Меню

Оборудование для измерения диэлектрической проницаемости



Установка для измерения относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь УКДП-1

Установка для измерения относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь УКДП-1

Установка для измерения относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь УКДП-1 (Фото 1)

Номер в ГРСИ РФ: 73615-18
Производитель / заявитель: ФГУП СНИИМ, г.Новосибирск

Установка для измерения относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь УКДП-1 (далее — установка) предназначена для измерения в лабораторных условиях относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь твёрдых диэлектриков в диапазоне частот от 2 до 12 ГГц методом волноводно-диэлектрического резонатора.

Скачать

Информация по Госреестру

Основные данные
Номер по Госреестру 73615-18
Наименование Установка для измерения относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь
Модель УКДП-1
Межповерочный интервал / Периодичность поверки 1 год
Страна-производитель РОССИЯ
Срок свидетельства (Или заводской номер) зав.№ 03001801
Производитель / Заявитель

ФГУП «Сибирский государственный ордена Трудового Красного Знамени НИИ метрологии» (СНИИМ), г.Новосибирск

Назначение

Установка для измерения относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь УКДП-1 (далее — установка) предназначена для измерения в лабораторных условиях относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь твёрдых диэлектриков в диапазоне частот от 2 до 12 ГГц методом волноводно-диэлектрического резонатора.

Описание

Установка предназначена для измерения электромагнитных параметров при разработке и производстве диэлектрических материалов.

Принцип действия установки основан на измерении резонансной частоты и ширины резонансной кривой в момент резонанса волноводно-диэлектрического резонатора при возбуждении в нем осесимметричных электромагнитных колебаний Ноп типа и расчете добротности, диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь диэлектрика.

Установка состоит из: комплекта сменных волноводов, возбуждающего и приемного элементов электромагнитных колебаний, компаратора — устройства перемещения возбуждающего и приемного элементов для настройки их совместно с волноводом, внутри которого помещается испытуемый образец, анализатора цепей скалярного 2РМ-18А/4, набора мер комплексной диэлектрической проницаемости, ПК с установленным специализированным ПО, комплекта аксессуаров и эксплуатационной документации.

Установка соответствует 2 группе ГОСТ 22261-94.

Установка выполнена в климатическом исполнении УХЛ 4.1 по ГОСТ 15150-69. Установка изготовлена в одном экземпляре.

Внешний вид установки представлен на рисунке 1.

Пломбирование установки не предусмотрено.

Программное обеспечение

Конструкция СИ исключает возможность несанкционированного влияния на ПО СИ и измерительную информацию.

Уровень защиты от преднамеренных и непреднамеренных изменений соответствует среднему уровню по Р 50.2.077-2014.

Идентификационные данные (признаки)

Идентификационное наименование ПО

Номер версии (идентификационный номер) ПО

Цифровой идентификатор ПО (контрольная сумма исполняемого кода)

Алгоритм вычисления цифрового идентификатора

Технические характеристики

Таблица 2 — Метрологические характеристики

Диапазон рабочих частот, ГГц

Диапазон измеряемых значений относительной диэлектрической проницаемости, ед.

Диапазон измеряемых значений тангенса угла диэлектрических потерь

от 110-4 до 110-2

Пределы допускаемой относительной погрешности измерения диэлектрической проницаемости, %

Пределы допускаемой относительной погрешности измерения тангенса угла диэлектрических потерь, %

Нормальные условия применения:

— температура окружающего воздуха, С

— атмосферное давление, кПа (мм рт.ст.)

20-25 20-60 84-106,7 (630-800)

Таблица 3 — Основные технические характеристики

Диапазон входного напряжения питания от сети переменного тока частотой (50 ± 1) Гц, В

Потребляемая мощность, В А, не более

Рабочие условия эксплуатации:

— температура окружающего воздуха, С

— относительная влажность, при температуре 25 °С, %, не более

— атмосферное давление, кПа

от 15 до 35 от 20 до 60 70-106,7 (537-800)

Габаритные размеры (длина, ширина, высота), мм, не более:

— анализатор цепей скалярный Р2М-18А/4

— ящик укладочный № 1 (ЗИП)

Масса, кг, не более:

— анализатор цепей скалярный Р2М-18А/4

— ящик укладочный № 1 (ЗИП)

Установленный срок службы, год, не менее

Знак утверждения типа

На титульные листы эксплуатационных документов знак утверждения типа наносится в левом верхнем углу паспорта СНМК.411724.003 ПС и руководства по эксплуатации СНМК.411724.003 РЭ принтером и на корпусе прибора методом шелкографии.

Источник

Измерители диэлектрической проницаемости в народном хозяйстве

Измерители диэлектрической проницаемости — самые распространенные приборы на выставках. Это связано с тем, что изменение влажности, типа и состава горючесмазочных материалов, качества сушки и ряда других сходных параметров связано с изменением диэлектрической проницаемости или, что в ряде случаев одно и то же, с изменением емкости конденсатора— датчика. Для измерения диэлектрической проницаемости применяют различные схемы, в том числе и мостовые.

Мостовая схема измерения емкости датчика (автор конструкции

В. Каралис), Это нелинейный двойной Т-образный мост (рис. I- 20, а), плечи которого составлены из диодов Д\ и Д2, резисторов Ri и /?2 и конденсаторов Ci и С2, один из которых может служить датчиком для измерения требуемого параметра, другой — используется в качестве образцового или компенсационного. Питание моста осуществляется от генератора высокой частоты. Разбаланс моста измеряют гальванометром или вольтметром переменного тока. Разбаланс моста будет тем больше, чем больше частота и амплитуда питающего мост напряжения и чем меньше сопротивление индикатора (нагрузки). Все это при условии, что номиналы остальных элементов схемы попарно равны между собой. Линейность зависимости тока нагрузки от относительного изменения емкости датчика обеспечивается лишь в том случае, если в процессе измерения емкость датчика изменится не больше чем на ±10% компенсационной или образцовой емкости. Подразумевается, что в начале цикла измерения компенсационная емкость и емкость датчика равны.

Влагомер (автор конструкции В. П. Попеико). Прибор позволяет определять влажность сыпучих продуктов в пределах 0—30% с погрешностью, не превышающей 2,5%. Влагомер (рис. 1-20,6) состоит из высокочастотного генератора (собственная частота 0,86 МГц), выполненного на транзисторах Τι и Гг. Частота генератора стабилизирована кварцем. Напряжение с выхода генератора поступает на колебательный контур C3L. Составным элементом колебательного контура является емкость измерительного датчика Д. Колебательный контур настраивается на частоту генератора, что соответствует отклонению стрелки индикатора на максимальную величину. При изменении емкости датчика частота настройки контура будет изменяться, что приведет к уменьшению отклонения стрелки, величина которого будет пропорциональна увеличению расстройки. Для того чтобы иметь возможность проверить готовность прибора, в схеме предусмотрена калибровка. Нажатием на кнопку К (калибровка) как бы искусственно увеличивают расстройку контура, подсоединяя параллельно к контуру емкость Сг, шунтированную резистором Д6. Прибор прост в работе и иаладке. Как вариант того же решения, В. П. Попенко предложил несколько измененную схему (рис. 1-20, в). На рисунке изображена только генераторная часть прибора, которая подключается к схеме рис. 1-20,6 в точках /, 2, 3. Генератор выполнен на одном транзисторе.

Достоинство обеих схем — простота в изготовлении, иаладке и надежность в работе. Автор снял градуировочные кривые и определил границы использования своих влагомеров.

Влагомер (автор конструкции Л. Г. Гончаренко). Он работает на несколько ином принципе — на биениях. Прибор (рис. 1-21) состоит из двух генераторов высокой частоты, выполненных на транзисторах Т\ и Гз, и смесителя, выполненного на высокочастотных трансформаторах Трх и Тр2 и резисторе Дг· Выход смесителя подключен к усилителю низкой частоты. Оба генератора идентичны по параметрам, их частоты близки друг другу и на выходе смесителя в исходном состоянии имеют место нулевые биения. При засыпке в бункер датчика Д сыпучего материала, влажность которого необходимо измерить, частота измерительного генератора изменяется за счет изменения емкости датчика, и на резисторе Rz> зашунтированном конденсатором С4, появляется сигнал низкой частоты, частота которого тем выше, чем больше изменение диэлектрической проницаемости исследуемого продукта.

При измерении влажности обычно поступают следующим образом. Засыпают в бункер датчика сухой продукт и изменением емкости подстроечных конденсаторов Cj и С2 добиваются нулевых биений. Затем вместо датчика подсоединяют образцовую емкость, соответствующую датчику с продуктом максимальной влажности. Таким образом проверяют соответствие шкалы измерительного прибора требуемому диапазону измерения. После этого приступают к измерениям. Влажность определяют по шкале стрелочного индикатора, отградуированной в процентах влажности. При переходе с одного вида сыпучего материала на другой пользуются либо градуировочнымиграфиками, либо отдельными шкалами. Схемы на биениях довольно чувствительны и обеспечивают высокую точность в определении изменений емкости датчиков. Эти схемы широко используются в измерителях диэлектрической проницаемости различного назначения.

Контактный электронный указатель превышения заданного у ров- ‘ ня угольной пыли в бункере (автор конструкции А. В. Дынькин).

В основу работы прибора положена зависимость параметров контура генератора высокой частоты от диэлектрических потерь, вносимых пылью. Прибор (рис. 1-22) состоит из ВЧ-генератора и двух датчиков — латунных трубок диаметром 38 мм, закрепленных внутри бункера горизонтально с левой и правой стороны (датчики переключаются контактами КР\ реле Pi). Генератор выполнен по двухконтурной схеме на лампе 6ПЗС (Л\) с обратной связью через подстроечный конденсатор Сг. При включении питания в генераторе возбуждаются высокочастотные колебания с частотой 7 МГц. Эти колебания поступают по экранированному кабелю на датчик Дх или Дг (нужный датчик подключается с помощью контактов реле Pi). Датчики изолированы от стен бункера и имеют контакт только со средой. Вокруг датчиков возникает высокочастотное электромагнитное поле. Изменение уровня пыли вызывает изменение нагрузки генератора и в конечном результате — изменение анодного тока лампы Ли которое регистрируется стрелочным индикатором.

Автоматический сигнализатор запыленности пиевмосетей (автор конструкции Л. М. Гусаков, автор устройства «Сигнализатор запыленности пневматического трубопровода» Б. С. Донина). Прибор представляет собой электронное реле, срабатывающее, когда на датчике, подключенном к управляющей сетке лампы, образуется положительный заряд, уменьшающий напряжение отрицательного смещения лампы. В качестве датчика (рис. 1-23) использована U- образная пластина из латуни, заключенная в изолирующую обо-

лочку из органического стекла. Движущиеся в пневмосистеме частицы пыли, соприкасаясь с органическим стеклом, электризуют его. На датчике прн этом накапливается положительный заряд. Чувствительность прибора можно менять, вращая движок переменного резистора /?3, включенного в анодную цепь лампы Ли Реле Р\ —

поляризованное типа РПБ-7 (паспорт РС.4.521.153). При срабатывании реле Pi контакты ΚΡι включают силовое реле Р2 типа МКУ-

48, а контакты КР’% замыкают электрические цепи сигнальной лампы (звуковая сигнализация на схеме не показана). Световой или звуковой сигнал предупреждает дежурного, что уровень пыли в системе превысил норму.

Прибор для измерения емкости электролитических конденсаторов без отключения их от схемы (авторы конструкции В. П. Зуев, В. П. Минченков). Прибор широко используется для проверки электролитических конденсаторов в различной радиоаппаратуре (телевизоры, радиоприемники, магнитофоны, электропроигрыватели, усилители низкой частоты). Принцип действия его состоит в том, что средний разрядный ток конденсатора при постоянных длительности и частоте разрядных циклов пропорционален его емкости. Прибор (рис 1-24) состоит из электронного коммутатора, обеспечивающе-

Рис. 1-24 го смену зарядно-разрядных циклов испытуемого конденсатора, и вольтметра с балансным транзисторным усилителем. Электронный коммутатор собран на транзисторе Ти диоде Д\ и обмотках II и III трансформатора Три Балансный усилитель выполнен на транзисторах Г2 и Т$. Схема питается от выпрямителя на диодах Д2— Дъ и транзисторах Г4, Г5. Напряжение в цепи базы транзистора Т4 стабилизировано стабилитроном Дб.

Прибор работает следующим образом. Во время одного из полупериодов напряжения, питающего обмотку II трансформатора Три диод Дх открыт, а транзистор Τι закрыт. В течение этого полупериода испытуемый конденсатор Сх заряжается до определенного напряжения через резистор R\ и открытый диод Ди В следующий полупериод диод Д\ закрывается, открывается транзистор Ί\ и конденсатор Сх начинает разряжаться через резисторы Ra—К5 и открытый переход эмиттер — коллектор транзистора Ть Падение напряжения на резисторах R$ и R4 будет пропорционально разрядному току, а следовательно, как отмечалось, емкости испытуемого конденсатора Сх. Это падение напряжения измеряется вольтметром, шкалы которого проградуированы в единицах емкости н рассчитаны на два предела измерения: 2—20 н 16—250 мкФ. Диапазоны измерений изменяют переключателем Ви а их границы выставляют переменными резисторами R3 и R± Гоки базы транзисторов компенсируют, регулируя резистор /?б· Резистор /?2 служит для установки микроамперметра на нулевое деление. Подключение низкоомного резистора /?5 параллельно испытуемому конденсатору позволяет осуществить более глубокий разряд конденсатора Сх во время разрядного цикла и получить отсчет его емкости, независимый от нагрузки каскада, в котором он работает, так как сопротивление резистора R5 заведомо ниже, чем у нагрузочного резистора.

При повторении конструкции следует учесть следующее: транзисторы Т2 и Тз подбирают с одинаковыми коэффициентами передачи тока h2i в предполагаемом рабочем интервале температур и одинаковыми значениями /кБ0. Прибор смонтирован на печатной плате в одном компактном блоке. Для подсоединения к испытуемому конденсатору он снабжен кабелем с зажимами типа «крокодил».

Источник: Смирнов А. Д., Радиолюбители — народному хозяйству. — 2-е изд., перераб. и доп. — М: Энергия, 1978. — 320 с., ил.— (Массовая радиобиблиотека; Вып. 957).

Источник

BI-870. Прибор для определения диэлектрических постоянных жидкостей.

Возможности

  • Точность ± 2%
  • Диапазоны высокой и средней чувствительности
  • Быстрый и простой в использовании
  • Компактный
  • Надежный и удобный

Специальный прибор

Новый прибор BI-870 предназначен для измерения диэлектрических постоянных жидкостей. Это самый простой из всех доступных на рынке приборов. Поместите датчик прибора в жидкость, настройте параметры измерения с помощью двух ручек на передней панели и вы увидите значение диэлектрической проницаемости на цифровом экране. Прибор BI-870 позволяет проводить измерения значения постоянных практически для любых растворителей, включая их смеси и уже готовые растворы.

Применение

Для надежного определения значения дзета-потенциала в суспензии коллоидных частиц необходимо знать величину диэлектрическоской постоянной жидкости, в которой находятся наночастицы. В случае простых чистых растворителей величину диэлектрической проницаемости легко найти в справочниках. Однако, при стабилизации системы наночастиц в смеси растворителей, значение диэлектрической проницаемости найти практически невозможно. Более того, не существует общего метода расчета диэлектрической постоянной для смеси растворителей из соотвествующих параметров отдельных компонентов смеси. Составление пропорций приводит к значительным ошибкам определения (до 20%). Поэтому, для смеси растворителей необходимо проводить отдельное измерение диэлектрической проницаемости, и, соответственно, необходим прибор BI-870 для ее измерения.

Принцип работы

В приборе BI-870 предусмотрено два диапазона чувствительности: от 1 до 20 и от 1 до 200. Абсолютная погрешность измерений составляет ± 2%, а значения воспроизводимости лучше, чем 0,2%. Сигнал для измерения прикладывается к внешнему цилиндру датчика и представляет собой синусоидальную волну с низкой степенью искажения частотой 10 кГц.

Среднеквадратичная амплитуда составляет около 7 В в диапазоне 1..20 и 0,7 В в диапазоне от 1..200. Стабилизация частоты достигается за счет использования монокристалла, ее значение меняется лишь на 0,001%. Диэлектрическая проницаемость определяется из значения тока между внутренним и внешним цилиндром датчика. Стабильность напряжения источника и точное знание параметров датчика позволяет рассчитать и сразу выдать значение диэлектрической постоянной. Калибровка датчика проводится с помощью жидкости с известным значением диэлектрической постоянной и заключается в проверке и, в случае необходимости, подстройки по данному значению.

Датчик

Датчик выполнен в виде открытой конструкции, что значительно облегчает его очистку. Он состоит из двух цилиндров из нержавеющей стали 316. Шесть тефлоновых шариков позволяют поддерживать постоянное расстояние между цилиндрами. Если датчик используется для определения диэлектрической константы неполярных жидкостей, например, углеводородов, то рекомендуется промывать датчик ацетоном или этанолом и высушивать его в потоке сухого воздуха. Необходимо промывать датчик до того, как грязь успеет на нем засохнуть. Поскольку датчик выполнен из тефлона и нержавеющей стали, то его можно чистить практически любым растворителем.

Технические характеристики

  • Шкала: диэлектрическая постоянная от 1 до 20 и от 1 до 200
  • Максимальная проводимость образца: Диапазон 1..20: 1 µС/см; Диапазон 1..200: 10 µС/см,( o C

Источник

Оборудование для измерения диэлектрической проницаемости

Прибор для исследования диэлектриков.

Всего час работы понадобятся для создания прибора, позволяющего с достаточной точностью измерить относительную диэлектрическую проницаемость, пробивное напряжение, допустимое рабочее напряжение и другие параметры плоского или жидкого диэлектрика (изоляционного материала). Любителю-конструктору или в школьном кабинете физики этот прибор не будет лишним.

Устроен он очень просто:
П-образная скоба из хорошего изолятора(можно применить оргстекло, текстолит, гетинакс, стеклопластик) с нарезанной резьбой в стойках и два плоских металлических диска, закрепленные на винтах, ввинчиваемых в стойки. Этого прибора, соединенного с измерителем емкости, достаточно для измерения относительной диэлектрической проницаемости диэлектрика. Если необходимо измерить пробивное напряжение, прибор дополняют схемой, приведенной на рисунке и источником регулируемого высокого напряжения.

Диаметр дисков может быть любым в пределах 50 — 100 мм, желательно применить диски, используемые в конструкционных конденсаторах из КВ и УКВ аппаратуры. При самостоятельном изготовлении поверхности дисков, обращенные друг к другу желательно отполировать. Крепление дисков должно обеспечивать отсутствие люфтов, плоскости дисков должны быть строго параллельны.

Миллиамперметр может быть любым на ток полного отклонения 0,1 -5 мА. Вольтметр — на напряжение не менее максимального напряжения источника питания. Ограничивающий резистор Rогр рассчитывается по формуле:

Rогр=> Uмах/ImA

где Uмах — максимальное напряжение источника питания,
ImA — ток полного отклонения миллиамперметра.

Источник питания — любой, постоянного тока, в выпрямителях источника питания допустимо использование умножителей напряжения. Указанным на схеме конденсатором является сам прибор.

Измерение относительной диэлектрической проницаемости.

Диэлектрик помещают между дисками, при этом его размеры должны быть больше размера дисков и завинчивая один из винтов, несильно зажимают диэлектрик. Подключив к дискам короткими проводами измеритель емкости замеряют емкость c диэлектриком — Сd. Осторожно вынув диэлектрик снова измеряют емкость — Св.

При измерении диэлектрической проницаемости жидких диэлектриков сначала измеряют емкость Св, а затем полностью окунув диски в жидкость — Cd. При этом расстояние между дисками устанавливают в пределах 0,5-1 мм.

Отношение величин Сd / Cв и будет относительной диэлектрической проницаемостью — ?. Например, при измерении емкости с диэлектриком прибор показал емкость 120 пф, а при измерении емкости без диэлектрика -30 пф. Относительная диэлектрическая проницаемость равна 120 / 30 = 4

Измерение пробивного напряжения.

Закрепляют между дисками диэлектрическую пластину известной толщины, при этом она должна с запасом перекрывать площадь дисков и подключают прибор к схеме. При исследовании жидких диэлектриков с помощью щупов устанавливают калиброванное расстояние между дисками D = 0,1- 1 мм и затем окунают диски в жидкость. Увеличивая напряжение источника добиваются резкого отклонения стрелки миллиамперметра. По вольтметру определяют напряжение пробоя — Uпр. Если необходимо — приводят полученное напряжение к толщине диэлектрика 1 мм. Например, толщина диэлектрика или щупа были равны 0,1 мм, а пробивное напряжение 800 вольт. Относительное пробивное напряжение составит 8кВ/мм.

Рабочее напряжение диэлектрика (изолятора) должно быть не более 0,4 Uпр.

При измерении пробивного напряжения соблюдайте осторожность!

Источник

Метод измерения диэлектрической проницаемости

2.3. Метод измерения диэлектрической проницаемости.

В современных методах определения величины диэлектрической проницаемости используется как постоянный ток, так и переменный ток в широком диапазоне частот.

Измерения методами переменного тока распространены боле широко. Это связано с тем, что они дают обширную информацию о структуре и свойствах диэлектрика, позволяют определять диэлектрическую проницаемость жидкостей и растворов электролитов, обладающих электропроводностью, и наконец, приборы – диэлектрометрические ячейки – в большинстве случаев являются компактными и более удобными для различных физико-химических исследований.

Мостовые методы по принципу работы делятся на две группы: 1) нерезонансные или простые мосты различного типа, которые используются главным образом при низких частотах и 2) резонансные мосты, условия равновесия которых зависят от частоты и которые могут применяться при высоких частотах . Резонансные мосты, как правило, имеют более высокую чувствительность по сравнению с нерезонансными мостами. Кроме того, мостовые методы измерения позволяют производить отдельный отсчёт активной и реактивной составляющих полного сопротивления.

Для измерения диэлектрической проницаемости могут быть использованы ёмкостные, индуктивные и контактные ячейки.

В данном эксперименте использовались контактные ячейки.

Достоинством таких ячеек является линейная зависимость между измеряемой ёмкостью С и диэлектрической проницаемостью ε исследуемой жидкости. Особенностью таких ячеек является поляризация электродов при низких частотах, которая является причиной погрешностей. Поскольку в настоящее время все методы измерения диэлектрической проницаемости основаны на сравнении ёмкости конденсатора, диэлектриком у которого является исследуемое вещество, обладающее, как правило, проводящими свойствами, то поляризация электродов, возникающая при низких частотах, также создаёт определённые погрешности при измерении ёмкости.

Основным условием использования контактной ячейки для измерения диэлектрической проницаемости является выбор достаточно высокой частоты, при которой поляризационное сопротивление и ёмкость равны нулю.

Вторым условием является необходимость устранения ёмкости двойного слоя СД. Это достигается применением электродов с достаточно развитой поверхностью (например, платинированием).

2.4. Диэлектрические характеристики магнитных жидкостей.

Диэлектрическая проницаемость ε большинства диэлектриков, характеризующая их поляризацию в электрическом поле, не зависит от напряжённости поля, но зависит от его частоты. Для магнитных жидкостей важным физическим параметром является концентрация твёрдой фазы, относительная диэлектрическая проницаемость которой выше, чем проницаемость жидких основ. Присутствие полярных молекул поверхностно-активного вещества в магнитной жидкости также влияет на её диэлектрическую проницаемость.

Р.Розенцвейг и Р.Кайзер (1969) определили относительную диэлектрическую проницаемость порошка из коллоидных частиц магнетита ε≈15 на частотах 400 Гц и 1 кГц. Н.И.Дюповкин и Д.В.Орлов (1983) исследовали магнетитовые магнитные жидкости на основе керосина, стабилизированные олеиновой кислотой, в диапазоне частот 10 2 -7*10 4 Гц. При увеличении объёмной концентрации магнетита от 5 до 19.5% относительная диэлектрическая проницаемость монотонно возрастала от 3 до 9 на частоте 100 Гц. С увеличением частоты изменения электрического поля, создаваемого в межэлектродном пространстве ячейки с плоскопараллельными электродами, относительная диэлектрическая проницаемость плавно уменьшалась, причём наиболее резкий спад наблюдался в диапазоне частот 10 2 -10 3 Гц. Измерения Г.М.Гордеева с соавторами (1983) относительной диэлектрической проницаемости близких по характеристикам магнитных жидкостей в диапазоне частот 10 5 -10 7 Гц согласуются с данными Н.И.Дюповкина и Д.В.Орлова на верхней границе частот. Эта частотная зависимость диэлектрической проницаемости ε и тангенса угла диэлектрических потерь tg δ получена при комнатной температуре. Из полученных графиков видно, что относительная диэлектрическая проницаемость исследованных образцов практически постоянна в указанном диапазоне частот. Графики для керосина и олеиновой кислоты располагаются ниже значений ε для магнитных жидкостей.

Зависимость тангенса угла диэлектрических потерь от частоты электрического поля характеризуется резким падением в диапазоне частот 10 2 -5*10 6 Гц, причём на частоте 10 5 Гц диэлектрические потери для магнитных жидкостей на порядок превышают tg δ для керосина. Одна из причин роста диэлектрических потерь с уменьшением частоты электрического поля может заключаться в джоулевых потерях, связанных с проводимостью магнитной жидкости.

Экспериментальные исследования электрической проводимости и диэлектрической проницаемости магнитной жидкости.

В данной курсовой работе проводились исследования электрической проводимости и диэлектрической проницаемости магнитной жидкости. Все измерения проводились мостовым методом с помощью прибораЧЧЧЧЧЧЧ

Магнитная жидкость заливалась в измерительные ячейки двух видов. Одна из них имеет платиновые электроды, другая медные. Конструкции ячеек отличаются друг от друга, их схемы приведены на рисунке 1.

Рисунок 1. Схемы применяемых ячеек.

Ячейка с платинированными электродами, как уже отмечалось выше, имеет большую точность результатов измерений. Самым главным её недостатком является необходимость наличия большого объёма магнитной жидкости, что очень трудно осуществить при изучении концентрационных рядов, состоящих из большого количества концентраций. В эту ячейку помещался объём магнитной жидкости равный 50 мл. Исследуемая жидкость разводилась до концентрации φ=1%, имея начальную φ = 16%. С каждой концентрацией отдельно проводились измерения электрической проводимости и диэлектрической проницаемости.

Электроды каждой ячейки соединялись с выходами измерительного прибора на возможно короткое время, что делалось, как было описано выше, во избежание ненужных погрешностей измерений. Все эксперименты проводились при одинаковой температуре. После снятия показаний измерительного прибора для электрической проводимости и значение ёмкости для расчёта диэлектрической проницаемости, ячейка с магнитной жидкостью помещалась в перпендикулярное и параллельное магнитные поля, создаваемые кольцами Гельмгольца. Значения измеряемых величин снимались, когда напряжённость магнитного поля была максимальной. После снятия всех необходимых измерений, магнитная жидкость изымалась из ячейки, разводилась до нужной концентрации и использовалась вновь. Для повторного эксперимента изначально был приготовлен концентрационный ряд, который впоследствии можно использовать многократно.

Первое измерение проводилось в ячейке с платиновыми электродами. Результаты измерений приведены на графиках.

Рисунок 3. Концентрационная зависимость электрической проводимости.

Из графика видно, что концентрационная зависимость электрической проводимости имеет максимум, который приходится на концентрацию магнитной жидкости около 10%. Далее величина электропроводности плавно спадает с уменьшением концентрации.

Рисунок 4. Концентрационная зависимость диэлектрической проницаемости.

График зависимости диэлектрической проницаемости от концентрации магнитной жидкости подтверждает ранее полученные результаты [Ферт], в которых проницаемость вела себя подобным образом, т.е. при уменьшении концентрации величина ε уменьшается. Разница настоящих и ранее полученных измерений не велика, от неё график лишь сдвигается на определённое значение. Эта разница может быть объяснена разными температурами условий измерения.

Следующие графики получены при измерении этих же величин, но для более точного и многоуровневого концентрационного ряда. Здесь использовалась ячейка с медными электродами. Схема эксперимента такая же как и в случае с ячейкой, имеющую платиновые электроды.

Рисунок 5. Зависимость электропроводности от концентрации.

Как видно из рисунка, проводимость и в данном случае ведёт себя также, её величина начинает убывать с концентрации 10%. Этот максимум вызывает множество вопросов у исследователей. Некоторые объясняют его изменением подвижности ионов магнитной жидкости с изменением концентрации. Предполагается, что при больших концентрациях подвижность большая, следовательно, число ионов, участвующих в электропроводности велико. При разбавлении МЖ карасином проводимость, а значит, и подвижность увеличивается до определённого значения количества керосина в МЖ. Далее, начиная приблизительно с концентрации 10%, подвижность ионов падает, и проводимость соответственно уменьшается. Другая теория объясняет такое поведение проводимости увеличением степени электролитической диссоциации при увеличении дисперсной фазы в МЖ. Возможно, эти два механизма осуществляются одновременно, накладывая такой отпечаток на поведение графика.

Диэлектрическая проницаемость ведёт себя следующим образом.

Рисунок 6. Зависимость диэлектрической проницаемости от концентрации МЖ.

Следующие графики изображают зависимости измеряемых величин от изменения направления параллельного и перпендикулярного магнитных полей для различных концентраций.

Рисунок 7. Изменение проводимости в перпендикулярном магнитном поле.

Рисунок 8. Изменение проницаемости в перпендикулярном магнитном поле.

Рисунок 9. Относительное изменение проводимости в параллельном магнитном поле.

Рисунок 10. Изменение проницаемости в параллельном магнитном поле.

Список использованной литературы.

1. Вегера Ж.Г. Эффекты структурной организации коллоидных частиц и микрочастиц дисперсного немагнитного наполнителя в магнитной жидкости при её взаимодействии с электрическими и магнитными полями. Дис. канд. физ.-мат. наук. — Ставрополь, 2004.

2. Духин С.С. Электропроводность и электрокинетические свойства дисперсных систем. – Киев.: Наук. думка, 1975.

3. Лопатин Б.А. «Теоретические основы электрохимических методов анализа» М.: высшая школа, 1975г, 296 с.

4. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Том 3- Электричество. Москва, 1977

5. Фертман В.Е., Гордеев Г.М., Матусевич Н.П., Ржевская С.П. Электрические свойства магнитных жидкостей. Свердловск: УНЦ АН СССР, 1983.

Источник

Читайте также:  Осложненные условия эксплуатации оборудования