SU1506388A1 - Method of measuring dielectric permittivity of solid materials - Google Patents
Method of measuring dielectric permittivity of solid materials Download PDFInfo
- Publication number
- SU1506388A1 SU1506388A1 SU874326269A SU4326269A SU1506388A1 SU 1506388 A1 SU1506388 A1 SU 1506388A1 SU 874326269 A SU874326269 A SU 874326269A SU 4326269 A SU4326269 A SU 4326269A SU 1506388 A1 SU1506388 A1 SU 1506388A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- waveguide
- dielectric
- sample
- parameters
- dielectric constant
- Prior art date
Links
Abstract
Изобретение относитс к радиофизическим измерени м параметров диэлектриков. Цель изобретени - повышение точности измерени . Поставленна цель достигаетс способом, заключающимс в измерении параметров сто чей волны в волноводе с помещенным в нем образцом исследуемого материала, боковые поверхности которого контактируют со стенками волновода, и расчете по этим параметрам диэлектрической проницаемости. Выбирают в зкий диэлектрик с диэлектрической проницаемостью, примерно равной рассчитанной, которым заполн ют зазоры между стенками волновода и боковыми поверхност ми образца, после чего провод т повторные измерени параметров сто чей волны в волноводе с помещенным в нем образцом исследуемого материала и расчет по этим параметрам диэлектрической проницаемости. Устройство дл измерени содержит г-р СВЧ 1, вентиль 2, измерительную линию 3, индикатор 4, детектор 5, зонд 6, отрезок волновода 7, в зкий диэлектрик 9. 4 ил.This invention relates to radiophysical measurements of dielectric parameters. The purpose of the invention is to improve the measurement accuracy. The goal is achieved by measuring the parameters of a standing wave in a waveguide with a sample of the material under investigation, the side surfaces of which are in contact with the walls of the waveguide, and calculating the dielectric constant from these parameters. A viscous dielectric with a dielectric constant approximately equal to the calculated one is selected, which fills the gaps between the walls of the waveguide and the side surfaces of the sample, after which they re-measure the parameters of the standing wave in the waveguide with the sample of the material under investigation and calculate them permeability. The measuring device contains Mr. microwave 1, valve 2, measuring line 3, indicator 4, detector 5, probe 6, waveguide section 7, viscous dielectric 9. 4 Il.
Description
Фиг.11
Изобретение относитс к области радиофизических измерений параметро диэлектриков, в частности к вол ово ным методам измерени диэлектрической проницаемости (Б) твердых матералов , и может быть использовано дл определени твердых материгшов в высокочастотном и сверхвысокочастотном диапазонах, дл исследовани ди электриков с высокими значени ми 6The invention relates to the field of radiophysical measurements of parametric dielectrics, in particular, to the waveguide methods for measuring the dielectric constant (B) of solid materials, and can be used to determine solid materials in the high and superhigh frequency ranges for the study of electricians with high values 6
Целью изобретени вл етс повышние точности измерени .The aim of the invention is to improve the measurement accuracy.
На фиг.1 приведена структурна электрическа схема устройства, pea лизующего способ измерени диэлектрческой проницаемости твердых материлов; на. фиг. 2 - эпюры сто чей волны в волноводе без образца (а) и с образцом (б); на фиг.З - расположени материала в волноводе и сечение А-А на фиг.4 - график зависимости .д Figure 1 shows the structural electrical circuit of the device, directing a method for measuring the dielectric constant of solid materials; on. FIG. 2 - diagrams of a standing wave in a waveguide without a sample (a) and with a sample (b); Fig. 3 shows the location of the material in the waveguide and section A-A in Fig. 4 is a plot of the dependence.
f(e,,p f (e ,, p
iC2 V() при использовании компонента смеси: I - технический вазелин (, g Д), ц - порошок двуокиси титана ( 80).iC2 V () when using the mixture component: I - technical petrolatum (, g D), C - titanium dioxide powder (80).
Зависимость в этом случае ( фиг.АDependence in this case (fig. A
имеет вид 6см antilg o,602V, +has the appearance of 6cm antilg o, 602V, +
-ь 1,903(1 - V,) (6, 8, и е значени диэлектрических проницаемо стей в зкого диэлектрика, первого и второго его компонентов соответст V - объемна концентраци периого- компонентaj ,- 1,903 (1 - V,) (6, 8, and the value of the dielectric constant of the viscous dielectric, its first and second components corresponding to V is the volume concentration of the perio component, j
На фиг.1 обозначены генератор 1 СВЧ, вентиль 2, измерительна лини 3, индикатор А, .детектор 5, зонд 6, отрезок волновода 7, образец 8 исследуемого твердого материала и в зкий диэлектрик 9.Fig. 1 shows a microwave generator 1, a gate 2, a measuring line 3, an indicator A, a detector 5, a probe 6, a waveguide section 7, a sample 8 of a solid material under study and a viscous dielectric 9.
Способ измерени диэлектрической проницаемости твердых материалов осуществл етс следующим образом.The method for measuring the dielectric constant of solid materials is as follows.
Изготавливают образец исследуемого твердого материала с размерами п перечного сечени , несколько меньшими , чем размеры поперечного сечени волновода. Устанавливают изгото ленный образец твердого материала в волноводе вплотную к короткозамыка A sample of the studied solid material is made with dimensions of a cross section that are slightly smaller than the cross section of the waveguide. Install a fabricated sample of solid material in the waveguide close to the short circuit.
ющей пластинке. Провод т измерени a record. Measure
КБ 1 6 г помощи измерительной линии, где К - коэффициент бегущей волны; Л« - длина волны вKB 1 6 g using the measuring line, where K - coefficient of the traveling wave; L "- wavelength in
волноводе; хwaveguide; x
mm
6 значение смещени 6 offset value
минимума сто чей волны в волноводе. По измеренным значени м Кр , х и размерам образца материала вычисл ют первое приближение диэлектричесthe minimum of the cost of a wave in a waveguide. From the measured values of Kp, x and the sample size of the material, the first approximation of the dielectric is calculated.
в д- и- ю in d
е- 15 иае 20 ; e- 15 ae 20;
С)WITH)
2525
- - - -
кой проницаемости материала . Выбирают тип (марку в зкого диэлектрика c6ga-f Ч либо, если в зкого диэлектрика с требуемым значением нет, готов т бинарную св зь, например, из технического вазелина и TiO в соответствии с приведенной формулой. Нанос т на боковые поверхности образца твердого материала слой в зкого диэлектрика, устанавливают образец твердого материала в волноводе и удал ют наплывы в зкого диэлектрика на торце образца твердого материала и стенках волновода. Дополнительно измер ют Kg, « и х, Допол1П1тель- но провод т расчет диэлектрической проницаемости твердого материала по измеренным параметрам.permeability of the material. Choose the type (c6ga-f viscous dielectric dielectric, or if there is no viscous dielectric with the required value), a binary bond is prepared, for example, from technical petroleum jelly and TiO in accordance with the above formula. A layer is applied to the lateral surfaces of the sample of solid material viscous dielectric, set the sample of solid material in the waveguide and remove the influx of viscous dielectric at the end of the sample of solid material and the walls of the waveguide. Additionally, measure Kg, "and x, Dopol1P1to calculate the dielectric constant of the solid th material from the measured parameters.
Принцип измерений и расчетов основан на следующем.The principle of measurement and calculation is based on the following.
В волноводе, возбуждаемом с одной стороны генератором СВЧ и коротко замкнутом с другой стороны, устанавливаетс сто ча волна с узлами, расположенными на рассто нии - , ,друг от друга и от короткозамыкающей плас30 тины, причем Лц св зана с граничной длиной волны А и длиной волны в свободном пространстве соотношениемIn the waveguide, excited on the one hand by the microwave generator and short-circuited on the other, a standing wave with nodes located at a distance -, from each other and from the short-circuiting plate is installed, Lz being connected to the boundary wavelength A and length free-space waves
в at
Ас Ac
4four
-л./«г)l ./ "g)
00
5 падающей 5 falling
00
5five
Если вплотную к короткозамыкающей пластине установить в волноводе образец твердого материала, картина сто чей волны измен етс : напр женность пол в узлах не достигает нул , так как амплитуда отраженной, волны за счет поглощени твердого материала становитс меньше амплиту- Кроме того, все минимумы (узлы) сто чей БОЛ1П 1 смещаютс в сторону образца твердого материала, поскольку длина волны в нем меньп1е длины волны в полом волноводе. Указанные изменени картины сто чей волны завис т от свойств исследуемого образца твердого матери.ала и могут быть св заны с его электрическими характеристиками определенным соотношением , получающимс в результате решени соответствующей электродинамической задачи. Решение этой задачи , учитывающей услови на гр шицах раздела, приводит к комплексномуIf a sample of a solid material is placed in a waveguide close to a short-circuit plate, the standing wave pattern changes: the field strength at the nodes does not reach zero, because the amplitude of the reflected wave does not become smaller than the amplitude of the reflected material. Moreover, all the minima (nodes ) The BOL1P 1 position shifts towards the sample of a solid material, since its wavelength is less than the wavelength in a hollow waveguide. These changes in the pattern of the standing wave depend on the properties of the test sample of solid material and can be related to its electrical characteristics by a certain ratio resulting from the solution of the corresponding electrodynamic problem. The solution of this problem, taking into account the conditions on the sections of the section, leads to a complex
5 15063885 1506388
трансцендентному уравнению, св зыва- характеристики твердого материала с H3MepHeNtt)iMn вeли tинaми 13 .1ч ни осу transcendental equation connecting the characteristics of a solid material with H3MepHeNtt) iMn tins 13 .1 h
коэффициентом бегущей волны Kg и полжением узл;1 сто чей волны относител1ь но ноперхнсзсти образца.coefficient of the traveling wave Kg and the position of the node; 1 standing wave relative to the surface of the sample.
Это уравнение нидThis equation is nid
,,
где .fwhere .f
DD
еe
g онредел етс по форму- (2)g is determined by the form- (2)
V - V -
1 -т Jle ,., Л В- 1 - j К tgO 1-t Jle,., L B- 1 - j K tgO
иЬsb
- посто нна р.мспространснил твердого материала;- constant r.spreadsil solid material;
-толщина обрапца материа;и1;-the thickness of the material obrac; i1;
-фазовый У1ОЛ, гоответству- юш,ий рлссто н;)Ю от поверхности образца твердого материала до первого узла стО Т- чей волны,-phase U1OL, appropriately, iy;) Yu from the surface of the sample of solid material to the first node of STO T - whose wave,
Пева часть ураптгени () coaep Kin величины 1., Д р и х, которь)е определ ютс при помогай но.чноводной измерительной линии, устамоплсиипй мел;ду генератором СВЧ и полноводной секцией с образцо - твердого материапа п имеющей такое же поппречное сечелие, как и секци , содержагнаи образец -i-Bep дого материала, Коэф лшиент бегущей волны измер етс по точтсам, ле.кагдим вблизи узла сто чей волны. Если выбираютс точки,- в которых показани индикаторного прибора (при квадратичной характерт1стике детектора) в 2 раза превышают его показани i минимуме , то К,The pev's part of the uraptgeni () coaep Kin values 1., D and x, which) are determined by the help of a freshwater measuring line, equipped with a chalk, with a microwave generator and a full-flowing section with a sample - solid matter having the same cross-sectional cross section as well as the section containing the i-Bep sample of this material, the traveling wave ratio is measured at the points that are located near the standing wave node. If points are chosen, at which the readings of the indicator instrument (with a quadratic character of the detector) are 2 times its minimum i, then K,
леle
II а XII and X
))
где Л X - рассто ние между точкам удвоенного мин1тмума.where L X is the distance between the points of double min.
Рассто ние х между поверхностью образца твердог о материала и первы.ч узлом сто чей волны определ етс из выражени The distance x between the surface of the sample of the hard material and the first-half standing wave node is determined from the expression
х„ .x ".
(3)(3)
гдеWhere
1 смещение любого узла, обусловленное внесением образца твердого материала. Определенные указанным образом зь ачени величин К, Л., их , а такЪ о г1 offset of any node due to the introduction of a sample of solid material. The determined values of the values of K, L., their, and also about
же заранее измеренна толщина образца позвол ют вычислить правую часть уравнени (1), а затем и гюсто ннук распрострат ени , св занную с f и следующей формулой, известно из теории волноводов:However, the previously measured sample thickness allows us to calculate the right-hand side of Eq. (1), and then the spreading size of the propagation associated with f and the following formula is known from waveguide theory:
- ,ie -(-А„/ Д,) -. (А) -, ie - (- A „/ D,) -. (BUT)
-Ti,13 .1числение посто нно распространени ;г из уравнени (1 может быть осуьчествлено графическ либо числен- методом. Полученное значение V-Ti, 13 .1 calculation of constant distribution; r from equation (1 can be either graphically or numerically by the method. The resulting value of V
(М(M
и нахо5and found
г-одставл ют в уравнение лит и С .r-set in the equation of lit. and c.
Проведение повторных измерений пар,1метров сто чей волны в волноводе с помешенным в нем образцом твердого MarepHtUia, зазоры между которыми з-птолнепы в зким дигзлектриком, и 1);:счет но зтим параметрам дизлектри- ческой проницаемости позвол ют найти ч равные действителт ным или отличающиес от них не более чем на 1-2%. Если требуетс высока точность, то после цроведе п повтор- измерени : иRepeated measurements of pairs, 1 meter of a standing wave in a waveguide with a sample of solid MarepHtUia placed in it, the gaps between which are three-fold viscous digesters, and 1) ;: due to the correct parameters of the dielectric permeability, it is possible to find differing from them by no more than 1-2%. If high accuracy is required, then after the blood test and re-measurement: and
иых ,- i:iiyih - i: i
г- (21 ,g- (21,
расчета t q (гдеcalculating t q (where
- диэлектрическа цронина.емость твердого материапа, полученна в ре- чультате проведени повторных измере- 5 ПИЙ) необходимо приготовить в зкиГг- dielectric core. solid matter content, obtained as a result of repeated measurements (5 PIP), it is necessary to prepare viscous
Гf(i1Gf (i1
диэлект.рик с е-да с С) в виде оин :ip- ной смеси, например технический вазелин - двуокись титана (6-т;о С) , пользу сь известным закош.м смещени dielectric with e-yes with C) in the form of oin: an ip mixture, for example, technical petrolatum — titanium dioxide (6-o; o C), using the well-known screen of displacement
00
ig6,, X4ige,-uig6 ,, X4ige, -u
- V,) ige, (5)- V,) ige, (5)
5five
ОABOUT
5five
Затем необходимо извлечь образец твердого материала из волновода, си ть с его боковых поверхностей и стенок волновода слой прежнего в зкого диэлектрика, установить образец твердого материала в волновод, заполнив зазоры в зким диэлектриком с f«а/-С71Then, it is necessary to remove a sample of solid material from the waveguide, to lay a layer of the former viscous dielectric from its side surfaces and walls of the waveguide, to install a sample of solid material into the waveguide, filling the gaps with a viscous dielectric with f а a / -С71
с IJ , приготовленггым в соответствии с (5) , и провести еа:е одни измерени параметров сто чей волны в волноводе с образцом твердого материапа, по которым рассчитатьЕл. При необходимости описанные операции можно провести несколько раз, добива сь with IJ, prepared in accordance with (5), and conduct ea: e alone measuring the parameters of a standing wave in a waveguide with a sample of a solid matter, from which to calculate EL. If necessary, the described operations can be performed several times, until reaching
выполнени неравенства / t,qfulfillment of the inequality / t, q
-,m-o-, m-o
.(И).(AND)
где iwhere i
с with
У.е,W.e,
заданное значение допустиГзОspecified value
мo 1гогре 11ности измерен 1Я,MoI 1g is measured by 1I,
ФорFore
ула изобретени ula invention
5555
Способ измерени диэлектрической проницаемости твердых материа.лов, состо щи в измерен(П1 пара етров сто чей волны в волноводе при н.-щичии и отсутствии в нем твердого материалаA method for measuring the dielectric constant of solid materials, which is measured (P1 is a pair of standing waves in a waveguide with n-shchichii and the absence of solid material in it
и вычислении диэлектрической ггрони- цаемости твердого материала по изме- peinibiM параметрам, отличаю- щ и и с тем, что, с целью поньице- ни точнвс;ти измерени , зазор между стенкой волновода и твердым материалом заполн ют й гчким диэлектриком.and calculating the dielectric resistance of a solid material from measurements of parameters to parameters differing from the fact that, for the purpose of understanding the accuracy of these measurements, the gap between the waveguide wall and the solid material is filled with an hc dielectric.
диэлектрическа проницаемость которого примерно равна вычисленной диэлектрической проницаемости, измер ют параметры сто чей волны и вычисл ют диэлектрическую проницаемость твердого материала по и меренны 1 цараметрам.whose dielectric constant is approximately equal to the calculated dielectric constant, the parameters of the standing wave are measured, and the dielectric constant of the solid material is calculated with respect to 1 measure.
сригЗSrigZ
От генера- /пороFrom general- / poro
ft-Аft-A
WMTMfWf,WMTMfWf,
hh
8080
ДЗDZ
f.ff I//f.ff I //
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU874326269A SU1506388A1 (en) | 1987-11-10 | 1987-11-10 | Method of measuring dielectric permittivity of solid materials |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU874326269A SU1506388A1 (en) | 1987-11-10 | 1987-11-10 | Method of measuring dielectric permittivity of solid materials |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU1506388A1 true SU1506388A1 (en) | 1989-09-07 |
Family
ID=21335489
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU874326269A SU1506388A1 (en) | 1987-11-10 | 1987-11-10 | Method of measuring dielectric permittivity of solid materials |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU1506388A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102508063A (en) * | 2011-10-28 | 2012-06-20 | 东北大学 | Double-probe resonance waveguide type tester for wave absorbing properties of materials |
-
1987
- 1987-11-10 SU SU874326269A patent/SU1506388A1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Абубакиров Б.А. и др. Измерение параметров радиотехнических цепей. - М.: Радио и св зь, 1984, с. 26. Брандт А.А. Исследование диэлектриков на сверхвысоких частотах, - М., ГИФПП, 1963, с. 191-206. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102508063A (en) * | 2011-10-28 | 2012-06-20 | 东北大学 | Double-probe resonance waveguide type tester for wave absorbing properties of materials |
CN102508063B (en) * | 2011-10-28 | 2013-11-20 | 东北大学 | Double-probe resonance waveguide type tester for wave absorbing properties of materials |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2571301C2 (en) | Method to measure physical parameters of material | |
SU1506388A1 (en) | Method of measuring dielectric permittivity of solid materials | |
SU1327023A1 (en) | Method of measuring spectral density of noise level and noise coefficient of four-terminal network | |
EP0040805B1 (en) | Method of measuring the moisture content of a material | |
JPH0549044B2 (en) | ||
RU2276377C1 (en) | Device for measuring amplitude-frequency and phase-frequency characteristics of four-poles with frequency transformer | |
SU1767446A1 (en) | Device for measuring frequency relation of capacitance or conductivity | |
SU771524A1 (en) | Method of determining time constant of relaxation of three-dimensional charge and three-dimensional electroconduction of dielectrics | |
RU2760641C1 (en) | Fluid physical properties metre | |
SU779936A1 (en) | Method of locating short-circuiting in power transmission line with devices for longitudinal and transverse compensation and for adjusting | |
SU1165967A1 (en) | Method of measuring moisture content | |
SU1666973A1 (en) | Method for locating position of non-uniformity within four-terminal network | |
SU924628A1 (en) | Method of measuring piezoceramic material mechanical quality | |
SU1497581A1 (en) | Method of measuring signal power level in microwave line | |
SU1597779A1 (en) | Method of determining dielectric permittivity | |
SU1749810A1 (en) | Method of determining moisture content | |
SU1116371A1 (en) | Method of measuring humidity of materials and substances | |
SU1661683A1 (en) | Method of determining electrical field intensity | |
SU1073677A1 (en) | Device for measuring humidity of oil and petroleum products | |
RU2295732C1 (en) | Method of measurement of dielectric characteristics of polymer materials | |
Fuchs | Reflections in a coaxial cable due to impedance irregularities. An Experimental Study of the Correlation between Steady-State and Transient Measurements | |
SU1626193A1 (en) | Device for measuring complex reflection factor of shf two-terminal network | |
Jung et al. | An absolute method for determining the dissipation factor of capacitors at voltages up to 1 kV | |
SU842541A1 (en) | Soil humidity volume converter | |
SU1555685A1 (en) | Method of measuring intensity of a.c. electric field |