Патент на полезную модель Республики Беларусь

1. (19) BY (11) 10340
(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 ОТНОШЕНИЯ НАПОЛНИТЕЛЯ К СВЯЗУЮЩЕМУ
(21) Номер заявки: u 20131003
(22) 2013.11.28
(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 отношения наполнителя к связующему, состоящее из двух
дисковых электродов, микрометрического устройства с встроенным микровинтом, соеди-
ненным с подвижным дисковым электродом, симметрично расположенным с неподвиж-
ным электродом, 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 9001 U, МПК G 01R 27/26, 2013.
Фиг. 1
BY10340U2014.10.30

2. BY 10340 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
отношения наполнителя к связующему в различных областях промышленности.
Известны устройства для контроля диэлектрических свойств материалов [1, 2], содержа-
щие высокопотенциальные электроды, переключаемый и низкопотенциальный электроды,
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 с 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 определения зави-
симости тангенса угла диэлектрических потерь композиционных материалов от отноше-
ния наполнителя к связующему. Погрешность, связанная с указанным фактором, никак не
учитывается и, таким образом, вносит существенный вклад в точность определения тан-
генса угла диэлектрических потерь композиционных материалов.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение точности и расширение
диапазона определения тангенса угла диэлектрических потерь композиционных материа-
лов за счет контроля отношения наполнителя к связующему в интервале от 3 до 0,33,
обеспечения однородного электрического поля в объеме композиционного материала в
диапазоне частот от 102
до 106
Гц, одинаковой силы прижатия и одинаковых условий при-
легания электродов к поверхности материала.
Поставленная задача решается тем, что устройство для определения зависимости танген-
са угла диэлектрических потерь композиционных материалов, состоящее из двух дисковых
электродов, микрометрического устройства с 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 удельного электрического сопротивления
композиционного материала за счет контроля частоты электрического поля в интервале
частот 102
-106
Гц, обеспечения однородного электрического поля в объеме композицион-
ного материала, одинаковой силы прижатия и одинаковых условий прилегания электродов
к поверхности материала.
Сущность полезной модели поясняется фиг. 1-2.
На фиг. 1 схематично изображено устройство для определения зависимости удельного
электрического сопротивления композиционных материалов от частоты электрического
поля.
На фиг. 2 приведен пример реализации устройства для определения зависимости
удельного электрического сопротивления композиционного материала на основе вторич-
ного полиэтилена от частоты электрического поля при различных отношениях резиновой

3. BY 10340 U 2014.10.30
3
крошки РК к вторичному полиэтилену ВПЭ: кривая 7 - РК/ВПЭ = 0,33, кривая 8 -
РК/ВПЭ = 1, кривая 9 - РК/ВПЭ = 3.
Устройство включает в себя микрометрическое устройство с 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 и 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.
Удельное электрическое сопротивление композиционного материала вычисляется по
формуле:
dG
S
x
=ρ , (1)
где ρ - удельное электрическое сопротивление композиционного материала, Ом·м; Gx -
электропроводимость композиционного материала, Ом-1
,
,
CC
C
21
'
2
'
1
0
ε−ε
−
= (2)
где C'1 и C'2 - измеренные емкости рабочего объема ячейки с двумя эталонными пласти-
нами соответственно; ε1 и ε2 - известные диэлектрические проницаемости двух эталонных
пластин соответственно.
Тангенс угла диэлектрических потерь композиционного материала вычисляется по
формуле:
,
C
G
tg
0
'
x
ωε
=δ (3)
где Gx - электропроводимость композиционного материала; ω = 2π·ν - круговая (цикличе-
ская) частота.
Примеры реализации устройства для определения тангенса угла диэлектрических по-
терь композиционных материалов 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 = 4,77·10-8
Ом-1
;
ε' = 52,3; tgδ = 0,733.
Пример 2.
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.
ε' = 3,96; tgδ = 0,022.
Пример 3.
Композиционный материал на основе вторичного полиэтилена: Т = 20 °С; ν = 103
Гц;
отношение РК/ВПЭ = 3. Процедура измерения и вычисления далее, как в примере 1.
ε' = 30,34; tgδ = 0,398.
Пример 4.
Композиционный материал на основе вторичного полиэтилена: T = 20 °С; ν = 103
Гц;
отношение РК/ВПЭ = 0,33. Процедура измерения и вычисления далее, как в примере 1.
ε' = 3,89; tgδ = 0,017.

4. BY 10340 U 2014.10.30
4
Пример 5.
Композиционный материал на основе вторичного полиэтилена: Т = 20 °С; ν = 104
Гц;
отношение РК/ВПЭ = 3. Процедура измерения и вычисления далее, как в примере 1.
ε' = 20,42; tgδ = 0,258.
Пример 6.
Композиционный материал на основе вторичного полиэтилена: T = 20 °С; ν = 104
Гц;
отношение РК/ВПЭ = 0,33. Процедура измерения и вычисления далее, как в примере 1.
ε' = 3,80; tgδ = 0,018.
Пример 7.
Композиционный материал на основе вторичного полиэтилена: T = 20 °С; ν = 106
Гц;
отношение РК/ВПЭ = 3. Процедура измерения и вычисления далее, как в примере 1.
ε' = 11,34; tgδ = 0,188.
Пример 8.
Композиционный материал на основе вторичного полиэтилена; Т = 20 °С; ν = 106
Гц;
отношение РК/ВПЭ = 0,33. Процедура измерения и вычисления далее, как в примере 1.
ε' = 3,53; tgδ = 0,033.
Вычисленная погрешность определения тангенса угла диэлектрических потерь компо-
зиционного материала на основе вторичного полиэтилена составляет примерно ±1,9 %.
Таким образом, использование заявляемого устройства позволяет существенно повы-
сит точность и расширить диапазон определения тангенса угла диэлектрических потерь
композиционного материала за счет контроля отношения наполнителя к связующему в
интервале от 3 до 0,33, обеспечения однородного электрического поля в объеме компози-
ционного материала в диапазоне частот 102
-106
Гц, одинаковой силы прижатия и одинако-
вых условий прилегания электродов к поверхности материала.
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.