RU2234075C2 - Non-contact method of determination of inductivity of the solid and liquid dielectrics - Google Patents
Non-contact method of determination of inductivity of the solid and liquid dielectrics Download PDFInfo
- Publication number
- RU2234075C2 RU2234075C2 RU2002108056/09A RU2002108056A RU2234075C2 RU 2234075 C2 RU2234075 C2 RU 2234075C2 RU 2002108056/09 A RU2002108056/09 A RU 2002108056/09A RU 2002108056 A RU2002108056 A RU 2002108056A RU 2234075 C2 RU2234075 C2 RU 2234075C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- air
- measuring
- dielectric
- dielectric constant
- inductivity
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано, например, для проверки качества твердых и жидких электроизоляционных материалов.The invention relates to electrical engineering and can be used, for example, to test the quality of solid and liquid insulating materials.
Известны мостовой и резонансный способы измерения диэлектрической проницаемости твердых и жидких диэлектриков [1, 2], которые позволяют проводить измерение диэлектрической проницаемости электроизоляционных материалов в измерительной ячейке с накладными или напыленными в вакууме металлическими измерительными электродами.Known bridge and resonant methods for measuring the dielectric constant of solid and liquid dielectrics [1, 2], which allow the measurement of the dielectric constant of electrical insulation materials in a measuring cell with overhead or vacuum-sprayed metal measuring electrodes.
Недостатком вышеуказанных способов измерения является то, что для их реализации необходимо использование накладных или напыляемых в вакууме металлических электродов.The disadvantage of the above measurement methods is that their implementation requires the use of overhead or vacuum-sprayed metal electrodes.
Известен способ контроля толщины и диэлектрической проницаемости диэлектрика [3], который включает одновременное облучение исследуемого диэлектрика на металлическом основании излучением в СВЧ и ВЧ диапазонах. Частоту ВЧ излучения выбирают из условия, что толщина схемы-слоя меньше толщины металлического основания, измерение изменений величин продетектированных сигналов на ВЧ и СВЧ в отсутствие диэлектрика на металлическом основании и в его присутствии и определение толщины.A known method of controlling the thickness and permittivity of a dielectric [3], which includes the simultaneous irradiation of the investigated dielectric on a metal base by radiation in the microwave and high frequency ranges. The frequency of the RF radiation is chosen from the condition that the thickness of the circuit layer is less than the thickness of the metal base, the measurement of changes in the values of the detected signals on the RF and microwave in the absence of the dielectric on the metal base and in its presence, and determination of the thickness.
Известен способ определения диэлектрической проницаемости материала [4]. Способ включает возбуждение электромагнитных колебаний в микрополосковой линии с известными параметрами комплексной диэлектрической проницаемости, измерение ее импеданса в режимах холостого хода и короткого замыкания при размещении микрополосковой линии на поверхности исследуемого образца материала и при отсутствии исследуемого образца и вычисление диэлектрической проницаемости исследуемого образца материала.A known method for determining the dielectric constant of the material [4]. The method includes exciting electromagnetic oscillations in a microstrip line with known complex dielectric permittivity parameters, measuring its impedance in idle and short circuit conditions when placing a microstrip line on the surface of the material sample under study and in the absence of the sample to be studied, and calculating the dielectric constant of the material sample under study.
Ближайшим аналогом является способ определения комплексной диэлектрической проницаемости материала [5]. Способ заключается в подаче на исследуемую пробу скачкообразно изменяющегося напряжения чередующейся полярности с периодом циклической частоты измерения, интегрировании поляризационного тока и регистрации величины поляризационного заряда в равноотстоящие моменты времени. При вычислении действительной части комплексной диэлектрической проницаемости выбирают количество отсчетов в течение полупериода не менее четырех, а при вычислении мнимой части - не менее 32. Вычисления компонент комплексной диэлектрической проницаемости производят суммированием величин отсчетов, умноженных на тригонометрические функции фазового угла (синус или косинус для действительной или мнимой части соответственно).The closest analogue is a method for determining the complex dielectric constant of a material [5]. The method consists in applying to the test sample an abruptly varying voltage of alternating polarity with a period of cyclic measurement frequency, integrating the polarization current and recording the magnitude of the polarization charge at equally spaced times. When calculating the real part of the complex permittivity, select the number of samples for a half-period of at least four, and when calculating the imaginary part, at least 32. Calculate the components of the complex permittivity by summing the values of the samples multiplied by the trigonometric functions of the phase angle (sine or cosine for real or imaginary part, respectively).
Недостатком известных способов и прототипа является то, что они достаточно сложны в применении.A disadvantage of the known methods and prototype is that they are quite difficult to use.
Задачей предлагаемого изобретения является создание способа измерения диэлектрической проницаемости без разрушающего воздействия и достижения более высокой точности и достаточно простого в использовании.The objective of the invention is to provide a method for measuring the dielectric constant without damaging effects and achieve higher accuracy and quite easy to use.
Поставленная задача достигается тем, что в известном способе определения диэлектрической проницаемости путем воздействия электромагнитного поля испытуемый образец помещают в межэлектродное пространство между плоским измерительным электродом и поверхностью вращающегося металлического диска, на котором закреплен полимерный пленочный электрет - источник электрического поля, определяют амплитудное значение индукционного тока измерительного электрода в случае, когда испытуемый образец находится в межэлектродном пространстве Ix, амплитудное значение индукционного тока без помещения диэлектрика Iвозд, а диэлектрическую проницаемость вычисляют по формулеThe problem is achieved by the fact that in the known method for determining the dielectric constant by exposure to an electromagnetic field, the test sample is placed in the interelectrode space between the flat measuring electrode and the surface of a rotating metal disk on which a polymer film electret is mounted - an electric field source, the amplitude value of the induction current of the measuring electrode is determined in the case where the test sample is located in the interelectrode space I x, s litudnoe induction current value I premises without dielectric Sports, and the dielectric constant is calculated by the formula
где εx - диэлектрическая проницаемость исследуемого диэлектрического материала;where ε x is the dielectric constant of the investigated dielectric material;
εвозд - диэлектрическая проницаемость воздуха;ε air - dielectric constant of air;
hx - толщина исследуемого диэлектрического материала;h x is the thickness of the investigated dielectric material;
hвозд - толщина воздушного промежутка;h air - the thickness of the air gap;
h - расстояние от поверхности измерительного электрода до поверхности вращающегося диска, на которой закреплен тонкопленочный электрет - источник электрического поля;h is the distance from the surface of the measuring electrode to the surface of the rotating disk on which the thin-film electret is fixed - the source of the electric field;
Ix - амплитудное значение индукционного тока измерительного электрода, измеренное с помощью осциллографа, для случая, когда исследуемый диэлектрик находится в межэлектродном измерительном промежутке;I x is the amplitude value of the induction current of the measuring electrode, measured using an oscilloscope, for the case when the investigated dielectric is in the interelectrode measuring gap;
Iвозд - амплитудное значение индукционного тока для случая, когда межэлектродный измерительный промежуток заполнен только воздухом.I air - the amplitude value of the induction current for the case when the interelectrode measuring gap is filled only with air.
В качестве источника электрического поля используют тонкий пленочный электрет из конденсаторной пленки политетрафторэтилен (ПТФЭ).A thin film electret made of a polytetrafluoroethylene (PTFE) capacitor film is used as an electric field source.
Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.
На чертеже представлена схема устройства для определения диэлектрической проницаемости.The drawing shows a diagram of a device for determining the dielectric constant.
На поверхности вращающегося диска 1 закрепляют предварительно заполяризованный электрет 2 круглой формы, диаметром - d. Исследуемый твердый диэлектрик 3 в виде цилиндра диаметром - D и высотой - H, где D>>d, помещают в промежутке между измерительным электродом 4 и поверхностью заземленного вращающегося диска 1 с закрепленным пленочным электретом 2.On the surface of the rotating disk 1 is fixed pre-polarized electret 2 round in shape, with a diameter of d. The investigated solid dielectric 3 in the form of a cylinder with a diameter of D and a height of H, where D >> d, is placed in the gap between the measuring electrode 4 and the surface of the grounded rotating disk 1 with a fixed film electret 2.
Если необходимо выполнить измерения диэлектрической проницаемости - жидкого диэлектрика (например, трансформаторного масла), то в межэлектродный промежуток устанавливают тонкостенный полиэтиленовый сосуд цилиндрической формы с толщиной стенки - h, где h<<Н. Толщина стенки полиэтиленового сосуда h значительно меньше толщины слоя жидкости Н.If it is necessary to measure the dielectric constant - a liquid dielectric (for example, transformer oil), then a thin-walled cylindrical polyethylene vessel with a wall thickness - h, where h << N, is installed in the interelectrode gap. The wall thickness of the polyethylene vessel h is significantly less than the thickness of the liquid N.
На клеммы электродвигателя подают постоянное напряжение питания от 0 до 30 В. В зависимости от подаваемого напряжения скорость вращения электродвигателя и соответственно скорость вращения диска 1 может меняться в пределах от 0 до 3000 об/мин.A constant supply voltage from 0 to 30 V is supplied to the motor terminals. Depending on the supplied voltage, the rotational speed of the electric motor and, accordingly, the rotational speed of the disk 1 can vary from 0 to 3000 rpm.
Амплитуду сигнала от электрета 2 измеряют с помощью электронно-лучевого осциллографа. Для определения диэлектрической проницаемости твердых и жидких диэлектриков необходимо выполнить два измерения величины Ii.The amplitude of the signal from electret 2 is measured using an electron beam oscilloscope. To determine the dielectric constant of solid and liquid dielectrics, two measurements of I i are necessary.
Первое Iвозд - измеряют при удалении испытуемого диэлектрика из измерительного межэлектродного промежутка (в межэлектродном промежутке находится только воздух). Второе Ix - измеряют, когда в измерительный межэлектродный промежуток помещают исследуемый диэлектрик.The first I air - is measured when the test dielectric is removed from the measuring interelectrode gap (only air is in the interelectrode gap). The second I x - is measured when the investigated dielectric is placed in the measuring interelectrode gap.
Расчет величины диэлектрической проницаемости исследуемого диэлектрика производят по формулеThe calculation of the dielectric constant of the investigated dielectric is produced by the formula
где h - расстояние от поверхности измерительного электрода до поверхности вращающегося диска; hx - толщина исследуемого диэлектрика - толщина воздушного промежутка.where h is the distance from the surface of the measuring electrode to the surface of the rotating disk; h x - thickness of the investigated dielectric - the thickness of the air gap.
Н=hвозд+hx H = h air + h x
При полном заполнении межэлектродного промежутка исследуемым диэлектриком (например, проведение измерений в трансформаторном масле) величина диэлектрической проницаемости диэлектрического материала измеряется по формулеWhen the interelectrode gap is completely filled with the investigated dielectric (for example, taking measurements in transformer oil), the dielectric constant of the dielectric material is measured by the formula
где hвозд=0 и hx=h.where h air = 0 and h x = h.
Пример 1Example 1
Измерение диэлектрической проницаемости трансформаторного масла.Measurement of dielectric constant of transformer oil.
В тонкостенный стакан из полиэтилена с толщиной стенки 0,05 мм заливают трансформаторное масло (толщина слоя 10 мм). Устанавливают межэлектродное расстояние в измерительном конденсаторе 15 мм. Проверяют, что в этой области межэлектродных промежутков зависимость амплитуды измеряемого сигнала от величины обратного расстояния 1/h I=f(1/h) практически линейна и вклад краевой емкости минимален. В измерениях используют электрет пленки ПТЭФ - h=10 мкм, заполяризованный до величины электретной разности потенциалов V=1000 В. Производят два измерения амплитуды сигнала осциллографа Iвозд - для пустого (заполненного воздухом) измерительного конденсатора и Ix - для измерительного конденсатора с исследуемым образцом - трансформаторным маслом.Transformer oil is poured into a thin-walled glass made of polyethylene with a wall thickness of 0.05 mm (layer thickness 10 mm). The interelectrode distance in the measuring capacitor is set to 15 mm. It is checked that in this region of interelectrode gaps, the dependence of the amplitude of the measured signal on the reciprocal distance 1 / h I = f (1 / h) is almost linear and the contribution of the edge capacitance is minimal. The measurements use a PTFE film electret - h = 10 μm, polarized to an electret potential difference of V = 1000 V. Two measurements are made of the oscilloscope signal amplitude I air - for an empty (filled with air) measuring capacitor and I x - for a measuring capacitor with the test sample - transformer oil.
По шкале электронно-лучевого осциллографа измерены два значения амплитуды сигнала Iвозд=10,0 мм и Ix=16,6 мм. Считаем, что диэлектрическая проницаемость воздуха εвозд=1.Two values of the signal amplitude I air = 10.0 mm and I x = 16.6 mm were measured on the scale of an electron beam oscilloscope. We believe that the dielectric constant of air ε air = 1.
По формуле производим расчет диэлектрической проницаемости трансформаторного маслаAccording to the formula, we calculate the dielectric constant of transformer oil
Расчетное значение диэлектрической проницаемости для трансформаторного масла равно 2,5, что находится в соответствии со справочными данными.The calculated value of the dielectric constant for transformer oil is 2.5, which is in accordance with the reference data.
Пример 2Example 2
В измерениях используют пластинку из слюды мусковит, толщиной 10 мм. Устанавливают межэлектродное расстояние в измерительном конденсаторе 15 мм. Проверяют, что в этой области межэлектродных промежутков зависимость амплитуды измеряемого сигнала от величины обратного расстояния 1/h Ix=t(1/h) практически линейна и вклад краевой емкости минимален. В измерениях используют электрет пленки ПТЭФ - h=10 мкм, заполяризованный до величины электретной разности потенциалов V=1000 В. Производят два измерения амплитуды сигнала осциллографа Iвозд - для пустого (заполненного воздухом) измерительного конденсатора и Ix - для измерительного конденсатора с исследуемым электроизоляционным материалом (слюда мусковит).In the measurements, a muscovite mica plate with a thickness of 10 mm is used. The interelectrode distance in the measuring capacitor is set to 15 mm. It is checked that in this region of interelectrode gaps, the dependence of the amplitude of the measured signal on the reciprocal of the distance 1 / h I x = t (1 / h) is almost linear and the contribution of the edge capacitance is minimal. The measurements use a PTFE film electret - h = 10 μm, polarized to an electret potential difference of V = 1000 V. Two measurements are made of the oscilloscope signal amplitude I air - for an empty (filled with air) measuring capacitor and I x - for a measuring capacitor with the studied electrical insulation material (muscovite mica).
По шкале электронно-лучевого осциллографа измерены два значения амплитуды сигнала Iвозд=10,0 мм и Ix=23,1 мм. Считаем, что диэлектрическая проницаемость воздуха εвозд=1.Two values of the signal amplitude I air = 10.0 mm and I x = 23.1 mm were measured on the scale of an electron beam oscilloscope. We believe that the dielectric constant of air ε air = 1.
По формуле производим расчет диэлектрической проницаемости слюды мусковитAccording to the formula, we calculate the dielectric constant of mica muscovite
Расчетное значение диэлектрической проницаемости для слюды мусковит равно 6,7, что находится в соответствии со справочными данными.The calculated value of the dielectric constant for mica muscovite is 6.7, which is in accordance with the reference data.
Предлагаемый способ позволяет значительно упростить измерения диэлектрической проницаемости без разрушающего воздействия.The proposed method can significantly simplify the measurement of dielectric constant without damaging effects.
Источники информацииSources of information
1. Казарновкий Д.М., Тареев Б.М. Испытания электроизоляционных материалов. - М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963.1. Kazarnovsky D.M., Tareev B.M. Tests of electrical insulation materials. - M.-L .: Gosenergoizdat, 1963.
2. Эме Ф. Диэлектрические измерения. Для количественного анализа и для определения химической структуры. Пер. с немец. Штиллера Б.Н. Под ред. Заславского И.И. - М.: Химия, 1967.2. Emé F. Dielectric measurements. For quantitative analysis and to determine the chemical structure. Per. from German. Shtillera B.N. Ed. Zaslavsky I.I. - M.: Chemistry, 1967.
3. Патент РФ №2012871, G 01 N 22/00, 1994.3. RF patent №2012871, G 01 N 22/00, 1994.
4. Патент РФ №2103673, G 01 N 22/00, G 01 R 27/26, 1998.4. RF patent No. 2103673, G 01 N 22/00, G 01 R 27/26, 1998.
5. Заявка РФ №94012374, G 01 R 27/26, 1996 (прототип).5. RF application No. 94012374, G 01 R 27/26, 1996 (prototype).
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002108056/09A RU2234075C2 (en) | 2002-03-29 | 2002-03-29 | Non-contact method of determination of inductivity of the solid and liquid dielectrics |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002108056/09A RU2234075C2 (en) | 2002-03-29 | 2002-03-29 | Non-contact method of determination of inductivity of the solid and liquid dielectrics |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2002108056A RU2002108056A (en) | 2003-10-20 |
RU2234075C2 true RU2234075C2 (en) | 2004-08-10 |
Family
ID=33412362
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002108056/09A RU2234075C2 (en) | 2002-03-29 | 2002-03-29 | Non-contact method of determination of inductivity of the solid and liquid dielectrics |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2234075C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110849943A (en) * | 2019-11-26 | 2020-02-28 | 重庆大学 | Non-contact type insulation medium response full-automatic test method and electrode box for test |
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 |
-
2002
- 2002-03-29 RU RU2002108056/09A patent/RU2234075C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110849943A (en) * | 2019-11-26 | 2020-02-28 | 重庆大学 | Non-contact type insulation medium response full-automatic test method and electrode box for test |
CN110849943B (en) * | 2019-11-26 | 2022-04-22 | 重庆大学 | Non-contact type insulation medium response full-automatic test method and electrode box for test |
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 |
---|---|---|
Coney | The theory and application of conductance probes for the measurement of liquid film thickness in two-phase flow | |
ATE93320T1 (en) | METHOD OF DETECTING AND/OR IDENTIFYING A BIOLOGICAL SUBSTANCE BY ELECTRICAL MEASUREMENTS AND DEVICE FOR PERFORMING SUCH PROCEDURE. | |
US3652932A (en) | Method and apparatus for measurement of surface charge of an electret | |
US6543931B2 (en) | Method of evaluating the glass-transition temperature of a polymer part during use | |
JPH0348147A (en) | Voltammetry of low dielectric constant suspension | |
RU2234075C2 (en) | Non-contact method of determination of inductivity of the solid and liquid dielectrics | |
Bento et al. | Design, development and application of a real-time capacitive sensor for automatically measuring liquid level | |
Neagoe et al. | Electric-potential-measurement-based methodology for estimation of electric charge density at the surface of tribocharged insulating slabs | |
Washabaugh et al. | Dielectric measurements of semi-insulating liquids and solids | |
Kelen | Critical examination of the dissipation factor tip-up as a measure of partial discharge intensity | |
RU2002108056A (en) | Non-contact method for determining the dielectric constant of solid and liquid dielectrics | |
RU2303787C1 (en) | Method for measuring of dielectric penetrability of liquid and flat solid dielectrics | |
RU2729169C1 (en) | Device for measuring specific resistance of semiconductor cutting ceramic plates | |
Tokoro et al. | Detection of high field AC conduction loss current in polymeric insulating materials | |
Liesegang et al. | Resistivity, charge diffusion, and charge depth determinations on charged insulator surfaces | |
RU2195002C2 (en) | Procedure establishing electrical strength, relaxation time and conductance of insulation of electric wires and cables | |
Lockhart et al. | Apparatus for dielectric measurements on fluids and dispersions | |
Reznikov et al. | Comparison of vibrating and fixed Kelvin Probe for non-destructive evaluation | |
Kalashnikov et al. | Installation for measuring the dielectric anisotropy of liquid crystals at low frequencies by the bridge method with constant displacement | |
Kim et al. | An autonomous instrument for measuring small electrical capacitances with a linear characteristic | |
SU1515122A1 (en) | Method of determining dielectric permettivity of materials | |
RU1823927C (en) | Unit for measuring work function | |
Färber et al. | Online Dielectric Response Analysis Under Mixed-Frequency Medium-Voltage Stress | |
SU1083140A1 (en) | Method of touch-free measuring of cylinder-shaped conductive non-magnetic specimen electrical conductivity | |
RU2086995C1 (en) | Method for detection of electric strength of solid dielectric materials |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080330 |