Імпульсний спосіб визначення сталої часу поляризації діелектрика

Реферат: UA 83765 U UA 83765 U 5 10 15 20 25 30 Корисна модель належить до матеріалознавства, і може бути застосованою для вивчення електрофізичного процесу у діелектриках - поляризації матеріалу, якісного та кількісного визначення окремих складових у композитних матеріалах та сумішах, а також для оцінки інтенсивності зв'язку на молекулярному рівні окремих компонентів, наприклад, води та целюлози в деревині [1]. В діелектриках внаслідок перерозподілу зв'язаних зарядів під дією зовнішнього електричного поля відбувається поляризація матеріалу [2, 3]. Процес поляризації має декілька механізмів, але інтенсивність поляризації кожного з них зменшується за експонентою з моменту встановлення постійного за величиною зовнішнього електричного поля [2]. Стала часу експоненти має свій діапазон значень для кожного механізму поляризації. Але у кожній речовині за рівних умов сталі часу та відносний вклад кожного механізму у загальну поляризацію мають різні значення. За стандартом [4, 5] властивості діелектрика визначаються двома показниками: діелектричною проникністю та тангенсом кута діелектричних втрат, які визначаються за допомогою монохроматичного сигналу для кожної частоти дослідження. Можливо характеризувати діелектрик іншими показниками, наприклад, значеннями дійсної та уявної частини діелектричної проникності. Відомий спосіб визначення сталої часу поляризації матеріалу, за яким на зразок накладають зовнішнє електричне поле, що змінюється в часі за гармонійним законом, та вимірюють струм, що проходить через зразок, і його фазу, розраховують тангенс кута діелектричних втрат у речовині на множині частот, заданого діапазону, знаходять частоту максимального значення тангенсу кута діелектричних втрат, а за значення сталої часу приймають період цієї частоти [2, 3]. Сталі часу поляризації займають дуже широкий діапазон, і тому серед них виділяють миттєві та сповільнені механізми поляризації, саме останні і досліджуються описаним способом. Недоліком відомого способу є великі витрати часу та праці, а також невисока точність отриманого опосередкованими методами результату. Для усунення вказаних недоліків пропонується спосіб, за яким на зразок накладають зовнішнє електричне поле, величину якого змінюють стрибком від одного сталого значення до іншого, отримують миттєві значення струму поляризації у визначені моменти часу, а сталу часу поляризації визначають як сталу часу експоненціальної функції за відношенням її значень у різні моменти часу і відомого проміжку між цими моментами. За відношенням двох значень, розділених у часі відомим проміжком, можна визначити сталу часу експоненти з наступних рівнянь: i1t1 I * e  t1/ T   e  t1 t 2  / T  k  eln k , (1) i2 t 2 I * e  t 2 / T 35 40 45 50 55 t2  t1  t , (2) ln k ln k де i1t1 - значення струму поляризації у момент часу t1; i2 t2 - значення струму поляризації у момент часу t 2 ; T  t1  t2  t2  t1 - проміжок часу, що розділяє значення струму i1t1 та i2 t2 T - значення сталої часу експоненти; k - відношення значень струму поляризації у моменти часу t1та t 2 , k  i1t1 / i2 t2 ; t  t2  t1 - проміжок часу, між значеннями струму i1t1 та i2 t2 ; e - основа натуральних логарифмів ( e  2,71828 ... ). На Фіг. 1 та 2 показані для прикладу осцилограми двох струмів вповільненої поляризації деревини з різними сталими часу. На Фіг. 2 пунктирними лініями позначені моменти часу, в яких миттєві значення струму відрізняються у e раз, часовий проміжок між лініями відповідає сталій часу поляризації; T  t , (3) де - T - значення сталої часу експоненти; t  t2  t1 - проміжок часу, між значеннями струму i1t1 та i2 t2 . На практиці не завжди можна виділити ділянку експоненціального струму поляризації довжиною, рівною сталій часу. Шуми та перешкоди, як видно з осцилограм на Фіг. 1 та 2, накладають свої обмеження і спонукають використовувати для вужчого діапазону струму поляризації рівняння (2). Для зменшення впливу завад на результат та збільшення точності визначення сталої часу у реальних умовах дослідження можна додатково застосувати операції фільтрації, усереднення, апроксимації тощо, як це показано тонкою лінією на Фіг. 2. 1 UA 83765 U 5 10 Джерела інформації: 1. УДК 634.0.812. Физические основы взаимодействия древесины с водой / Колосовская Е.А., Лоскутов С.Р., Чудинов Б.С. - Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1989. - 216 с. 2. Богородицкий Н.П., Пасынков В.В. Материалы радиоэлектронной техники. - М.: ВШ. 1969. 3. Електротехнічні матеріали. Конспект лекцій. Херсонський національний технічний університет. Кафедра енергетики та електротехніки. Херсон - 2009 р. Укладач: ст. викладач Дон Н.Л. 4. ГОСТ Р 8.623-2006. Относительная диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь твердых диэлектриков 5. ГОСТ 22372-77. Материалы диэлектрические. Методы определения диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь в диапазоне частот от 100 до 5 × 10 в ст. 6 Гц. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 Імпульсній спосіб визначення сталої часу поляризації діелектрика, за яким на зразок накладають зовнішнє електричне поле, що змінюється в часі, та вимірюють струм, що проходить через зразок, який відрізняється тим, що величину електричного поля змінюють стрибком від одного сталого значення до іншого, отримують миттєві значення струму поляризації, а сталу часу поляризації визначають, як сталу часу експоненціальної функції за відношенням її значень у різні моменти часу і відомого проміжку між цими моментами. Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2