RU2303787C1 - Method for measuring of dielectric penetrability of liquid and flat solid dielectrics - Google Patents
Method for measuring of dielectric penetrability of liquid and flat solid dielectrics Download PDFInfo
- Publication number
- RU2303787C1 RU2303787C1 RU2006109893/28A RU2006109893A RU2303787C1 RU 2303787 C1 RU2303787 C1 RU 2303787C1 RU 2006109893/28 A RU2006109893/28 A RU 2006109893/28A RU 2006109893 A RU2006109893 A RU 2006109893A RU 2303787 C1 RU2303787 C1 RU 2303787C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- measuring
- capacitor
- voltage
- electrodes
- sample
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Способ относится к электротехническим измерениям, предназначен для измерения относительной диэлектрической проницаемости жидких и плоских твердых диэлектриков и может быть использован в различных областях, производящих или использующих электротехнические вещества и материалы.The method relates to electrical measurements, is intended to measure the relative dielectric constant of liquid and flat solid dielectrics and can be used in various fields that produce or use electrical substances and materials.
Относительная диэлектрическая проницаемость является одной из основных характеристик диэлектриков, и способы ее измерения хорошо известны. Большинство из этих способов основано на изменении электрической емкости или активного сопротивления плоского воздушного конденсатора после помещения в его зазор исследуемого диэлектрика.Relative permittivity is one of the main characteristics of dielectrics, and methods for measuring it are well known. Most of these methods are based on a change in the electric capacitance or active resistance of a flat air condenser after placing the investigated dielectric in its gap.
В способе - RU №2234075, МПК G01N 22/00 - для определения диэлектрической проницаемости жидких и плоских твердых диэлектриков применяется динамический конденсатор, образуемый неподвижным электродом и вращающимся металлическим диском, на котором закреплен поляризованный пленочный электрет. Этот способ имеет ряд недостатков и ограничений. Применение электрического привода для вращения электрета делает этот метод малотехнологичным и ограничивает частотный интервал измерений диэлектрической проницаемости. Сложность способа определяется необходимостью измерений толщины образца, расстояния между электродами и величины зазора между образцом и вращающимся электретом, а также необходимостью вычислений измеряемой величины. Точность измерений принципиально не может быть достаточно высокой, т.к. кроме известной роли краевых эффектов, проявляемых в случаях, когда величина зазора измерительного конденсатора сравнима с размерами обкладок конденсатора, возникают и другие источники ошибок, например, зависящие от степени неоднородности распределения заряда по поверхности электрета.In the method - RU No. 2234075, IPC G01N 22/00 - to determine the dielectric constant of liquid and flat solid dielectrics, a dynamic capacitor is used, which is formed by a fixed electrode and a rotating metal disk on which a polarized film electret is mounted. This method has several disadvantages and limitations. The use of an electric drive to rotate the electret makes this method low-tech and limits the frequency interval of dielectric permittivity measurements. The complexity of the method is determined by the need to measure the thickness of the sample, the distance between the electrodes and the gap between the sample and the rotating electret, as well as the need to calculate the measured value. The measurement accuracy, in principle, cannot be sufficiently high, because in addition to the well-known role of edge effects manifested in cases where the gap of the measuring capacitor is comparable with the size of the capacitor plates, other sources of errors arise, for example, depending on the degree of heterogeneity of the charge distribution over the surface of the electret.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному способу является способ измерения диэлектрической проницаемости, приведенный в книге - Казарновский Д.М., Тареев Б.М. Испытание электронных материалов. - М. - Л.: Госэнергоиздат, 1963. В этом способе, изменяя величину зазора плоского измерительного конденсатора, к обкладкам которого приложено переменное напряжение, добиваются равенства токов конденсатора для случаев, когда исследуемый образец помещен в зазор конденсатора так и в отсутствие последнего. Недостаток способа в том, что при измерении диэлектрической проницаемости необходимы дополнительные операции измерений толщины образца и величины межэлектродного зазора измерительного конденсатора, а также вычислительные операции.The closest in technical essence to the claimed method is a method for measuring dielectric constant, described in the book - DM Kazarnovsky, BM Tareev Testing electronic materials. - M. - L .: Gosenergoizdat, 1963. In this method, by changing the gap of the flat measuring capacitor, to the plates of which an alternating voltage is applied, equality of the capacitor currents is achieved for cases when the test sample is placed in the gap of the capacitor even in the absence of the latter. The disadvantage of this method is that when measuring the dielectric constant, additional operations are required to measure the thickness of the sample and the interelectrode gap of the measuring capacitor, as well as computational operations.
Задача, решаемая в заявленном способе, - измерение одного из основных свойств материала - диэлектрической проницаемости.The problem solved in the claimed method is the measurement of one of the main properties of the material - dielectric constant.
Технический результат заключается в упрощении способа измерения и повышении его точности.The technical result consists in simplifying the measurement method and increasing its accuracy.
Технический результат достигается тем, что в известном способе измерения относительной проницаемости жидких и плоских твердых диэлектриков, заключающемся в помещении образца в зазор плоского воздушного конденсатора с регулируемым зазором, приложении к электродам переменного электрического напряжения, согласно изобретению устанавливают зазор воздушного конденсатора равного толщине образца, преобразуют ток конденсатора в напряжение, например, с помощью операционного усилителя, регулируют это напряжение, добиваясь его значения, численно равного или кратного диэлектрической проницаемости воздуха; затем помещают образец вплотную между электродами конденсатора и определяют искомое значение по показаниям регистрирующего прибора, например вольтметра.The technical result is achieved by the fact that in the known method for measuring the relative permeability of liquid and flat solid dielectrics, which consists in placing the sample in the gap of a flat air capacitor with an adjustable gap, applying an alternating voltage to the electrodes, according to the invention, the gap of the air capacitor is set equal to the thickness of the sample, the current is converted capacitor voltage, for example, using an operational amplifier, regulate this voltage, achieving its value, enno equal to or a multiple of the dielectric permeability of air; then place the sample closely between the electrodes of the capacitor and determine the desired value according to the readings of a recording device, for example a voltmeter.
На чертеже показана принципиальная схема, позволяющая реализовать этот способ. Измерительный плоский конденсатор образован измерительными электродами 1 и 2, причем для изменения зазора между электродами электрод 1 может перемещаться (механическое устройство для перемещения электрода не показано). С целью уменьшения вклада краевых эффектов в ошибки измерений измерительный электрод 2 охвачен охранным электродом 3 так, что поверхности охватываемого измерительного и охранного электродов находятся в одной плоскости и зазоры между границами этих электродов значительно меньше зазора между измерительными электродами. Исследуемый плоский образец 4 помещен в зазор измерительного конденсатора вплотную к электродам. Электроды 1 и 3 подключены к выходу источника 5 переменного напряжения. Между электродами 2 и 3 включен усилитель 6, преобразующий ток измерительного конденсатора в переменное напряжение, которое на выходе измеряется вольтметром 7 переменного тока. В качестве усилителя 6 может быть использован, например, операционный дифференциальный усилитель, инвертирующий вход которого соединен с электродом 2, а неинвертирующий - с электродом 3. В цепь обратной связи усилителя 6 между инвертирующим входом и выходом усилителя включен реостат 8, регулируя который изменяют коэффициент преобразования тока конденсатора в напряжение на выходе усилителя. Отличительной особенностью такого включения операционного усилителя является его пренебрежимо малое входное сопротивление, не влияющее на величину тока измерительного конденсатора.The drawing shows a schematic diagram that allows you to implement this method. The measuring flat capacitor is formed by measuring electrodes 1 and 2, moreover, to change the gap between the electrodes, the electrode 1 can be moved (a mechanical device for moving the electrode is not shown). In order to reduce the contribution of edge effects to measurement errors, the measuring electrode 2 is covered by a guard electrode 3 so that the surfaces of the covered measuring and guard electrodes are in the same plane and the gaps between the boundaries of these electrodes are much smaller than the gap between the measuring electrodes. The investigated flat sample 4 is placed in the gap of the measuring capacitor close to the electrodes. Electrodes 1 and 3 are connected to the output of source 5 of alternating voltage. An amplifier 6 is connected between the electrodes 2 and 3, which converts the current of the measuring capacitor into alternating voltage, which is measured at the output by an AC voltmeter 7. As an amplifier 6, for example, an operational differential amplifier can be used, the inverting input of which is connected to the electrode 2, and the non-inverting input to the electrode 3. In the feedback circuit of the amplifier 6, a rheostat 8 is connected between the inverting input and the output of the amplifier, adjusting which the conversion coefficient is changed capacitor current to the voltage at the output of the amplifier. A distinctive feature of this inclusion of an operational amplifier is its negligible input resistance, which does not affect the current value of the measuring capacitor.
Рассмотрим суть предлагаемого способа. При напряжении U(t)=U0cosωt на выходе источника 5 все напряжение ввиду малости сопротивлений источника 5 и усилителя 6 практически падает на измерительном конденсаторе емкостью С1, площадь электрода 2 которого S, а величина воздушного зазора между электродами равна толщине измеряемого образца h. При этом ток измерительного конденсатораConsider the essence of the proposed method. At a voltage U (t) = U 0 cosωt at the output of source 5, all the voltage, due to the small resistances of source 5 and amplifier 6, practically drops on a measuring capacitor with a capacity of C 1 , the electrode area 2 of which is S, and the air gap between the electrodes is equal to the thickness of the measured sample h . In this case, the current of the measuring capacitor
где ε1 - диэлектрическая проницаемость воздуха (ε1≈1,0005);where ε 1 is the dielectric constant of air (ε 1 ≈1,0005);
ω - циклическая частота;ω is the cyclic frequency;
ε0=8,85·10-12 Ф/м - электрическая постоянная воздуха (ε1≈1,0005).ε 0 = 8.85 · 10 -12 F / m is the electric constant of air (ε 1 ≈1,0005).
Эффективное значение тока будетThe effective current value will be
Эффективное напряжение на выходе усилителяEffective voltage at the output of the amplifier
где R - сопротивление реостата 8;where R is the resistance of the rheostat 8;
Регулируя сопротивление R, можно добиться, чтобы величина k была численно равна единице и показания вольтметра соответствовали диэлектрической проницаемости воздуха, т.е. U1=1,0005 В.By adjusting the resistance R, it is possible to ensure that the value of k is numerically equal to unity and the voltmeter readings correspond to the dielectric constant of air, i.e. U 1 = 1,0005 V.
Если при тех же значениях U0, R, ω и h зазор измерительного конденсатора заполнить диэлектриком с диэлектрической проницаемостью ε2, то емкость конденсатора увеличится в ε2/ε1 раз. Во столько же уменьшится реактивное сопротивление конденсатора, а следовательно, увеличатся ток конденсатора и напряжение на выходе усилителя, т.е. 
Таким образом, для измерения диэлектрической проницаемости необходимо установить воздушный зазор плоского конденсатора равным толщине исследуемого образца, при включенном источнике переменного напряжения сопротивлением обратной связи усилителя добиться показаний вольтметра равными значению диэлектрической проницаемости воздуха, заполнить зазор конденсатора исследуемым диэлектриком и по показания вольтметра определить искомую величину.Thus, to measure the dielectric constant, it is necessary to set the air gap of a flat capacitor equal to the thickness of the test sample, with the alternating voltage source turned on, the feedback resistance of the amplifier should be used to obtain a voltmeter reading equal to the dielectric constant of the air, fill the gap of the capacitor with the dielectric under study and determine the desired value from the voltmeter.
Для определения диэлектрической проницаемости жидкого диэлектрика также предварительно добиваются показаний вольтметра, равных значению диэлектрической проницаемости воздуха, не изменяя величины зазора между электродами, измерительный конденсатор помещают в исследуемую жидкость так, чтобы зазор конденсатора был полностью заполнен жидкостью, и по показаниям вольтметра определяют искомую величину.To determine the dielectric constant of a liquid dielectric, a voltmeter reading equal to the value of the dielectric constant of the air is also preliminarily obtained without changing the gap between the electrodes, the measuring capacitor is placed in the test liquid so that the gap of the capacitor is completely filled with liquid, and the desired value is determined from the voltmeter.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006109893/28A RU2303787C1 (en) | 2006-03-27 | 2006-03-27 | Method for measuring of dielectric penetrability of liquid and flat solid dielectrics |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006109893/28A RU2303787C1 (en) | 2006-03-27 | 2006-03-27 | Method for measuring of dielectric penetrability of liquid and flat solid dielectrics |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2303787C1 true RU2303787C1 (en) | 2007-07-27 |
Family
ID=38431776
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006109893/28A RU2303787C1 (en) | 2006-03-27 | 2006-03-27 | Method for measuring of dielectric penetrability of liquid and flat solid dielectrics |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2303787C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2728250C1 (en) * | 2020-02-20 | 2020-07-28 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физического материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук | Method for non-contact determination of dielectric permeability of liquid dielectrics in ka band |
-
2006
- 2006-03-27 RU RU2006109893/28A patent/RU2303787C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2728250C1 (en) * | 2020-02-20 | 2020-07-28 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физического материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук | Method for non-contact determination of dielectric permeability of liquid dielectrics in ka band |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Mizuguchi et al. | Fringing field capacitive sensor for measuring soil water content: Design, manufacture, and testing | |
| US7821269B2 (en) | Method for determining the dielectric constant of particles | |
| CN105953719B (en) | Lossless archives paper measuring instrument and the method for measuring Paper Moisture and thickness simultaneously | |
| JP7071723B2 (en) | Circuit for measuring complex permittivity, device for measuring complex permittivity, and method for measuring complex permittivity | |
| RU2303787C1 (en) | Method for measuring of dielectric penetrability of liquid and flat solid dielectrics | |
| Bera et al. | A modified Schering bridge for measurement of the dielectric parameters of a material and the capacitance of a capacitive transducer | |
| Wu et al. | A grain moisture model based on capacitive sensor | |
| Barrie | Measurement of very low dielectric losses at radio frequencies | |
| US20100321036A1 (en) | Dual tone measurement of conductivity and dielectric properties | |
| CN107015030A (en) | A kind of surface potential measuring method | |
| CN112730540A (en) | Interdigital capacitor-based sandstone water content measurement method | |
| EP0730149A2 (en) | Linearized potentiometric electrode | |
| EP4348233A1 (en) | Measurement system and method of electric permittivity at 0 hz | |
| Kalashnikov et al. | Installation for measuring the dielectric anisotropy of liquid crystals at low frequencies by the bridge method with constant displacement | |
| RU2166768C2 (en) | Technique determining dielectric characteristics of polymer | |
| RU2234075C2 (en) | Non-contact method of determination of inductivity of the solid and liquid dielectrics | |
| Gang et al. | The research on high sensitivity and anti-saturation of capacitance sensors for measuring yarn evenness | |
| KR100968896B1 (en) | Apparatus for measurement of complex capacitance | |
| Malik et al. | A simple analog interface for capacitive sensor with offset and parasitic capacitance | |
| RU2332675C1 (en) | Method of polymeric systems dielectric characterisation | |
| RU2193188C2 (en) | Procedure establishing dielectric characteristics of polymers | |
| RU2085831C1 (en) | Measuring device | |
| SU1165967A1 (en) | Method of measuring moisture content | |
| SU1515122A1 (en) | Method of determining dielectric permettivity of materials | |
| Dutta et al. | Study of a Dielectric Constant Measurement Technique of Glucose Solution at Low Frequency |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100328 |