Спосіб вимірювання електропровідності речовини

Спосіб вимірювання електропровідності речовини, ВІДПОВІДНО якому включають речовину в розрив провідникового контуру електромагнітної системи, що містить магнетик, індуктивно зв'язаний з провідником, і джерело є р с, перетворюють струм в провідниковому контурі в магнітне поле магнетика, перетворюють потік магнітного поля магнетика в потік електричного поля провідникового контуру, перетворюють електричне поле провідникового контуру в тепло і енергію поглинання, модулюють провідністю речовини величину потоку електромагнітного поля і зсув фаз між є р с і струмом в провідниковому контурі, перетворюють кут фазового зсуву в часовий інтервал, часовий інтервал квантують, по КІЛЬКОСТІ квантів оцінюють провідність речовини, який відрізняється тим, що вибирають частоту джерела є р с такою, при якій потужність потоку магнітного поля магнетика дорівнює потужності електричного поля провідникового контуру, формують потоки магнітних і електричних полів магнетика і провідникового контуру таким чином, що перший подовжній потік магнітного вихрового поля діє на електрони магнетика і поляризує їх, подовжній потік електричного вихрового поля діє на електрони провідника і поляризує їх, нормальний потік вихрового електричного поля магнетика формують суперпозицією вихрового електричного поля поляризованих електронів магнетика, які здійснюють обертальний рух відносно протонів, нормальний потік електричного вихрового поля магнетика діє на електрони провідника і поляризує їх суперпозицією вихрового електричного поля поляризованих електронів провідника, які здійснюють зворотний рух відносно протонів, формують нормальний потік електричного поля провідника, електричне потенціальне поле протонів діє на електричне потенціальне поле поляризованих електронів провідника суперпозицією вихрового електричного поля поляризованих електронів провідника, які здійснюють зворотний обертальний рух, що відстає від обертального руху електронів магнетика на чверть періоду зовнішньої є р с , формують другий подовжній потік вихрового електричного поля суперпозицією вихрового електричного поля поляризованих електронів провідника, які здійснюють обертальний рух, формують нормальний потік вихрового магнітного поля провідника, нормальний потік магнітного вихрового поля провідника діє на електрони магнетика, поляризуючи їх суперпозицією вихрового магнітного поля поляризованих електронів магнетика, які здійснюють обертальний рух відносно протонів, формують нормальний потік вихрового магнітного поля магнетика, електричне потенціальне поле протонів діє на електричне потенціальне поле поляризованих електронів магнетика, подовжній потік вихрового магнітного поля магнетика формують суперпозицією вихрового електричного поля поляризованих електронів магнетика, які здійснюють зворотний обертальний рух, що відстає від обертального руху електронів провідника на чверть періоду зовнішньої є р с і на половину періоду від обертального руху електронів магнетика, спричиняє дію першого подовжнього потоку магнітного вихрового поля, другий подовжній потік магнітного вихрового поля магнетика віднімається від першого і спричиняє явище інтерференції потоків суперпозицією в магнетику, перетворюють реактивну енергію, накопичену в кожнім періоді дії зовнішньої є р с в магнетику в провіднику, в тепло і внутрішню енергію провідника, досягають максимального поглинання енергії магнітного вихрового поля, модулюють речовиною величину вихрового електричного поля в провіднику, перетворюють модуляцію величини вихрового поля провідника в різницю фаз між є р с зовнішнього джерела і струмом в провіднику, уточнюють частоту зовнішнього джерела е р с , при якій другий магнітний потік магнетика компенсує перший, забезпечують максимальну величину магнітної реактивної енергії магнетика О со (О ю 56320 Спосіб, що заявляється, відноситься до вимірювальної техніки, а точніше, до техніки вимірювання фізичних величин і може використовуватись для вимірювання і контроля фізичних величин в реальному часі зміни параметрів природних і технологічних процесів, що відбуваються в середовищах і об'єктах ФІЗИЧНІ властивості речовини в твердому, рідинному або газовому станах на думку філософів і фізиків спричинені взаємодією її структурних форм атомних ядер, електронів, атомів і молекул Але філософи і фізики розходяться в визначенні суті взаємодії Філософи матеріалістичного напрямку наполягають на множині видів взаємодії Виходячи з результатів досліджень в експериментальній атомній і ядерній фізиці, стало можливим множину видів взаємодії обмежити лише силовою взаємодією В фізиці постулюється 4 види сил гравітаційні, електромагнітні та ядерні, останні ділять на сили сильної взаємодії та слабкої Вважається, що між елементарними частинками взаємодія здійснюється специфічними носіямиквантами у вигляді фотонів, ті- мезонів, глюонів Взаємодія макрооб'єктів регламентується феноменологічними законами фізики Другим по значенню результатом атомної і ядерної фізики стало встановлення спектру, а точніше діапазону величин маси в земних умовах (Dm-1056), діапазону величин сил (DF-Ю 4 5 ), діапазону частоти електромагнітних коливань (Df-Ю24), діапазону електричної провідності речовин (Ds-Ю24) Приведені значення діапазонів фізичних величин речовини КІЛЬКІСНО характеризують множину фізичних властивостей, які мають технічне застосування Технічне використання властивостей речовини не можливе без їх вимірювання Але вимірювання теж є взаємодія речовини з вимірювальними засобами Отже постає питання вибору ефективного способу вимірювання як процесу виконання дій, а точніше вибору сил взаємодії Оптимальним вирішенням проблеми вибору сил взаємодії було б створення адекватної теорії частинок, тому що вона встановлює тільки одну силу взаємодії як першопричину всіх властивостей речовини, явищ і процесів До цього часу фізикам бракувало вивчення фундаментальних явищ у вигляді ПОСЛІДОВНОСТІ ДІЙ, які можливо було б екстраполювати на властивості елементарних частинок Однак було відомо, що такі явища пов'язані з механізмом виконання закону збереження енергії Причина того, що шлях до теорії елементарних частинок пролягає через явища, а не через структурні форми матерії, добре відома Вивчення структурних форм і явищ відбувається через вимірювання їх властивостей Але КІЛЬКІСТЬ властивостей структурних форм по порядку величини оцінюється діапазонами фізичних величин, а це декілька десятків порядків в степені В той же час досвід розвитку природо знавства показує що КІЛЬКІСТЬ властивостей, якими характеризуються явища і процеси взаємодії, всього декілька десятків Зрозуміло, що справа вивчення безконечностей властивостей форм матерії абсолютно безнадійна навіть при повній автоматизації роботи і при повній зайнятості науковців і інженерів В 1994 р авторами заявки на спосіб вимірювання електропровідності опубліковані [1] результати дослідження явища резонансного поглинання енергії магнітного поля, яке виявлено в такій структурній формі речовини як електромагнітна система, що складається з магнетика і провідника, який охоплює магнетик В цій структурі досліджувались процеси перетворення енергії потенціального гармонічного електричного поля, яке поступає від стороннього джерела, підключеного до провідника електромагнітної системи Енергія стороннього джерела перетворюється в енергію магнітного поля магнетика, що було відомо Новим є механізм перетворення енергії магнітного поля магнетика в реактивну енергію електричного поля провідника, а також механізм перетворень останньої в активну енергію потенціального поля провідника і цієї енергії в теплову Існування таких перетворень не заперечувалось, але були не ВІДОМІ ДІЇ, ЯКІ спричиняють ці перетворення Встановлено механізм взаємного перетворення теплової енергії у внутрішню енергію атомних ядер провідника Існування такого процесу було невідомим Однією з ознак явища є те, що на частоті резонансного поглинання види енергії, що утворюють ланцюг перетворень, мають однакову потужність Друге фізичне явище також проявляється при роботі електромагнітної системи магнетикпровідник в режимі енергетичного резонансу - це явище резонансної інтерференції [2] Аналогом цього явища є відоме явище надпровідності Але на відміну від явища надпровідності резонансна інтерференція характеризується зникненням не активного, а реактивного опору при наявності змінного струму в електричному ланцюгу Явища електромагнітної взаємодії речовини провідника і магнетика покладені в основу теорії елементарних частинок Одержані закони теорії елементарних частинок використані для обґрунтування відкритих фізичних явищ, які використовуються для створення нової ПОСЛІДОВНОСТІ дій способу, що заявляється Електропровідність є інтегральною характеристикою речовини, яка зв'язана з процесами передачі електричного потенціального поля, процесами перетворення електричної енергії в тепло, процесами перетворення опромінювання в тепло та процесами деформації речовини Електропровідність вимірюється опором або питомою провідністю Вона належить до фізичних величин, які характеризуються найбільшим діапазоном значень від 2-10 17Сим/м для плавленого кварцу до 56320 квантування такої фізичної величини як інтервал часу, заданий фазами електричного гармонічного сигналу, може використовуватись найбільш точно і надійно з використанням, наприклад, кварцевого резонатора Суттєвою ознакою техніки вимірювання інтервалів часу є використання тільки двійкових вирішуючих елементів - компараторів напруги Тому способи вимірювання, які не пов'язані з використанням амплітуди аналогових сигналів і аналого-цифрових перетворювачів, називають прямими цифровими способами вимірювання Способи прямого цифрового вимірювання електропровідності речовини ВІДОМІ Для перетворення опору як оберненої величини електропровідності в інтервал часу, що задається різницею фаз низькочастотного сигналу, використовують процес накопичення енергії магнітного поля в магнетику і процес її перетворення в тепло в провіднику, що Однією З ознак способу вимірювання електроіндуктивно зв'язаний з магнетиком Енергія магнітпровідності речовини є чутливість, яка обумовлює ного поля утворюється в магнетику в результаті точність і динамічний діапазони вимірювання фіперетворення активної електричної енергії джерезичних величин, функціонально пов'язаних з елекла є р с в реактивну енергію магнітного поля в тропровідністю Існуючі способи вимірювання елеелектромагнітній системі магнетик-провідник ктропровідності речовини відзначаються низькою (рис 1) Фазовий зсув cps між напругою U m і струмом чутливістю, яка характерна для аналогових спосоl m залежить від величини опору вимірювального бів вимірювання До аналогових способів вимірюрезистора Rs, що включається в провідниковий вання відноситься мостовий метод вимірювання контур послідовно з внутрішнім опором індуктивелектропровідності, який оснований на принципі ності R_ і складає загальний опір R=R|_+Rs Цей | перебору номіналів опору резисторів [3] Крок песпосіб-аналог / 5,6 / характеризується такою ПОребору при цьому дорівнює порогу чутливості AR, СЛІДОВНІСТЮ ДІЙ, які спричиняють пряме цифрове а максимальне число переборів nR=Rm/AAR визнавимірювання опору речовини чає динамічний діапазон вимірювання Мостовий метод крім низької чутливості характеризується - включають речовину, опір якої вимірюють, в значним часом вимірювання, яке визначається розрив провідникового контуру електромагнітної часом підсилення сигналу на виході мостової схесистеми магнетики-провідник і джерела є р с , ми і часом аналогового квантування TbFteRm/AR, - перетворюють струм в магнітне поле магнеде Ты загальний час вимірювання провідності, teтика, час вимірювання одного кванту Незважаючи на - перетворюють індуктивний струм в тепло і використання методів прискореного перебору, енергію поглинання провідника, величина TBR залишається значною, що обмежує - фіксують фазовий зсув між напругою U 4m Оі використання методу в засобах автоматичного струмом 1 4 т 0 і перетворюють кут фазового зсуконтролю фізичних величин ву в часовий інтервал, - часовий інтервал квантують , Недоліки способу врівноваження відсутні в - по КІЛЬКОСТІ квантів оцінюють електричну методах прямого вимірювання електричної провіпровідність речовини дності, до них відноситься індукційний спосіб вимірювання провідності матеріалів Цей метод викоТаким чином, цей метод фазового вимірюванристовує ефект зменшення індуктивності котушки, ня електричної провідності полягає в перетворенні збуджуючої змінним струмом, при наближенні до опору R в кут фазового зсуву cps між є р с неї струмопровідного матеріалу, і зменшенні при e=Emsin(cot+cp), де ф - фазовий зсув відносно початцьому амплітуди сигналу [4] Але цим методом не ку відліку напруги (t=0), і струмом в провідниковоможна вимірювати провідність магнітних струмопму контурі i=lmsin(oot+(pi), Отже фз=фгф Фазове ровідних матеріалів, тому що збільшення магнітноперетворення го опору кола веде до росту індуктивності, до проq*=f(R) (1) тилежного ефекту в порівнянні з ростом характеризується крутизною перетворення електричної провідності S^^/dR (2) Суттєвою ознакою аналогових способів є пеГармонічний процес описується з використанретворення вимірювальної величини в аналоговий ням кутової частоти сигнал у вигляді напруги або струму з наступним oo=dcp/dt (3) квантуванням його амплітуди Низька чутливість одержимо формулу чутПрирівнюючи dф=c аналогових способів є наслідком того, що в прироливості опору від часу ді відсутні стабільні величини напруги, струму, _ dR _ с о сили, які можуть служити мірою для квантування (4) Rt аналогового сигналу " ~dt~ " " V Коли інтервал часу квантують з дискретністю Обмеження аналогових способів не стосується оборотних процесів, до яких відносяться електроAt, то прирівнюючи At=dt, одержимо квантову чутмагнітні і електромеханічні коливання в таких ливість опору структурах як атоми, молекули, кристали Тому 5,8-10 Сим/м для МІДІ Від способу вимірювання провідності залежить точність вимірювання температури, швидкості потоків рідини та газів, потужності електричної енергії, випромінювання та деформації, тобто найбільш вагомих енергетичних параметрів Для сучасного стану техніки характерне масове використання енергонасичених машин, а також зростання числа відмов їх нормального функціонування БІЛЬШІСТЬ таких відмов має катастрофічний характер з відчутними в глобальному масштабі соціальними наслідками Причина такого стану сучасної техніки полягає в низькому рівні контроля енергетичних параметрів енергонасичених об'єктів Наприклад, в теплоенергетиці не використовуються прилади для вимірювання різниці температури, тобто аналог вольтметра, без якого неможливе функціонування електроенергетики 8 56320 AR = -At >p