SU1083128A1

SU1083128A1 - Method of measuring powder material specific resistance

Info

Publication number: SU1083128A1
Application number: SU823401087A
Authority: SU
Inventors: Владимир Григорьевич Слоущ; Лев Григорьевич Гурвич
Original assignee: Всесоюзный Институт Огнеупоров
Priority date: 1982-02-22
Filing date: 1982-02-22
Publication date: 1984-03-30

Abstract

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПОРОШКОВОГО МАТЕРИАЛА путем заполнени исследуемым порошковым материалом СВЧ резонатора, воз- , буждени его электромагнитными колебани ми одной частоты, фиксагши состо ни резонанса,о тличающийс тем, что, с целью повьшгени точности , предварительно измер ют фазу волны на выходе незаполненного СВЧ резонатора, после заполнени СВЧ резонатора полностью и возбуждени его электромагнитньми колебани ми одной частоты, измен ют объемную концентрацию исследуемого аорршкового материала путем его уплотнени и досыпки, состо ние резонанса фиксируют по моменту , когда фаза волны на выходе СВЧ резонатора измен етс на величину, кратную 360 относительно фазы волны на выходе незаполненного СВЧ резонатора , измер ют значение длины волны и объемной концентрации исследуемого порошкового материала при резонансе i а удельное сопротивление порошкового материала определ ют по зависимости, св зывающей его с длиной волны и объемной концентрацией порошкового материала при резонансе.A METHOD FOR MEASURING SPECIFIC RESISTANCE OF POWDER MATERIAL by filling the microwave powder resonator with the powder material being investigated, exciting it with electromagnetic oscillations of one frequency, fixing the resonance state, which is not necessary to measure the wave phase at the output of the full volume in order to increase the accuracy. the resonator, after filling the microwave resonator completely and exciting it with electromagnetic oscillations of one frequency, change the volume concentration of the aorr material under study It is compacted and replenished; the state of resonance is fixed by the moment when the wave phase at the microwave resonator output changes by a factor of 360 relative to the wave phase at the output of the unfilled microwave resonator, the value of the wavelength and the volume concentration of the studied powder is measured at resonance i and the resistivity of the powder material is determined by the relationship that binds it to the wavelength and volume concentration of the powder material at resonance.

Description

Изобретение относитс к радиоизмерительной технике, а также к технике неразрушающих испытаний, и можег быть применено дл технологического контрол удельного сопротивлени (электропроводности) и качеств порошковьпс материалов, а также дл изучени их электрофизических свойст Известен способ измерени удельного сопротивлени материала, с использованием СВЧ-колебаний. осуществл емый следующей последовательностью операций: резонатор заполн ют пррошковьм материалом частично, возбуждают резонатор электромагнитными СВЧ-колебани ми нескольких частот, фиксируют состо ние резонанса по амплитуде колебаний, оп1 едел ют удельное сопротивление по добротности резонатора, причем добротность определ ют по ширине резонансной кривой путем подачи на резонатор с исследуемым материалом частотномодулированных колебаний или изменени объема резонатора lj . Недостатком известного способа вл етс недостаточно -высока Точность измерени на порошковых материалах с малым удельным сопротивлением и переменным зерновым составом . Кроме того, дл достижени высокой точности измерени объем обраца Должен быть значительно меньше объема резонатора, причем с увеличением электропроводности объем образца приходитс уменьшать. Это снижает представительность полученных результатов.The invention relates to a radio measuring technique as well as a non-destructive testing technique, and can be applied to process control of electrical resistivity and powder qualities of materials, as well as to study their electrophysical properties. There is a method of measuring material resistivity using microwave oscillations. carried out by the following sequence of operations: the resonator is partially filled with stitched material, the resonator is excited by electromagnetic microwave oscillations of several frequencies, the state of resonance is recorded by the amplitude of oscillations, op1 is measured by the resistivity by the quality factor of the resonator, and the quality factor is determined by the width of the resonance curve by feeding to the resonator with the studied material of frequency-modulated oscillations or a change in the cavity volume lj. A disadvantage of the known method is not sufficiently-high measurement accuracy on powder materials with low resistivity and variable grain composition. In addition, in order to achieve high measurement accuracy, the sample volume must be significantly less than the cavity volume, and with increasing conductivity, the sample volume has to be reduced. This reduces the representativeness of the results.

Наиболее близким к предлагаемому вл етс способ измерени удельного сопротивлени , включаи ций в себ след щую последовательность операций: заполн ют резонатор порошком частично, возбуждают резонатор электромагнитными сверхвысокочастотнымй колебани ми одной частоты, определ ют удельное сопротивление по добротности резонатора, измеренной по ширине резонансной кривой при расстройке изменением объема . резонатора 2.The closest to the present invention is a method of measuring the resistivity, including the following sequence of operations: the resonator is partially filled with powder, the resonator is excited by electromagnetic UHF vibrations of one frequency, the resistivity is determined by the Q factor of the resonator measured by the width of the resonance curve during detuning volume change. resonator 2.

Недостатком способа лзл етс Низка точность И37Эа недостаточной чувствительности при измерени х на материалах с малым удельным сопротивлением и маскирукйцего вли ни на результаты измерени переменной .The disadvantage of the method is the low accuracy of the I37Ea of insufficient sensitivity when measuring on materials with low resistivity and the masking effect on the measurement results of the variable.

дисперсности порошков, малое количество исследуемого материала (1 куб.см), что снижает представительность полученного результата измерени и вызывает потребность в увеличении числа измерений, необходимость приготовлени образцов определенной формы, что делает измерени более длительными и трудоемкими , а также вносит в измерени мешающнй фактор.the dispersion of powders, a small amount of the material under study (1 cc), which reduces the representativeness of the obtained measurement result and necessitates an increase in the number of measurements, the need to prepare samples of a certain shape, which makes the measurements more lengthy and time consuming, and also introduces an interfering factor in the measurements.

Недостатки способов св заны с тем, что тангенс угла диэлектрических потерь определ етс по величине добротности резонатора (ширине резонансной кривой), точность измерени которой на материала с большой электропроводностью становитс низкой. Кроме того, на величину добротности вли ет степень дисперсности порошковьк материалов, что вносит значительную погрешность при проведении измерений йа порошковых материалах переменной зернистости . Способ позвол ет достичь удовлетворительной точности (погрешность до 15%) только при измерени х на образцах из порошковых: материалов малой электропроводности и при строгом соблюдении размеров образцов и чистоты юс поверхности.The disadvantages of the methods are related to the fact that the tangent of the dielectric loss angle is determined by the Q value of the resonator (width of the resonance curve), the measurement accuracy of which on a material with high electrical conductivity becomes low. In addition, the quality factor is influenced by the degree of dispersion of powder materials, which introduces a significant error when measuring powder materials of varying grain size. The method allows to achieve satisfactory accuracy (error up to 15%) only when measuring on samples from powder: materials of low electrical conductivity and with strict observance of sample sizes and cleanliness of the surface.

Цель изобретени - повышение точности измерений.The purpose of the invention is to improve the measurement accuracy.

Поставленна цель достигаетс тем, что, согласно способу измерени удельного сопротивлени порошкового материала путем заполнени исследуемлм порошковым материалом -СВЧ резонатора , возбуждени его электромагнитными колебани ми одной частоты, ксации состо ни резонанса, предварительно измер ют фазу волны на выходе незаполненного СВЧ резонатора, после заполнени СВЧ резонатора полностью и возбуждени его электромагнитнши колебани ми одной частоты измер ют объемную концентрацию исследуемого nop iKOBoro материала путем его 5 плотнени и досыпки, состо ние резонанса фиксируют по момен.ту, когд фаза волны на выходе СВЧ резонатора измен етс на величину, кратную Збо относительно фазы волны на выходе незаполненного СВЧ резонатора, измер ют значение длины волны и объемной концентрации исследуемого порошковог материала при резонансе, а удельное сопротивление порошкового материала определ ют по зависимости, св зьшаю щей его с длиной волны и объемной ко центрацией порошкового материала при резонансе. Способ реализуетс следующим образом. Свободной засыпкой заполн ют СВЧ резонатор исследуемым порошковым ма териалом полностью, возбуждают СВЧ резонатор элек-рромагнитными колебан ми одной частоты, измен ют объемную концентрацию порошкового материала в СВЧ резонаторе путем уплотнени и подсыпки, добива сь достижени резонанса (на порошках карбида крем ни изменение объемной концентрации путем уплотнени возможно до 20), фиксируют состо ние резонанса по мо менту, когда значение фазы на выход СВЧ резонатора кратно 360, фиксируют значени длины волны в СВЧ резонаторе (по геометрии резрнатора и моде колебаний в нем) и объемной концентрации порошкового ма- - териала (цо величинам массы и объема резонатора) при резонансе,по значени м длины волны и объемной концентрации порошкового материала при резонансе-с помощью градуировоч ных графиков или аналитически определ ют удельное сопротивление порош кового материала. В сл-учае,. когда изменением объем ной концентрации порошкового материала в СВЧ резонаторе не удаетс добитьс резонанса, измен ют объем резонатора, например, путем смещени одной из .стенок СВЧ резонатора. Взасшосв зь свойств среды (порош кового материала) с йзмepeнны m величинами описываетс следующими уравнени ми. ,: e;.,.ag.b,,, . где Сд - относительна диэлеутричей ка проницаемость, вычисленна по величине измерен ной длины волны в СВЧ резонаторе с порошковым мате риалом. Выбор формулы д 8 .4 вычислени Е() зависит от геометрии СВЧ резонатора. Например, дл пр моугольного резонатора и основного типа Jзoлны мочет быть применена расчетна формула где длина волны соответственно в СВЧ резонаторе, заполненном порошковым материалом, в незаполненном СВЧ резонаторе и в свобод .ном пространствеJ ЕП - относительна вещественна диэлектрическа проницаемость порошка , ttfS - тднгенс угла потерь в порошковом материале, g С - объемна концентраци в порс пковом материалеi - относительна .вещественна диэлектрическа проницаемость компактного материала (в«1), прйнимн етс в качестве консТанты и берете№ из справочной литературы. По приведению уравнени м вычисл етс i 5 экстрапол ци fctfSf, на компактный материал () - осуществл етс с использованием градуировочных графиков или аналитически . Удельное сопротивление р вычисл етс по значению по формуле OW-CM, где Cii - кругова частота, 0 дизлектрическа посто нна вакуума. Сокращение времеии измерени достигаетс за счет проведени измерении на достаточном (представительном) количестве порошкового материала. Получеи1шй положительный зффект объ сн етс следующим. Заполиеиие порошковым материалом всего объема СВЧ резонатора позво- . л ет увеличить количество исследуемого порошкового материала, что повышает представительность и точность . измерений, а также упрощает методику определени длины волны в СВЧ резонаторе , заполненном порошковым материалом . Достижение резонанса путем изменени объемной концентрации в СВЧ резонаторе позвол ет вести измерени на одной частоте при полностью, запол-.The goal is achieved by the fact that, according to the method of measuring the resistivity of the powder material by filling the studied material with the UHF resonator, exciting it with electromagnetic oscillations of one frequency, propagating the resonance state, the wave phase at the output of the unfilled microwave resonator is preliminarily measured the resonator completely and excitation of its electromagnetism with oscillations of a single frequency measure the volume concentration of the material under study iKOBoro by its density 5 and replenishing, the resonance state is fixed in time. When the wave phase at the output of the microwave resonator is changed by an amount multiplied by Zbo relative to the phase of the wave at the output of the unfilled microwave resonator, the wavelength and volume concentration of the powder under test is measured at resonance, the resistivity of the powder material is determined by the relationship that binds it to the wavelength and volume concentration of the powder material at resonance. The method is implemented as follows. The free backfill fills the microwave resonator with the powder material under investigation completely, excites the microwave resonator with electromagnetic oscillations of one frequency, changes the volume concentration of the powder material in the microwave resonator by compacting and filling to achieve a resonance (on the carbide cream powders the volume concentration changes by compaction, it is possible up to 20), the state of resonance is fixed at the time when the phase value at the output of the microwave resonator is a multiple of 360, the values of the wavelength in the microwave resonator are fixed (according to of the resolver and the mode of oscillations in it) and the volume concentration of the powder material (about mass and volume of the resonator) at resonance, by the values of the wavelength and volume concentration of the powder material at resonance using calibration graphs or analytically determine the specific powder resistance. When,. when a change in the volume concentration of the powder material in the microwave resonator fails to achieve resonance, the volume of the resonator is changed, for example, by displacing one of the wall of the microwave resonator. The interrelation of the properties of the medium (powder material) with measured by m values is described by the following equations. ,: e;.,. ag.b ,,,. where Sd is the relative dieleutricity and permeability calculated from the value of the measured wavelength in a microwave resonator with a powder material. The choice of the formula g 8 .4 of the E () calculation depends on the geometry of the microwave resonator. For example, for a rectangular resonator and a basic type of Zolona urine, a calculation formula is used where the wavelength, respectively, in a microwave resonator filled with powder material, in an unfilled microwave resonator and in freedoms. EP is the relative dielectric constant of the powder, ttfS is the loss angle. in the powder material, g C is the volume concentration in the pors of the fine material; i is the relative dielectric constant of the compact material (in " 1), taken as Stant and berete№ from reference books. By reducing the equations, i 5 extrapolation of fctfSf is calculated, for a compact material () it is performed using calibration graphs or analytically. The resistivity p is calculated from the value using the formula OW-CM, where Cii is the circular frequency, 0 is the dielectric constant of vacuum. A shorter measurement time is achieved by measuring at a sufficient (representative) amount of powder material. The benefits are explained as follows. The use of powder material of the entire volume of the microwave resonator allowed. It increases the amount of the studied powder material, which increases the representativeness and accuracy. measurements, and also simplifies the method for determining the wavelength in a microwave resonator filled with powder material. Achieving resonance by changing the volume concentration in the microwave resonator allows measurements to be carried out at one frequency at completely, filled.

$1083128$ 1083128

ненном порошковым материалом СВЧрезонаторе, заполненном порошковым резонаторе, что уменьшает маскирую-материалом, достигают ослаблени щее вли ние переменной дисперсностимешающего вли ни переменной дисперссреды .ности (зернистости) порошковых матеФиксаци состо ни резонанса по 5риалов. Это св зано с тем, что длина величине смещени фазы волны на вы-волны в СВЧ резонаторе зависит тольходе СВЧ резонатора повышает разре-ко от фазовой скорости распростране-шамщую способность в услови х изме-ни колебаний в среде, заполн ющей рений на порошковЕДх материалах сболь-СВЧ резонатор, т.е. от дизлектричесшоЙ электропроводностью, а следова-ких параметров порошкового материала, тельно, и точность измерений. Благодэи на нее практически не вли ет затур О11ределени«9 удельного сопротивле-хание, св занное с дисперсностью ни по значени м длины волны в СВЧсреды.With a powder-coated microwave resonator filled with a powder resonator, which reduces the masking material, the attenuating effect of the variable dispersion capacity of the variable dispersion medium (granularity) of powder in the material is achieved. This is due to the fact that the length of the phase displacement of a wave to a wave in a microwave resonator depends only on the frequency of the microwave resonator, which increases the phase-propagation ability of the phase velocity in the medium that fills rhenium on powdered materials. sbol-microwave resonator, i.e. from the dielectric conductivity, and the subsequent parameters of the powder material, it is precise, and the measurement accuracy. Thanks to it, it is practically not affected by the O11determination of the "9 specific resistance," which is associated with the dispersion or the wavelength values in the microwave medium.

Claims

METHOD FOR MEASURING SPECIFIC RESISTANCE OF POWDER MATERIAL by filling the microwave resonator with the studied powder material, exciting it with electromagnetic oscillations of the same frequency, fixing the resonance, melting the resonance, which differs from the fact that, in order to increase the accuracy, the phase is preliminarily measured waves at the output of an unfilled microwave resonator, after filling the microwave cavity completely and exciting it with electromagnetic waves of the same frequency, change the volume concentration of the powder material under study by its compaction and refilling, the state of the resonance is recorded at the moment when the phase of the wave at the output of the microwave cavity changes by a multiple of 360 ° relative to the phase of the wave at the output of the empty microwave cavity, measure the value of the wavelength and volume concentration of the powder material under investigation at resonance; and the resistivity of the powder material is determined by the relationship connecting it with the wavelength and volume concentration of the powder material at resonance.