Научная статья на тему 'Систематизація методів вимірювання діелектричної проникності'

Систематизація методів вимірювання діелектричної проникності Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
275
33
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
діелектрична проникність / методи / вимірювання / змінний струм / постійний струм / мостові методи / силові методи / dielectric permittivity / methods of measurement / AC / DC / bridge methods / power methods

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Р. М. Івах

Розглянуто актуальність дослідження діелектричних властивостей матеріалів, наведено основні галузі застосування діелькометрії, особливу увагу зосереджено на можливості використання діелькометричних методів у вологометрії. Систематизовано методи вимірювання діелектричної проникності з урахуванням роду струму. Коротко охарактеризовано основні групи методів, проаналізовано їхні переваги та недоліки, вказано можливі частоти змінного струму використання, а також значення похибок, які при цьому можна досягнути. На основі проведених теоретичних досліджень рекомендовано пріоритетні методи вимірювання діелектричної проникності для певного діапазону частот.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Systematization of the Methods of Measuring Dielectric Permittivity

The relevance of research of the dielectric properties of materials is considered. Some basic application areas of dielectrometry are described. Special attention is paid to the possibility of using methods in the sample, humidity measurement. The systematization of the methods of measuring the dielectric permittivity concerning the type of current is made. Some basic groups of methods are briefly described, their advantages and disadvantages are analysed. Possible frequency AC use and value of errors that can be reached are indicated. On the basis of theoretical research priority methods for measuring the dielectric permittivity for a given frequency band are recommended.

Текст научной работы на тему «Систематизація методів вимірювання діелектричної проникності»

Лiтература

1. Кац А.М. Автомобильные кузова / А.М. Кац. - М. : Изд-во "Транспорт", 1980. - 272 с.

2. Малышев Г. А. Ремонт автобусных кузовов / Г. А. Малышев, Л.С. Брейтерман. - М. : Изд-во "Автотрансиздат", 1983. - 235 с.

3. Малышев Г.А. Теория авторемонтного производства / Г.А. Малышев. - М. : Изд-во "Транспорт", 1977. - 224 с.

4. Дехтеринский Л.В. Статистические методы оценки состояния ремфонда / Л.В. Дехте-ринский, В.П. Крюков. - М. : Изд-во ЦБНТИ Минавтотранса РСФСР, 1989. - 107 с.

5. Фалалеев А.П. Науковi основи вщновлення властивостей пасивно! безпеки шд час ремонту кузов]в легкових автомобшв : автореф. дис. на здобуття наук. ступеня д-ра техн. наук: спец. 05.22.20 - "Експлуатацш та ремонт засоб]в транспорту" / А.П. Фалалеев. - К., 2013. - 36 с.

6. Гудз Г.С. Систематизация дефектов кузова спещальних автобуав / Г.С. Гудз, М.М. Борис, 1.Я. Захара // Науковi нотатки Луцького НТУ : зб. наук. праць. - Луцьк : Вид-во Луцького НТУ, 2014. - Вип. 46. - С. 117-120.

7. Дрогомирецька Х.Т. Теорк ймовiрностей та математична статистика : навч. посiбн. / Х.Т. Дро-гомирецька, О.М. Рибинська та ш. - Льв]в : Вид-во НУ "Льв]вська полiтехнiка", 2012. - 396 с.

ГудзГ. С., БорисМ.М, ЗахараИ.Я. Определение характерных частот продолжительности дефектирования кузовов специальных автобусов на основании вероятностной модели

Проанализированы возможные дефекты кузова специального автобуса на основании наблюдений за ними в производственных условиях. В результате обработки статистических данных рассчитана плотность распределения продолжительности пребывания кузова на участке, построена гистограмма эмпирического распределения продолжительности и определен его теоретический (нормальный) закон. Исследована согласованность между теоретическим и эмпирическим распределениями величин с помощью критерия Пирсона, что позволит минимизировать количество контролируемых параметров кузова.

Ключевые слова: кузов, специальный автобус, дефектирование, статистический и вероятностный анализ.

Gudz G.S., Borys M.M., Zakhara l.Ya. Characteristic Frequency of a Special Bus Body Flawing Duration Definition on the Basis of Probability Approach

Some possible defects of special bus body based on their observations in a production conditions were analysed. As a result of working with statistical data, the distribution density of body stay length at the station was calculated, the empirical length distribution histogram was built and its theoretical (normal) law was defined. The consistency between theoretical and empirical distributions of variables using Pearson criterion that will minimize the number of monitored body parameters is investigated.

Key words: body, special bus, flawing, statistical and probabilistic analysis.

УДК 621.317 Доц. Р.М. 1вах, канд. техн. наук - НУ "Л,heiecbm полтехшка "

СИСТЕМАТИЗАЦ1Я МЕТОД1В ВИМ1РЮВАННЯ Д1ЕЛЕКТРИЧНО1 ПРОНИКНОСТ1

Розглянуто актуальшсть дослщження дiелектричних властивостей матерiалiв, наведено основш галузi застосування дiелькометрil, особливу увагу зосереджено на можли-вост використання дiелькометричних метод]в у вологометрп. Систематизовано методи вишрювання дiелектричноl проникност з урахуванням роду струму. Коротко охарактеризовано основш групи метсдав, проаналiзовано !хш переваги та недолши, вказано мож-ливi частоти змшного струму використання, а також значення похибок, як при цьому можна досягнути. На основi проведених теоретичних дослщжень рекомендовано прюри-тетш методи вишрювання дiелектричноl проникност для певного дiапазону частот.

Нащональний лкотехшчний унiверситет Украши

Ключовi слова: дiелектрична проникнiсть, методи, вимiрювання, змшний струм, постiйний струм, мостовi методи, силов! методи.

Актуальшсть теми. Дослщження дiелектричних властивостей матерь алiв (рщких, твердих, сипких) е однieю з фундаментальних i складних проблем науки, що мае велике теоретичне та практичне значення, оскiльки точнi вимь рювання цих властивостей можуть забезпечити вчених та iнженерiв важливою шформащею, яка дасть змогу належним чином визначити передбачувану область застосування матерiалу для пiдвищення надiйностi конструкцш або для спостереження за процесом виробництва з метою покращення якосп.

Галузi застосування дiелькометрi'í досить рiзноманiтнi. Найчастiше дь електричнi методи використовують для вимiрювання вологостi рiзних хiмiчних сполук: мiнеральних, рослинних i тваринних жирiв; вологостi сшьськогоспо-дарських продукпв (трави, силосу, зерна, чаю, тютюну, м'яса, молока i хлiба то-що); дерева, пiску, глини, вугшля, гуми; вмiсту компонентiв рiзних гетероген-них систем, зокрема для визначення коефiцiента армування композитних мате-рiалiв. Важливою сферою використання дiелькометрií е анашз сумiшей газiв, виявлення неоднородности радiогеологiя, де дослiджують та анашзують неод-норiднiсть грунту; виявлення стороншх включень у матерiалах (наприклад цвя-хи у деревi i т. ш.) i безлiч подiбних застосувань.

Мета дослщження. Проанашзувати та дослщити усi наявнi методи вимь рювання дiелектричноí проникностi. Встановити частотнi дiапазони, якi е опти-мальними для конкретного методу.

Методика дослщження. Для визначення значення дiелектричноí про-никност використовують методи як на постшному струмi, так i на змшному в широкому дiапазонi частот (рис. 1) [2]:

Рис. 1. Класифтащя метоЫв вимЬрювання ЫелектричноХ проникностi

Методи вимiрювання дiелектричноí проникност на постшному струм можна подiлити на двi групи: класичний метод балiстичного гальванометра; си-ловi методи. Метод балютичного гальванометра на цей час застосовують дуже

рдао, зазвичай для речовин з малою проввднктю (iзоляторiв). Його можна зас-тосувати для вишрювання дiелектричноí проникностi речовин з невеликою провiднiстю (наприклад нашвпроввднитв), але при цьому використовують гро-мiздку вимiрювальну апаратуру.

Проте силовi методи вимiрювання даелектрично1 проникностi набули значного поширення через мождивiсть íх використання як на постiйному стру-мi, так i на змшному. Основною перевагою цих методiв е те, що вони можуть бути використаш для вимiрювань дiедектричноí проникносп рiдких речовин з порiвняно високою ироввдшстю - порядку 10"3-10"2 См- см-1 за будь-якого значения е, при цьому похибка вишрювання становить 0,5-10 % [3]. Ц методи можна також застосовувати для вимрювання дiедектричноí проникностi газiв.

Силовi методи вимiрювания можна подiдити на три групи [2]: метод елшсоща; метод едектромагнiтного едектрометра; метод електростатичного едектрометра. Серед наведених вище методiв найпоширенiшим е метод елшсо-1да. Цей метод використовують як на постшному, так i на змiнному струмi низько!' частоти. Зазвичай шд час вимiрювань провiдиих рiдин застосовують частоти у межах 2-10 кГц. Вимiрювання дiелектричноí проникностi можна здшснювати для добре провiдних рiдин (розчини арчано1, азотно1 кислот та содей) з максимальною похибкою до 5 % [8].

Метод електростатичного едектрометра базуеться на вишрювант сил, яю виникають в електростатичних полях. Для вимрювання використовують квадрантш едектрометри, пристро1 з неоднорiдиим електростатичним полем [1]. Найбшьшого поширення отримали методи вимiрювания дiелектричноí про-никносп на змiнному струмi. Це пов'язано з тим, що пiд час 1х використання можна отримати шформацда про структуру i властивостi матерiалу. Вони да-ють змогу визначати дiелектричну проникнiсть рiдин i розчишв електролiтiв зi значною електропровiднiстю, i нарештi, обдаднання, яке використовуеться, е компактним та зручним.

Методи вишрювання дiелектричноí проникностi на змшному струмi по-дiляють на [2]:

• на низькочастотт (НЧ) - з дiапазоном частот вщ 50 Гц до 20 кГц:

• високочастотш (ВЧ) - з дiапазоном частот вiд 104 до 108 Гц;

• надвисокочастотт (НВЧ) - вiд 108 до 1011 Гц.

До низькочастотних метод1в належать двi групи методiв: силовi та мос-товi. Останнi найпоширенiшi i використовуються, як правило, для вишрювання дiелектричноí проникностi непровiдних або погано проввдних речовин, з похибкою менше ±1 % [4].

Мостовi методи за принципом роботи можна подшити на дда групи:

I група - нерезонансш або простi мости рiзного типу (зрiвноваженi, незрiвно-

важенi), як1 використовують за низьких частот (не бшьше 104 Гц):

II група - резонансш мости, умова рiвноваги яких залежать вiд частоти, i зас-тосовуються за частот до 106 Гц для речовин з питомою електропровiднiс-тю 10-4 Смсм-1. Резонансш мости, зазвичай, мають вищу чутливкть порiв-няно з нерезонансними мостами. Крiм цього, мостовi методи вимiрювання дають змогу пiд час вимiрювання вiддiлити активну та реактивну складовi повного опору.

Нащональний лкотехшчний унiверситет Укра'ни

До високочастотних методiв, окрiм мостових, якi розглянуто вище, вщ-носять резонанснi методи з використанням активних (ЬС) або пасивних (ЯС) коливальних контурiв. Щ методи досить поширенi, тому що вимiрювання мож-на проводити як аналоговими, так частотними методами за частот до 108 Гц [5].

Методи надвисоко'' частоти (НВЧ) застосовують головним чином для вимiрювання дiелектричноí проникностi добре провщних розчинiв електролтв. На цей час широко використовують, незважаючи на порiвняно з шшими методами складну апаратури. Щ методи можна подтити на двi групи:

• методи з коакаальною лшею, якi використовуються у дiапазош частот вiд 108 до 1011 Гц ;

• методи з об'емним резонансним контуром, якi застосовуються в дiапазонi частот 109-1011 Гц.

У першому випадку дослщжуваний зразок помщаеться в коаксiальну ль нш або хвилевiд, в якому створюеться стояча або бiжуча хвиля, в другому випадку застосовують цилшдричний об'емний резонансний контур, всередиш якого знаходиться дослiджуваний розчин, який виконуе роль навантаження цього контуру. З використанням НВЧ-методiв можна вимiрювати дiелектричну проникнiсть розчинш, що мають провщшсть до 1 Смсм-1 з точнютю до ±1 % [7].

Недолком методiв НВЧ е потреба витримувати точнi розмiри коливальних контурiв, оскiльки вони визначають точнють розмiрiв дослiджуваного зраз-ка, потреба високо' стабiльностi роботи НВЧ-генератора.

Висновки. Всебiчне дослiдження рiзноманiтних дiелектричних речовин дало змогу зробити висновок, що для виявлення 'х структури та складу необхщ-но здiйснювати вимiрювання дiелектричноí проникностi у широкому дiапазонi частот (вiд 0 до 1013 Гц). Такий широкий частотний дiапазон не можна охопити единим методом вимiрювання. У кожному пiддiапазонi частот юнуе свiй прь оритетний метод (рис. 2).

о ю2 ю4 ю6 ю8 ю10 ю12 ю14

Рис. 2. Прюритетт методи вимiрювання Ыелектричног npoHUKHOcmi для певного diana-зону частот

Лггература

1. Эме Ф. Диэлектрические измерения для количественного анализа и для определения химической структуры : пер. с нем. Б.Н. Штиллера / под ред. канд. техн. наук ИИ. Заславского. -М. : Изд-во "Химия", 1967. - 236 с.

2. Лопатин Б. А. Теоретические основы электрохимических методов анализа : учебн. пособ. [для студ. ВУЗов] / Б. А. Лопатин. - М. : Изд-во "Высш. шк.", 1975. - 295 с.

3. Основы измерения диэлектрических свойств материалов. Заметки по применению // Agilent Technologies.

4. Rohde & Schwarz. Measurement of Material Dielectric Properties : Application Note.

5. Venkatesh M.S. An overview of dielectric properties measuring techniques / M.S. Venkatesh and G.S.V. Raghavan // Canadian Biosystems Engineering. - 2005. - Vol. 47. - Pp. 7.15-7.30.

6. Бугров А.В. Высокочастотные емкостные преобразователи и приборы контроля качества / А.В. Бугров. - М. : Изд-во "Машиностроение", 1982. - 94 с.

7. Берлинер М.А. Измерения влажности / М.А. Берлинер. - Изд. 2-ое, [перераб. и доп.]. -М. : Изд-во "Энергия", 1973. - 400 с.

8. Алейников А.Ф. Датчики (перспективные направления развития) : учебн. пособ. / А.Ф. Алейников, В.А. Гридчин, М.П. Цапенко; под ред. М.П. Цапенко. - Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2001. - 176 с.

Ивах Р.М. Систематизация методов измерения диэлектрической проницаемости

Рассмотрена актуальность исследования диэлектрических свойств материалов, приведены основные области применения диэлькометрии, особое внимание сосредоточено на возможности использования диэлькометрических методов во влагометрии. Проведена систематизация методов измерения диэлектрической проницаемости с учетом рода тока. Кратко охарактеризованы основные группы методов, проанализированы их преимущества и недостатки, указаны возможные частоты переменного тока использования, а также значения погрешностей, которые при этом можно достичь. На основе проведенных теоретических исследований рекомендовано приоритетные методы измерения диэлектрической проницаемости для определенного диапазона частот.

Ключевые слова: диэлектрическая проницаемость, методы, измерение переменного тока, постоянный ток, мостовые методы, методы.

Ivakh R.M. Systematization of the Methods of Measuring Dielectric Permittivity

The relevance of research of the dielectric properties of materials is considered. Some basic application areas of dielectrometry are described. Special attention is paid to the possibility of using methods in the sample, humidity measurement. The systematization of the methods of measuring the dielectric permittivity concerning the type of current is made. Some basic groups of methods are briefly described, their advantages and disadvantages are analysed. Possible frequency AC use and value of errors that can be reached are indicated. On the basis of theoretical research priority methods for measuring the dielectric permittivity for a given frequency band are recommended.

Key words: dielectric permittivity, methods of measurement, AC, DC, bridge methods, power methods.

УДК697:696.628.8 Доц. М.А. Кириченко, канд. техн. наук; доц. Н.В. Чепурна, канд. техн. наук; доц. С.В. Барановська, канд. техн. наук -Кшвський НУ будiвництва та архтектури

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬШ ДОСЛ1ДЖЕННЯ РОЗПОД1ЛУ ШВИДКОСТ1 ПОВ1ТРЯНОГО ПОТОКУ В М1ЖРЯДНОМУ ПРОСТОР1 ТРУБНИХ ПУЧК1В I РОЗПОД1ЛУ ТЕМПЕРАТУР НА ПОВЕРХН1 НАГРШАЛЬНИХ ЕЛЕМЕНТ1В

Наведено результати експериментальних дослщжень розподшу швидкост пови-ряного потоку в мiжрядному npocTopi трубних пучюв i температур на поверхнях нагрь вальних елеменпв. Результати експерименпв засвщчили, що осьовi вентилятори фор-мують неpiвномipний повггряний потш перед на^вальним трубним пучком. Ця почат-кова неpiвномipнiсть пов^яного потоку в трубному пучку поширюеться як по перерь зу пучка, так i по його глибиш. Неpiвномipний пов^яний потш ютошо впливае на температуру поверхш на^вальних елементш. Розподш температури на поверхш нагрь вальних елеменпв залежить вiд швидкостi пов^яного потоку.

Цi експерименти дають змогу оптишзувати компоновку розташування нагршаль-них елементiв у вентиляцшно-опалювальних агрегатах.

Ключовi слова: трубний пучок, швидкiсть, температура, пов^яний потiк, пови-ряний на^вач, вентилятор.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.