and assembled state of the coaxial LF / RF common dielectric sensor according to the present invention.

도 3는 본 발명에 따른 동축형 LF/RF 공용 유전센서를 이용한 유전스펙트럼 측정시스템의 개략도.Figure 3 is a schematic diagram of a dielectric spectrum measurement system using a coaxial LF / RF common dielectric sensor in accordance with the present invention.

도 4a 및 4b는 내부봉의 길이 30㎜인 센서를 이용하여 측정한 LF 및 RF 영역의 스펙트럼 및 각 주파수에서의 상대오차를 나타낸 그래프.4A and 4B are graphs showing the spectra of the LF and RF regions and relative errors at each frequency measured using a sensor having a length of 30 mm of an inner rod.

도 5a 및 5b는 내부봉의 길이 70㎜인 센서를 이용하여 측정한 LF 및 RF 영역의 스펙트럼 및 각 주파수에서의 상대오차를 나타낸 그래프.5A and 5B are graphs showing the spectra of the LF and RF regions and the relative errors at each frequency measured using a sensor having a length of 70 mm of the inner rod.

도 6a 및 6b는 내부봉의 길이 50㎜인 센서를 이용하여 측정한 LF 및 RF 영역의 스펙트럼 및 각 주파수에서의 상대오차를 나타낸 그래프.6A and 6B are graphs showing the spectra of the LF and RF regions and the relative errors at each frequency measured using a sensor having a length of 50 mm of the inner rod.

도 7은 LF 및 RF 전용 유전센서를 이용하여 유전스펙트럼을 측정하고 그 결과를 합성한 그래프.Figure 7 is a graph measuring the dielectric spectrum using a dielectric sensor dedicated to LF and RF and synthesized the results.

도 8은 본 발명에 따른 LF/RF 공용 유전센서를 이용하여 유전스펙트럼을 측 정하고 그 결과를 합성한 그래프.Figure 8 is a graph measuring the dielectric spectrum using the LF / RF common dielectric sensor according to the present invention and synthesized the results.

도 9는 저온용 온도조절장치를 부착한 동축형 LF/RF 공용 유전센서를 이용한 유전스펙트럼 측정시스템의 개략도.9 is a schematic diagram of a dielectric spectrum measurement system using a coaxial LF / RF common dielectric sensor with a low temperature thermostat;

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※※ Explanation of symbols about main part of drawing ※

1: 유전센서 13: 외부파이프1: dielectric sensor 13: outer pipe

15: 내부봉 17: 봉지지대15: inner rod 17: rod support

18: 센서 커넥터 11: 뚜껑18: sensor connector 11: lid

2: 온도조절장치 21: 열선2: thermostat 21: heating wire

22: 열선뚜껑 23: 써모커플22: heated lid 23: thermocouple

24: 온도조절기 3: 센서고정대 24: Thermostat 3: Sensor Fixture

31: 고정대 커넥터 4: 임피던스 측정기31: Fixture connector 4: Impedance meter

5: 컴퓨터 6: 저온용 온도조절장치 5: Computer 6: Low Temperature Thermostat

본 발명은 동축형(co-axial type) LF/RF 공용 유전센서(dielectric sensor) 및 이를 이용한 유전 스펙트럼 측정시스템에 관한 것으로, 특히, 낮은 주파수 및 높은 주파수에서 공통으로 사용하여 액체의 유전 스펙트럼(dielectric spectrum)을 정확히 측정할 수 있는 유전센서 및 유전 스펙트럼 측정시스템에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a coaxial LF / RF common dielectric sensor and a dielectric spectrum measurement system using the same. In particular, the dielectric spectrum of a liquid is commonly used at low and high frequencies. The present invention relates to a dielectric sensor and a dielectric spectrum measurement system capable of accurately measuring spectrum.

본 발명에 따른 유전 센서는 특히 유전율과 손실율(loss factor)이 낮은 탄 화수소류의 유전 스펙트럼을 측정하는데 적합하다.The dielectric sensor according to the invention is particularly suitable for measuring the dielectric spectrum of hydrocarbons having a low dielectric constant and a low loss factor.

본 발명에서 사용하는 LF(low frequency)는 전자기 스펙트럼에서 300㎑ 이하의 영역을 말하며, RF(radio frequency)는 전자기 스펙트럼에서 300㎑~ 300㎒의 영역을 말한다.Low frequency (LF) used in the present invention refers to a region of 300 kHz or less in the electromagnetic spectrum, and RF (radio frequency) refers to a region of 300 kHz to 300 MHz in the electromagnetic spectrum.

유전 분광학(dielectric spectroscopy)은 적외선 이하의 전자기파 스펙트럼 영역에서 물질의 분극(polarization) 및 전기전도도(conductivity)가 변화하는 것을 나타내는 복소유전율을 측정하여 물질의 특성을 알아내는 방법이다. Dielectric spectroscopy is a method of characterizing a material by measuring its complex dielectric constant, which indicates a change in polarization and conductivity of a material in the electromagnetic spectrum below the infrared ray.

도 1에는 전자기파 영역에서 유전 분광학과 광 분광학의 적용 영역이 도시되어 있다.Figure 1 shows the application area of dielectric spectroscopy and optical spectroscopy in the electromagnetic wave region.

유전 분광학에서는 물질의 양단에 설치된 두 전극에 비교적 저전압(100 ㎷~ 1 V)의 교류 전기장을 가할 때 물질의 전기적 특성에 따라 저항성분에 의해 손실되는 전류와 전하의 축적에 사용되는 전류 성분의 강제 응답이 나타나게 된다. 유전스펙트럼을 측정하는 방법에는 일정한 온도에서 주파수를 변경하면서 측정하는 방법과 일정한 주파수에서 온도를 변경하면서 측정하는 방법이 있다. 상기 전류 및 전압의 관계로부터 복소유전율(complex permittivity)을 구할 수 있고, 이 복소유전율의 실수부와 허수부의 주파수 또는 온도 변화 경향으로부터 물질의 다양한 물성을 알아낼 수 있다.In dielectric spectroscopy, when an alternating electric field with a relatively low voltage (100 kV to 1 V) is applied to two electrodes installed at both ends of a material, the current component used for the accumulation of current and charge lost by the resistive component depending on the electrical properties of the material The response will appear. Dielectric spectrum is measured by changing the frequency at a constant temperature and measuring by changing the temperature at a constant frequency. The complex permittivity can be obtained from the relationship between the current and the voltage, and various physical properties of the material can be found from the tendency of the frequency or temperature change of the real part and the imaginary part of the complex dielectric constant.

유전센서는 용도에 따라 다양한 형태 및 구조로 되어 있다. 가장 일반적인 형태는 평행판형(parallel plate type) 유전센서로서, 나란히 마주보고 있는 두 금속판이 각각 전극역할을 하는 구조로 되어 있고, 상기 두 금속판 사이에 측정하고 자 하는 시료를 삽입하여 측정한다. 이러한 구조의 유전센서는 시료가 고체상태에서는 측정하기 용이한 구조이나, 액체상태일 때는 액체가 흘러내리지 않도록 하기 위한 특별한 구조가 요구되며, 이러한 점 때문에 장치의 외형이 커질 수도 있다. 또한, 평행판 유전 센서는 그 민감도를 크게 하기 위해서 전극 간의 간격을 줄이고 단면적을 크게 해야 할 필요성이 있다. 그러나, 전극 간격을 줄이면 측정하는 시료량이 줄어들어 시료의 평균 특성을 측정하기가 곤란하고 단면적을 크게 하면 유전센서의 크기가 커진다는 단점이 있다. 미국특허 제4,448,909호 및 제4,448,943호에 이러한 평행판형 유전센서가 개시되어 있다.Dielectric sensors come in various shapes and structures depending on the application. The most common type is a parallel plate type dielectric sensor, in which two metal plates facing each other serve as electrodes, and a sample to be measured is inserted between the two metal plates. The dielectric sensor having such a structure is easy to measure in the solid state, but requires a special structure to prevent the liquid from flowing down in the liquid state, which may increase the appearance of the device. In addition, in order to increase the sensitivity of the parallel plate dielectric sensor, it is necessary to reduce the distance between the electrodes and increase the cross-sectional area. However, reducing the electrode distance reduces the amount of sample to be measured, making it difficult to measure the average characteristic of the sample, and increasing the cross-sectional area has the disadvantage of increasing the size of the dielectric sensor. US Pat. Nos. 4,448,909 and 4,448,943 disclose such parallel plate dielectric sensors.

또 다른 형태로는 프린징필드형(interdigitated fringing field type) 센서라고 불리우는 것으로서, 베이스 물질 위에 아주 작은 전극의 패턴을 여러 개 만들어 놓은 형태의 것으로 패턴의 수를 늘림으로써 센서의 민감도를 높일 수 있다. 이 형태의 센서에는 주로 고분자 물질의 표면에 접촉하여 고분자 물질의 유전상수를 측정하거나, 특수한 고안을 하여 몰딩장치의 온라인 제어에 사용할 수 있도록 된 것도 있다. 미국특허 제5,208,544호 및 제3,696,369호에 이러한 센서의 예가 있다. 그러나, 프린징필드형 센서는 견고성이 떨어져 장시간 사용하는데 문제를 야기할 수 있으며, 사용할 수 있는 주파수 영역이 LF 영역에 한정되어 사용이 제한적이다.Another type, called a digitized fringing field type sensor, is a type in which several small electrode patterns are formed on a base material, thereby increasing the sensitivity of the sensor by increasing the number of patterns. Some sensors of this type can be used to measure the dielectric constant of a polymer material mainly by contacting the surface of the polymer material, or have a special design to be used for on-line control of a molding apparatus. Examples of such sensors are found in US Pat. Nos. 5,208,544 and 3,696,369. However, the fringing field type sensor is not robust and may cause problems in long-term use, and its use is limited because the frequency range that can be used is limited to the LF region.

또 다른 형태로는 동축형(co-axial type) 유전센서가 있다. 이 형태는 내부봉과 외부 파이프가 동축으로 정렬되어 각각 전극 역할을 하는 형태로서 원리적으로는 평행판형 유전센서와 유사하다. 그러나, 평행판 유전센서에 비해 동일한 크기에서도 민감도를 높일 수 있고, 센서 자체에 커넥터를 가공할 수 있어 전체 시스템의 크기를 줄일 수 있는 장점이 있으며, 액체시료를 측정할 센서내부에 시료를 담을 수 있으므로 액체 시료의 취급이 용이하다. 미국특허 제3,846,073호에 이러한 동축형 유전센서의 예가 있다.Another form is a coaxial type dielectric sensor. This type is a form in which the inner rod and the outer pipe are coaxially aligned to serve as electrodes, and in principle, are similar to parallel plate dielectric sensors. However, compared to the parallel plate dielectric sensor, the sensitivity can be increased even at the same size, and the connector can be processed in the sensor itself, which reduces the size of the entire system. The sample can be contained inside the sensor to measure the liquid sample. Therefore, the handling of the liquid sample is easy. There is an example of such a coaxial dielectric sensor in US Pat. No. 3,846,073.

이러한 종래의 유전센서들은 주로 LF 이하의 주파수 영역에서 사용할 수 있으므로, RF 영역에서 유전완화(dielectric relaxation) 현상을 보이는 시료의 유전 스펙트럼 측정용으로는 적합하지 않았다. 많은 수의 액체 시료들은 LF 영역의 끝단부터 RF 영역에 이르기까지 유전완화 주파수가 걸쳐 있을 수 있으므로, LF 전용 유전센서로서는 유전 스펙트럼을 충분히 정확하게 관찰할 수 없었다. 따라서, 전체 스펙트럼을 구하기 위해서는 LF 및 RF의 각 영역별 전용 센서 및 시스템을 이용하여 유전 스펙트럼을 각각 구하고 이들을 합성하여 전체 스펙트럼을 구해야 한다. 이럴 경우 두 종류의 센서를 사용하게 되므로 온도를 변경하여 유전스펙트럼을 측정할 경우 각 온도에서의 센서들의 온도팽창 정도가 달라 합성된 유전 스펙트럼의 형태가 매끄럽지 못하여 정확한 유전스펙트럼을 구할 수 없게 될 수도 있다.Since these conventional dielectric sensors can be mainly used in the frequency region below the LF, it is not suitable for measuring the dielectric spectrum of a sample exhibiting a dielectric relaxation phenomenon in the RF region. Large numbers of liquid samples could span the dielectric relaxation frequency from the end of the LF region to the RF region, so that the LF-only dielectric sensor could not accurately observe the dielectric spectrum. Therefore, in order to obtain the full spectrum, it is necessary to obtain the dielectric spectrum by synthesizing each of the dielectric spectra using a dedicated sensor and system for each region of the LF and the RF, and obtaining the entire spectrum. In this case, since two types of sensors are used, when the dielectric spectrum is measured by changing the temperature, the degree of thermal expansion of the sensors at each temperature is different so that the shape of the synthesized dielectric spectrum may not be smooth, and thus accurate dielectric spectrum may not be obtained. .

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 LF 및 RF의 영역에서 공통으로 사용할 수 있으며, 정확한 유전 스펙트럼을 측정할 수 있는 동축형 LF/RF 공용 유전센서를 제공하고, 상기 동축형 공용 유전센서를 이용하여 정확하게 유전스펙트럼을 측정할 수 있는 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention can be commonly used in the area of LF and RF to solve the above problems, and provides a coaxial LF / RF common dielectric sensor capable of measuring an accurate dielectric spectrum, using the coaxial common dielectric sensor The purpose is to provide a system that can accurately measure the dielectric spectrum.

또한, 본 발명은 액체질소 온도 근처의 저온(-180℃)에서부터 수백도의 고온(200℃)에 이르기까지 시료의 유전스펙트럼을 측정할 수 있도록 온도조절 기능을 부가하고, 센서의 세척 및 유지보수가 용이한 구조가 될 수 있도록 하는데 또 다른 목적이 있다.In addition, the present invention adds a temperature control function to measure the dielectric spectrum of the sample from a low temperature (-180 ℃) near the liquid nitrogen temperature to a high temperature of several hundred degrees (200 ℃), cleaning and maintenance of the sensor Another purpose is to make the structure easier to use.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 동축형 LF/RF 공용 유전센서는 센서의 한쪽 전극을 형성하는 원통형 외부파이프(13); 상기 외부파이프의 내부에 동축으로 배열되어 센서의 다른 한쪽 전극을 형성하는 내부봉(15); 상기 외부파이프 및 내부봉 사이의 간격을 일정하게 유지시켜 전극간 접촉을 방지하는 봉지지대(17); 센서를 센서고정대에 연결시키기 위한 센서커넥터(18); 및 센서 내의 액체시료의 유출을 방지하며, 써모커플을 삽입하기 위한 구멍이 형성되어 있는 뚜껑(11)을 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the coaxial LF / RF common dielectric sensor according to the present invention comprises a cylindrical outer pipe (13) forming one electrode of the sensor; An inner rod 15 arranged coaxially inside the outer pipe to form the other electrode of the sensor; A rod supporter 17 which maintains a constant gap between the outer pipe and the inner rod to prevent contact between electrodes; A sensor connector 18 for connecting the sensor to the sensor fixture; And a lid 11 which prevents outflow of the liquid sample in the sensor and has a hole for inserting the thermocouple.

또한, 본 발명에 따른 유전 스펙트럼 측정시스템은 상기 동축형 LF/RF 공용 유전센서(1); 상기 센서를 외부를 덮고 있는 열선을 감은 원통형의 열선뚜껑, 온도조절기 및 상기 유전센서를 온도조절기에 연결하는 써모커플로 이루어져 센서의 온도를 조절하는 온도조절장치(2); 상기 센서본체에 연결되어 센서본체 내에 있는 시료의 임피던스를 측정하는 임피던스 측정기(4); 상기 센서본체와 임피던스 측정기를 연결하는 센서고정대(3); 및 상기 온도조절기 및 임피던스 측정기를 제어하고 측정데이터를 분석하는 컴퓨터(5)를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the dielectric spectrum measurement system according to the present invention includes the coaxial LF / RF common dielectric sensor (1); A thermostat device (2) for adjusting the temperature of the sensor, comprising a cylindrical hot wire lid wound around the sensor wire, a thermostat, and a thermocouple connecting the dielectric sensor to a thermostat; An impedance measuring device (4) connected to the sensor body to measure an impedance of a sample in the sensor body; A sensor fixture (3) connecting the sensor body and an impedance meter; And a computer 5 for controlling the thermostat and impedance meter and analyzing the measurement data.

이하, 본 발명에 따른 동축형 LF/RF 공용 유전센서 및 상기 유전센서를 이용한 유전 스펙트럼 측정시스템을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, a coaxial LF / RF common dielectric sensor and a dielectric spectrum measurement system using the dielectric sensor according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 따른 동축형 LF/RF 공용 유전센서의 분해 및 조립한 상태를 나타낸다.Figure 2 shows the disassembled and assembled state of the coaxial LF / RF common dielectric sensor according to the present invention.

본 발명에 따른 동축형 LF/RF 공용 유전센서(1)는 센서의 한쪽 전극을 형성하는 외부 파이프(13)와 다른 한쪽 전극을 형성하는 내부봉(15), 상기 외부 파이프(13) 및 내부봉(15) 사이의 간격을 일정하게 유지시켜 이들 전극끼리의 접촉을 방지하는 봉지지대(17), 센서 고정대(3)에 연결시키기 위한 센서 커넥터(18) 및 유전 스펙트럼의 측정시 액체시료의 유출을 방지하도록 하는 뚜껑(11)으로 구성되어 있다.The coaxial LF / RF common dielectric sensor 1 according to the present invention includes an outer rod 13 forming one electrode of the sensor and an inner rod 15 forming the other electrode, the outer pipe 13 and the inner rod. (15) to maintain a constant gap between the rod support 17 to prevent contact between these electrodes, the sensor connector (18) for connecting to the sensor holder (3) and the leakage of the liquid sample during the measurement of the dielectric spectrum It consists of a lid 11 to prevent it.

상기 내부봉(15)은 상기 봉지지대(17)와 단단히 결합되고, 결합된 내부봉(15)과 봉지지대(17)는 외부파이프의 봉접촉부(14)에 접촉된 다음 다시 센서 커넥터(18)의 나사(19)에 의해 단단히 결합되게 된다. 이렇게 결합된 센서(1)는 하단부의 핀(16)과 센서 커넥터(18)가 각각 수/암 역할을 하여 센서 고정대(3)의 고정대 커넥터(31)의 암/수와 연결되어 고정된다. 따라서, 필요한 경우에 센서(1)를 분해하여 세척한 후 다시 조립하여 사용하기가 용이한 구조로 된다.The inner rod 15 is firmly coupled with the rod support 17, the combined inner rod 15 and the rod support 17 are in contact with the rod contact portion 14 of the outer pipe, and then the sensor connector 18 again. It is to be firmly coupled by the screw (19). The sensor 1 coupled as described above is fixed to the pin 16 and the sensor connector 18 of the lower end by the male / female role and the female / male of the holder connector 31 of the sensor holder (3). Therefore, if necessary, the sensor 1 can be disassembled and washed, and then reassembled to facilitate the use.

상기 봉지지대(17)는 고온에서의 변형이 별로 없는 테프론 등의 재질을 사용하고 기타 부위는 금속체로 제작하며 필요시 금도금(gold-plating)을 하여 전기전도도를 개선하고 부식성 시료와의 접촉에 의한 금속부위의 부식을 방지한다.The encapsulation support 17 is made of a material such as Teflon, which does not have much deformation at high temperature, and other parts are made of a metal body, and if necessary, gold-plating is used to improve electrical conductivity and contact with a corrosive sample. Prevents corrosion of metal parts.

상기 뚜껑(11)에는 써모커플(23)을 삽입하기 위한 구멍(12)이 형성된다.The lid 11 is formed with a hole 12 for inserting the thermocouple 23.

도 3은 본 발명에 따른 동축형 LF/RF 공용 유전센서를 이용하여 유전스펙트럼을 측정하는 시스템의 개략도이다.3 is a schematic diagram of a system for measuring dielectric spectrum using a coaxial LF / RF common dielectric sensor according to the present invention.

본 발명에 따른 유전스펙트럼 측정시스템은 동축형 LF/RF 공용 유전센서(1), 온도조절장치(2), 임피던스 측정기(4), 센서고정대(3) 및 컴퓨터(5)를 포함하여 구성된다.Dielectric spectrum measurement system according to the present invention comprises a coaxial LF / RF common dielectric sensor (1), temperature control device (2), impedance measuring instrument (4), sensor fixture (3) and computer (5).

온도조절장치(2)는 열을 발생시켜 온도를 조절하는 열선(21)과, 상기 열선을 감기 위해 상기 유전센서(1)의 외부를 원통형으로 덮고 있는 열선뚜껑(22), 센서의 뚜껑에 형성된 구멍을 통하여 센서를 온도조절장치에 연결하는 써모커플(23) 및 온도조절기(24)를 포함하여 구성된다.The temperature control device 2 is formed on the heating wire 21 for generating heat and controlling the temperature, the heating wire lid 22 covering the outside of the dielectric sensor 1 in a cylindrical shape to wind the heating wire, and a cover of the sensor. And a thermocouple 23 and a thermostat 24 for connecting the sensor to the thermostat through the aperture.

상기 온도조절기(24)는 오토튜닝 기능이 있는 PID 조절기 및 전력제어기로 구성된다.The temperature controller 24 is composed of a PID controller and a power controller with an autotuning function.

상기 임피던스측정기(4)는 솔라트론(Solatron)사 SI 1260 모델과 같은 주파수응답분석기(frequency response analyzer) 또는 HP사 4291A 모델과 같은 RF 임피던스 분석기(RF impedance analyzer)와 같은 상용제품을 사용하는 것이 바람직하지만, 동등한 성능의 타 모델을 사용할 수도 있고 전용의 측정기를 제작하여 사용할 수도 있다. 연속측정이 필요할 경우에는 센서 본체에 인입구와 출구를 설치하고 펌프를 설치하여 자동 연속측정장치로도 사용할 수 있다.The impedance measuring instrument 4 may be a commercially available product such as a frequency response analyzer such as Solartron SI 1260 or an RF impedance analyzer such as HP 4291A. However, other models of equivalent performance can be used, or a dedicated measuring instrument can be used. If continuous measurement is required, it can be used as an automatic continuous measurement device by installing inlet and outlet in the sensor body and installing a pump.

표 1은 외부파이프(13)의 내경(2b)과 내부봉의 외경(2a) 및 내부봉의 길이(le)에 따른 센서의 민감도(C0) 및 센서 내부의 시료량을 나타내고 있다. 센서의 민감도는 센서의 구조에 영향을 적게 주는 내부봉(15)의 길이(le)를 조절함으로써 조정이 가능하다. 최적의 스펙트럼을 얻기 위해서는 임피던스 측정기(4)의 전기적 특성 및 시료의 특성에 따라 적당한 내부봉의 길이를 선택한다.Table 1 shows the diameter (2b) and an inner rod, the outside diameter (2a) and an inner rod length (l e) of the sample volume inside the sensitivity (C 0) and a sensor of the sensor according to the outer pipe 13. The sensitivity of the sensor can be adjusted by adjusting the length l e of the inner rod 15 which has less influence on the structure of the sensor. In order to obtain an optimal spectrum, an appropriate inner rod length is selected according to the electrical characteristics of the impedance measuring instrument 4 and the characteristics of the sample.

구분division 2a(㎜)2a (mm) 2b(㎜)2b (mm) le(㎜)l e (mm) C0(pF)C 0 (pF) V시료(㎤)V sample (cm 3) C1-1C1-1 99 1212 1010 1.931.93 0.490.49 C1-2C1-2 99 1212 3030 5.805.80 1.481.48 C1-3C1-3 99 1212 5050 9.679.67 2.472.47 C1-4C1-4 99 1212 7070 13.5413.54 3.463.46 C1-5C1-5 99 1212 9090 17.4017.40 4.454.45 C1-6C1-6 99 1212 110110 21.2721.27 5.445.44

도 4a 및 4b는 내부봉(15)의 길이가 30㎜일 때의 LF/RF 영역에서 유전완화현상이 없는 3개의 표준시료인 (10)-모노클로로벤젠((10)-monochlorobenzene), (03)-n-헵탄((03)-n-heptane) 및 (01)-공기((01)-air)의 유전스펙트럼 및 참값과의 상대오차를 나타내고 있다. 내부봉(15)의 길이가 30㎜일 때는 RF 영역 보다는 LF 영역의 오차가 크다. 따라서, 이 길이에서의 센서의 전기적 특성이 RF 영역의 측정에 적합하고 LF 영역의 측정에는 적합하지 않다.4A and 4B show three standard samples without dielectric relaxation in the LF / RF region when the length of the inner rod 15 is 30 mm, (10) -monochlorobenzene (03). Relative errors between the dielectric spectrum and true values of) -n-heptane ((03) -n-heptane) and (01) -air ((01) -air) are shown. When the length of the inner rod 15 is 30 mm, the error of the LF region is greater than that of the RF region. Thus, the electrical characteristics of the sensor at this length are suitable for measuring the RF region and not for the LF region.

도 5a 및 5b는 내부봉(15)의 길이가 70㎜일 때의 LF/RF 영역에서 유전완화현상이 없는 3개의 표준시료의 유전스펙트럼 및 참값과의 상대오차를 나타내고 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 내부봉(15)의 길이가 70㎜일 때는 LF 영역 보다는 RF 영역의 오차가 크다. 따라서, 이 길이에서의 센서의 전기적 특성이 LF 영역의 측정에 적합하고 RF 영역의 측정에는 적합하지 않다.5A and 5B show relative errors of dielectric spectra and true values of three standard samples without dielectric relaxation in the LF / RF region when the length of the inner rod 15 is 70 mm. As shown in FIG. 5, when the length of the inner rod 15 is 70 mm, the error of the RF region is greater than that of the LF region. Therefore, the electrical characteristics of the sensor at this length are suitable for the measurement of the LF region and not for the measurement of the RF region.

도 6a 및 6b는 내부봉(15)의 길이가 50㎜일 때의 LF/RF 영역에서 유전완화현상이 없는 3개의 표준시료의 유전스펙트럼 및 참값과의 상대오차를 나타내고 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 내부봉(15)의 길이가 50㎜일 때는 LF 및 RF 영역에서 상대오차가 1% 이내의 범위로서, 내부봉의 길이가 50㎜에서 LF 및 RF 영역의 측정에 적합하다는 것을 알 수 있다.6A and 6B show relative errors between dielectric spectra and true values of three standard samples without dielectric relaxation in the LF / RF region when the length of the inner rod 15 is 50 mm. As shown in FIG. 6, when the length of the inner rod 15 is 50 mm, the relative error is within 1% in the LF and RF region, and is suitable for measuring the LF and RF region at the length of the inner rod 50 mm. You can see that.

도 7은 140℃에서 본 발명에 따른 내부봉(15)의 길이 50㎜인 공용 유전센서를 이용하여 정유공정 중 시료의 유전스펙트럼을 측정한 결과와 LF 및 RF 개별 유전센서로 각각 유전스펙트럼을 측정하여 합성한 결과를 나타낸다. 도 7에서 보는 바와 같이, 각각의 전용 유전센서로 측정한 스펙트럼을 합성한 경우에는 LF 및 RF의 연결부위(log f=6.0)에서 불연속이 발생하고 있다. 이러한 불연속이 발생하는 가장 큰 이유는 고온 측정시에 센서가 열팽창하게 되고 그 팽창하는 정도는 LF 및 RF의 센서에 따라 서로 다르기 때문에 상온(20℃)에서의 센서 검정(calibration) 결과를 적용하면 환산한 결과가 서로 틀려지기 때문이다.7 is a result of measuring the dielectric spectrum of the sample during the refining process using a common dielectric sensor having a length 50mm of the inner rod 15 according to the present invention at 140 ℃ and the dielectric spectrum of each of the LF and RF individual dielectric sensors The synthesis results are shown. As shown in FIG. 7, when a spectrum measured by each of the dedicated dielectric sensors is synthesized, discontinuity occurs at the connection portion (log f = 6.0) of the LF and the RF. The main reason for this discontinuity is that the sensor is thermally expanded during high temperature measurement, and the degree of expansion is different depending on the sensor of LF and RF, so that the result of sensor calibration at room temperature (20 ° C) is applied. Because the results are different from each other.

도 8은 본 발명에 따른 공용 유전센서를 사용하여 LF 및 RF 영역에서 도 7과 동일한 정유공정 중 시료에 대한 유전 스펙트럼을 측정하고 전체 스펙트럼을 합성한 결과로서, 이 경우에는 온도에 의한 영향이 동일하여 연결부위(log f=6.0)에서의 불연속이 발생하지 않는다.FIG. 8 is a result of measuring the dielectric spectrum of a sample during the same refining process as shown in FIG. 7 using the common dielectric sensor according to the present invention and synthesizing the entire spectrum. In this case, the influence by temperature is the same. Therefore, discontinuity does not occur at the connecting part (log f = 6.0).

도 9는 저온(-180℃)에서 상온(20℃)까지의 온도범위에서 시료의 유전스펙트럼을 측정하기 위한 저온용 온도조절장치(6)를 구비한 유전 스펙트럼 측정시스템을 나타낸다. 이 시스템은 도 3의 온도조절장치(2)에 2개의 뚜껑을 추가하고 그 뚜껑에 저온용 정량펌프(27)를 이용하여 액체질소를 주입하여 온도를 조절할 수 있게 한 구조이다. 저온용 온도조절기(28)는 써모커플(23)의 입력을 받아 열선(21) 및 저온용 정량펌프(27)을 제어하여 온도를 조절한다. 첫 번째 저온용 뚜껑(25)은 열전도율이 좋은 금속재질을 사용하고, 두 번째 저온용 뚜껑(26)은 열전도율이 낮 은 단열재를 사용한다. 상기 온도조절장치를 이용하면 도 3의 온도조절장치가 제어하는 고온 영역 외에 액체질소온도(-180℃)에서 상온 까지의 온도 영역에서 정확한 온도조절이 가능하다.FIG. 9 shows a dielectric spectrum measurement system having a low temperature thermostat 6 for measuring the dielectric spectrum of a sample in a temperature range from low temperature (−180 ° C.) to room temperature (20 ° C.). This system adds two lids to the temperature control device 2 of FIG. 3 and injects liquid nitrogen into the lids to control the temperature by injecting liquid nitrogen. The low temperature temperature controller 28 receives the input of the thermocouple 23 to control the heating wire 21 and the low temperature metering pump 27 to adjust the temperature. The first low-temperature lid 25 uses a good thermal conductivity metal material, the second low-temperature lid 26 uses a low thermal conductivity insulating material. Using the temperature control device, in addition to the high temperature range controlled by the temperature control device of FIG. 3, accurate temperature control is possible in the temperature range from liquid nitrogen temperature (-180 ° C.) to room temperature.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 공용 유전센서를 사용하는 경우 단일의 공용 유전센서로 LF 및 RF의 두 영역에서의 유전 스펙트럼을 구할 수 있기 때문에 고온 및 저온 측정시 온도팽창 또는 수축에 의한 영향이 동일하여 측정 후 합성한 유전 스펙트럼에 불연속이 발생하지 않아 시료의 정확한 유전 스펙트럼의 측정이 가능해진다. 따라서, 본 발명에 따른 공용 유전센서는 LF 및 RF 영역에서 유전완화 및 임피던스 완화 현상을 보이는 다양한 종류의 액체시료에 대한 전기적 특성을 연구하는데 적절하게 사용할 수 있다. In the case of using the common dielectric sensor according to the present invention as described above, since a dielectric spectrum in two regions of LF and RF can be obtained with a single common dielectric sensor, the effects of temperature expansion or contraction on the high and low temperature measurements are the same. Therefore, discontinuity does not occur in the synthesized dielectric spectrum after measurement, thereby enabling accurate measurement of the dielectric spectrum of the sample. Therefore, the common dielectric sensor according to the present invention can be suitably used to study the electrical characteristics of various types of liquid samples exhibiting dielectric relaxation and impedance relaxation in the LF and RF domains.

또한, 본 발명에 따른 공용 유전센서를 사용하면 기존의 광분광학(optical spectroscopy)적인 방법으로는 스펙트럼의 획득이 불가능하였던 매우 불투명한 시료의 스펙트럼을 구할 수 있어 이로부터 시료의 물성을 연구하는데도 사용할 수 있다.In addition, using the common dielectric sensor according to the present invention can obtain the spectrum of a very opaque sample that could not be obtained by conventional optical spectroscopy method can also be used to study the physical properties of the sample therefrom have.

Claims (4)

한쪽 전극을 형성하는 원통형 외부파이프;A cylindrical outer pipe forming one electrode; 상기 외부파이프의 내부에 동축으로 배열되어 다른 한쪽 전극을 형성하는 내부봉;An inner rod arranged coaxially within the outer pipe to form the other electrode; 상기 외부파이프 및 내부봉 사이의 간격을 일정하게 유지시켜 전극간 접촉을 방지하는 봉지지대;A rod support for maintaining a constant gap between the outer pipe and the inner rod to prevent contact between electrodes; 센서고정대에 연결시키기 위한 센서커넥터; 및A sensor connector for connecting to the sensor fixture; And 센서 내의 액체시료의 유출을 방지하며, 써모커플을 삽입하기 위한 구멍이 형성되어 있는 뚜껑을 포함하는 것을 특징으로 하는 동축형 LF/RF 공용 유전센서.A coaxial LF / RF common dielectric sensor, comprising: a lid for preventing leakage of a liquid sample in the sensor and having a hole for inserting a thermocouple. 제1항의 동축형 LF/RF 공용 유전센서;Claim 1 coaxial LF / RF common dielectric sensor; 상기 센서를 외부를 덮고 있는 열선을 감은 원통형의 열선뚜껑, 온도조절기 및 상기 유전센서를 온도조절기에 연결하는 써모커플로 이루어져 센서의 온도를 조절하는 온도조절장치;A thermostat device for adjusting the temperature of the sensor, comprising a cylindrical hot wire lid wound around the sensor, a thermostat, and a thermocouple connecting the dielectric sensor to a thermostat; 상기 센서본체에 연결되어 센서본체 내에 있는 시료의 임피던스를 측정하는 임피던스 측정기;An impedance meter connected to the sensor main unit to measure an impedance of a sample in the sensor main unit; 상기 센서본체와 임피던스 측정기를 연결하는 센서고정대; 및A sensor fixture connecting the sensor body and an impedance meter; And 상기 온도조절기 및 임피던스 측정기를 제어하고 측정데이터를 분석하는 컴퓨터를 포함하는 것을 특징으로 하는 유전스펙트럼 측정 시스템.And a computer for controlling the temperature controller and the impedance meter and analyzing the measurement data. 제2항에 있어서, 상기 원통형의 열선뚜껑을 덮고 있는 열전도성의 내부벽, 상기 내부벽을 덮고 있는 단열성의 외부벽 및 상기 써모커플에 연결되어 온도를 제어하는 저온용 온도조절기로 이루어진 저온용 온도조절장치; 및3. The apparatus of claim 2, further comprising: a low temperature thermostat comprising a thermally conductive inner wall covering the cylindrical hot wire lid, an insulating outer wall covering the inner wall, and a low temperature thermostat connected to the thermocouple to control the temperature; And 상기 저온용 온도조절기의 제어에 의해 상기 내부벽과 외부벽 사이에 액체질소를 주입하여 온도를 조절하는 저온용 정량펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유전스펙트럼 측정 시스템.And a low temperature quantitative pump for controlling temperature by injecting liquid nitrogen between the inner and outer walls by controlling the low temperature thermostat. 제2항 또는 제3항에 있어서, 임피던스측정기 및 시료의 종류에 따라 내부봉의 길이를 변화시켜 유전센서의 민감도를 조정하는 것을 특징으로 하는 유전스펙트럼 측정시스템.The dielectric spectrum measurement system according to claim 2 or 3, wherein the sensitivity of the dielectric sensor is adjusted by varying the length of the inner rod according to the type of the impedance measuring instrument and the sample.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02307073A (en) * 1989-05-22 1990-12-20 Murata Mfg Co Ltd Characteristic measuring instrument for dielectric material
KR950033499A (en) * 1994-05-10 1995-12-26 이종수 Dielectric properties measuring device
KR960011435A (en) * 1994-09-26 1996-04-20 무라따 야스따까 Jig for measuring temperature coefficient of dielectric resonator
KR19990009790A (en) * 1997-07-11 1999-02-05 조희재 Dielectric Characteristic Testing Equipment

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02307073A (en) * 1989-05-22 1990-12-20 Murata Mfg Co Ltd Characteristic measuring instrument for dielectric material
KR950033499A (en) * 1994-05-10 1995-12-26 이종수 Dielectric properties measuring device
KR960011435A (en) * 1994-09-26 1996-04-20 무라따 야스따까 Jig for measuring temperature coefficient of dielectric resonator
KR19990009790A (en) * 1997-07-11 1999-02-05 조희재 Dielectric Characteristic Testing Equipment

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