Патент на полезную модель Республики Беларусь

1. (19) BY (11) 10334
(13) U
(46) 2014.10.30
(51) МПК
ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
G 01R 27/26 (2006.01)
(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАВИСИМОСТИ ТАНГЕНСА
УГЛА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ КОМПОЗИЦИОННЫХ
МАТЕРИАЛОВ ОТ ЧАСТОТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ
(21) Номер заявки: u 20130908
(22) 2013.11.08
(71) Заявитель: Белорусский государст-
венный университет (BY)
(72) Авторы: Зубко Денис Васильевич;
Зубко Василий Иванович (BY)
(73) Патентообладатель: Белорусский госу-
дарственный университет (BY)
(57)
Устройство для определения зависимости тангенса угла диэлектрических потерь ком-
позиционных материалов от частоты электрического поля, состоящее из двух дисковых
электродов, микрометрического устройства со встроенным микровинтом, соединенным с
подвижным дисковым электродом, симметрично расположенным с неподвижным элек-
тродом, съемных контактов, отличающееся тем, что дополнительно содержит цифровой
измеритель иммитанса.
(56)
1. А.с. СССР 292120, МПК G 01R 27/26, 1971.
2. BY 9457 C1, МПК G 01R 27/26, 2007.
3. BY 9001U, МПК G 01R 27/26, 2013.
Фиг. 1
BY10334U2014.10.30

2. BY 10334 U 2014.10.30
2
Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике, а именно к элек-
трическим измерениям, и может быть использована для автоматического определения за-
висимости тангенса угла диэлектрических потерь композиционных материалов от частоты
электрического поля в различных областях промышленности.
Известны устройства для контроля диэлектрических свойств материалов [1, 2], содер-
жащие высокопотенциальные электроды, переключаемый и низкопотенциальный электро-
ды, которые закреплены на изоляционном основании, служащем одновременно рукояткой
конденсатора.
Основным недостатком этих устройств является низкая точность измерения диэлек-
трических свойств материалов, связанная с необеспечением однородного постоянного
электрического поля в объеме контролируемого материала, одинаковой силы прижатия и
одинаковых условий прилегания электродов к поверхности материала.
Наиболее близким по конструкции и принципу действия к заявляемому устройству
является устройство для измерения электрических свойств полимерных композиций [3],
состоящее из двух дисковых электродов, микрометрического устройства со встроенным
микровинтом, соединенным с подвижным дисковым электродом, симметрично располо-
женным с неподвижным электродом, фторопластовой прокладки, основания и съемных
контактов.
Основной недостаток данного устройства связан с невозможностью контроля тангенса
угла диэлектрических потерь композиционных материалов от частоты электрического по-
ля. Погрешность, связанная с указанным фактором, никак не учитывается и, таким обра-
зом, вносит существенный вклад в точность определения тангенса угла диэлектрических
потерь композиционных материалов от частоты электрического поля.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение точности и расширение
диапазона определения тангенса угла диэлектрических потерь композиционных материа-
лов за счет контроля частоты электрического поля в интервале частот 102
-106
Гц, обеспече-
ния однородного электрического поля в объеме композиционного материала, одинаковой
силы прижатия и одинаковых условий прилегания электродов к поверхности материала.
Поставленная задача решается тем, что устройство для определения зависимости тан-
генса угла диэлектрических потерь композиционных материалов, состоящее из двух диско-
вых электродов, микрометрического устройства со встроенным микровинтом, соединенным
с подвижным дисковым электродом, симметрично расположенным с неподвижным элек-
тродом, съемных контактов, дополнительно содержит цифровой измеритель иммитанса.
Технический результат достигается за счет контроля частоты электрического поля,
обеспечения однородного электрического поля в объеме композиционного материала,
одинаковой силы прижатия и одинаковых условий прилегания электродов к поверхности
материала.
В результате применения предлагаемого устройства становится возможным повысить
точность и расширить диапазон определения тангенса угла диэлектрических потерь компо-
зиционного материала за счет контроля частоты электрического поля в интервале частот
102
-106
Гц, обеспечения однородного электрического поля в объеме композиционного ма-
териала, одинаковой силы прижатия и одинаковых условий прилегания электродов к по-
верхности материала.
Сущность полезной модели поясняется фиг. 1, 2.
На фиг. 1 схематично изображено устройство для определения зависимости тангенса
угла диэлектрических потерь композиционных материалов от частоты электрического поля.
На фиг. 2 приведен пример реализации устройства для определения зависимости тан-
генса угла диэлектрических потерь композиционного материала на основе вторичного по-
лиэтилена от частоты электрического поля при различных отношениях резиновой крошки
(РК) к вторичному полиэтилену (ВПЭ): кривая 7 - РК/ВПЭ = 3, кривая 8 - РК/ВПЭ = 1,
кривая 9 - РК/ВПЭ = 0,33.

3. BY 10334 U 2014.10.30
3
Устройство включает в себя микрометрическое устройство со встроенным микровин-
том 1, соединенным с подвижным верхним дисковым электродом 2, симметрично распо-
ложенным с неподвижным нижним электродом 2, рабочие поверхности которых
отшлифованы, отполированы, хромированы и притерты друг к другу, композиционный
материал 3, съемные контакты 4, 5 устройства, цифровой измеритель 6 иммитанса E7-20.
Устройство работает следующим образом.
Пластину из композиционного материала 3 помещают в центре на нижний неподвиж-
ный дисковый электрод 2. Вращением микровинта 1 приближают верхний подвижный
дисковый электрод 2 к поверхности пластины материала 3 до срабатывания трещотки.
Цифровой измеритель 6 иммитанса E7-20 подсоединяют к съемным контактам 4, 5 уст-
ройства и измеряют электропроводимость Gx ячейки с пластиной композиционного мате-
риала, электроемкости C2, C1 ячейки с пластиной и без нее соответственно.
Относительная диэлектрическая проницаемость композиционного материала вычис-
ляется по формуле:
,1
C
CC
'
0
12
+
−
=ε (1)
где C2, C1 - электроемкости ячейки с пластиной и без нее соответственно;
C0 - рабочая емкость ячейки.
Рабочая емкость ячейки (C0) с учетом краевого эффекта электрического поля в интер-
вале частот 102
-106
Гц вычисляется по формуле:
,
CC
C
21
21
0
''
ε−ε
−
= (2)
где '
1C и '
2C - измеренные емкости рабочего объема ячейки с двумя эталонными пласти-
нами соответственно;
ε1 и ε2 - известные диэлектрические проницаемости двух эталонных пластин соответ-
ственно.
Тангенс угла диэлектрических потерь композиционного материала вычисляется по
формуле:
,
C'
G
tg
0
x
ωε
=δ (3)
где Gx - электропроводимость композиционного материала, Ом-1
;
ω = 27πν - круговая (циклическая) частота.
Примеры реализации устройства для определения тангенса угла диэлектрических по-
терь композиционного материала на основе вторичного полиэтилена.
Пример 1.
Композиционный материал на основе вторичного полиэтилена: Т = 20 °С; ν = 102
Гц;
отношение РК/ВПЭ = 3; C0 = 1,98·10-12
Ф; C2 = 107·10-12
Ф; C1 = 5,34·10-12
Ф;
Gx = 4,8 10-8
·Ом-1
; ε'= 52,3; tgδ = 0,738.
Пример 2.
Композиционный материал на основе вторичного полиэтилена: Т = 20 °С; ν = 106
Гц;
отношение РК/ВПЭ = 3. Процедура измерения и вычисления далее, как в примере 1.
tgδ = 0,24.
Пример 3.
Композиционный материал на основе вторичного полиэтилена: Т = 20 °С; ν = 102
Гц;
отношение РК/ВПЭ = 1. Процедура измерения и вычисления далее, как в примере 1.
tgδ = 0,22.
Пример 4.
Композиционный материал на основе вторичного полиэтилена: Т = 20 °С; ν = 106
Гц;
отношение РК/ВПЭ = 1. Процедура измерения и вычисления далее, как в примере 1.
tgδ = 0,12.

4. BY 10334 U 2014.10.30
4
Пример 5.
Композиционный материал на основе вторичного полиэтилена: T = 20 °С; ν = 102
Гц;
отношение РК/ВПЭ = 0,33. Процедура измерения и вычисления далее, как в примере 1.
tgδ = 0,10.
Пример 6.
Композиционный материал на основе вторичного полиэтилена: T = 20 °С; ν = 106
Гц;
отношение РК/ВПЭ = 0,33. Процедура измерения и вычисления далее, как в примере 1.
tgδ = 0,040.
Вычисленная погрешность определения относительной диэлектрической проницаемо-
сти композиционного материала на основе вторичного полиэтилена составляет примерно
± 1,9 %.
Таким образом, использование заявляемого устройства позволяет существенно повы-
сить точность и расширить диапазон определения тангенса угла диэлектрических потерь
композиционного материала в интервале частот 102
-106
Гц, обеспечить однородное элек-
трическое поле в объеме композиционного материала, одинаковую силу прижатия и оди-
наковые условия прилегания электродов к поверхности материала.
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.