Прибор для определения диэлектрической проницаемости материалов. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Измерительная техника

 Комментарии к статье

Прибор может быть полезным в радиолюбительской практике при оценке диэлектрической проницаемости образцов пластмасс, керамики, других изоляционных материалов, а также специалистам и коллекционерам при идентификации и систематизации образцов минералов. При разнообразии конструкций емкостного датчика можно существенно расширить возможности устройства.

Прибор предназначен для определения диэлектрической проницаемости пластмасс, минералов и керамики и идентификации их по этому параметру. Идея создания прибора и разработка датчика принадлежат канд. хим. наук Г. Г. Петржику. Устройство может найти применение у радиолюбителей и специалистов, занимающихся сбором, коллекционированием и обработкой минералов. Принцип определения диэлектрической проницаемости основан на увеличении емкости датчика при плотном соприкосновении его поверхности со шлифованной поверхностью диэлектрика (минерала) и соответствующем увеличении коэффициента передачи высокочастотного сигнала в измерительной цепи с этим емкостным датчиком.

На рис. 1 показана электрическая схема прибора.

Рис. 1 (нажмите для увеличения)

На транзисторе VT1, катушке индуктивности L2, конденсаторах С1-С3 и резисторах R1- R3 собран генератор гармонических колебаний с частотой около 2,5 МГц. С выхода генератора сигнал поступает на один электрод гребенчатой структуры емкостного датчика В1. С другого подобного электрода наводимый через емкость датчика сигнал поступает на детектор, выполненный на диоде VD1 и интегрирующей RC-цепи R10C9. Этот детектор отличается относительно низким входным сопротивлением и поэтому мало подвержен ВЧ наводкам и помехам. Минимизации наводок от сети на датчик служит и дроссель L3, представляющий для низких частот малое сопротивление. Выпрямленное напряжение на входе аналого-цифрового преобразователя почти пропорционально диэлектрической проницаемости подложки датчика и расположенного на датчике образца материала. АЦП с 3,5-разрядным цифровым ЖК индикатором (HG1) выполняет роль милливольтметра. Инвертор на транзисторе VT2 создает сигнал, необходимый для высвечивания точки между вторым и третьим знаками индикатора. Максимальное значение диэлектрической проницаемости, показываемое индикатором, равно 19,99.

Питание прибора - автономное от батареи "Корунд" или аккумуляторной батареи на напряжение 9 В (например, "Ника", 7Д-0125Д).

На рис. 2 представлен эскиз конструкции измерителя диэлектрической проницаемости с емкостным датчиком, который расположен снаружи пластмассового корпуса с размерами 80x70x35 мм, использованного автором от антенного усилителя (ТАУ-1). Второй вариант конструкции отличается от показанного на рис. 2 тем, что датчик расположен со стороны, противоположной индикатору. В этом случае прибор оказывается удобно накладывать на крупный массив идентифицируемого минерала сверху.

Рис. 2

Внутри корпуса прибора расположены батарея питания и печатная плата с остальными элементами устройства - с одной стороны платы, и ЖК индикатор - с другой. Для индикатора и датчика в корпусе вырезаны прямоугольные отверстия соответствующих размеров. Отверстия для регулировки подстроечных резисторов должны быть доступны и расположены так, чтобы при калибровке не мешать расположению образца на поверхности датчика и наблюдению за показаниями.

Пластина емкостного датчика В1 выполнена из односторонне фольгированного стеклотекстолита с вытравленными или вырезанными из металлизации обкладками с шириной проводников и зазоров между ними 0,8...1 мм при ширине "гребенок" 8...10 мм. Датчик прикреплен к корпусу потайными винтами М2,5 на изоляционных втулках высотой 8...10 мм. Возможны и другие варианты крепления датчика. Внутри корпуса между датчиком и электронным блоком на расстоянии не ближе 10 мм нужно поместить электрический экран из бронзовой или медной фольги для уменьшения влияния рук на показания при калибровке и измерении. Провода, соединяющие датчик с устройством, и головки винтов не должны выступать над гребенками. Наложенный на датчик образец исследуемого материала должен закрывать всю поверхность "гребенки".

Колебательный контур генератора выполнен на основе дросселя ДПМ-0,1 (L2) и конденсаторов С2, С3. Катушка связи L1 имеет 20 витков провода ПЭЛШО 0,15, намотанного поверх катушки дросселя. Такой же дроссель использован в качестве индуктивности L3.

Конденсаторы С1-С3, С7, С9, С11, С12 - слюдяные, керамические термостабильных групп ТКЕ (т. е. кроме Н10-Н90) или пленочные группы К73; С5, С8 - тоже керамические.

Вместо диода Д9Е можно использовать другой германиевый - например, Д18, ГД503А.

Перед началом измерений прибор необходимо откалибровать, для чего, включив питание, с помощью подстроенных резисторов R4, R7, выведенных в отверстия в корпусе для регулировки под шлиц, добиваются показаний индикатора, соответствующих относительной диэлектрической проницаемости воздуха еr = 1 и образца материала с известным значением параметра еr. Напряжение постоянного тока на выходе детектора должно быть в пределах, достаточных для установки подстроечным резистором R4 показаний индикатора в трех разрядах - 1,00. Затем, приложив плотно к датчику гладкую (шлифованную) поверхность образца материала с известной диэлектрической проницаемостью, имеющей небольшой разброс (например, гетинакс - его еr = 5), посредством подстроечного резистора R7 выставить показания ЖК индикатора в соответствии со значением диэлектрической проницаемости выбранного калибровочного материала. Повторяя калибровку подстройкой резистора R4, добиваются уточнения показаний, соответствующих значениям диэлектрической проницаемости воздуха и используемого образца. Поверхности идентифицируемых материалов, имеющие площадь касания меньше размеров датчика, должны быть одинаковыми по толщине и площади с образцом, используемым для калибровки. В иных условиях и задачах датчик может иметь другую конструкцию, обусловленную формой, размерами и физическим состоянием образцов.

В качестве материалов калибровочного образца можно также рекомендовать полистирол, оргстекло, мрамор (в таблице указаны значения относительной диэлектрической проницаемости твердых диэлектрических материалов, используемых, в частности, в радиотехнике и электронике). Для указанных размеров емкостного датчика толщина исследуемого диэлектрика должна быть не менее 5 мм, иначе реальное значение параметра окажется заниженным.

Прибором фактически проводят относительные измерения, сравнивая диэлектрические свойства известного диэлектрика и образца исследуемого материала. Чем ближе они по значению оцениваемого параметра, тем меньше погрешность в измерении параметра; близкие размеры и просушка образцов также способствуют повышению точности показаний.

Автор: Л.Компаненко, г.Москва

Смотрите другие статьи раздела Измерительная техника.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Дети, растущие рядом с природой, обретают крепкие кости 02.03.2026

Влияние окружающей среды на здоровье человека становится все более очевидным, особенно в детском возрасте. Новое исследование, опубликованное в журнале JAMA Network Open, показывает, что близость к природе напрямую связана с крепостью костей у детей. Ученые установили, что у детей, чьи дома окружены природными территориями в радиусе 1000 метров на 25% больше обычного, риск развития крайне низкой плотности костей снижается на 65%. Для проведения исследования были проанализированы данные более 300 детей, проживающих в городских, пригородных и сельских районах Фландрии в Бельгии. Плотность костной ткани у детей в возрасте от четырех до шести лет оценивалась с помощью ультразвуковых методов. Такой подход позволил безопасно и точно измерить состояние костей на ранних этапах формирования скелета. При анализе учитывались ключевые факторы, влияющие на рост и развитие детей: возраст, вес, рост, этническая принадлежность и уровень образования матери. На основании этих параметров исследоват ...>>

Самовосстанавливающаяся инфраструктура будущего 02.03.2026

Современные мосты и бетонные конструкции по всему миру сталкиваются с проблемой устаревания и износа. Многие сооружения, построенные до 1980-х годов, постепенно теряют свою несущую способность, что требует дорогого ремонта или полной замены. Недавние разработки ученых из Швейцарских федеральных лабораторий материаловедения и технологий (Empa) предлагают инновационное решение - систему укрепления бетонных конструкций с помощью "умной стали", способной самостоятельно устранять трещины и повреждения. В основе новой технологии лежит арматура из сплава на основе железа с эффектом памяти формы (Fe-SMA). Этот материал обладает уникальным свойством: при нагревании до 190-200 °C стержни стремятся вернуться к своей первоначальной конфигурации. В бетонной конструкции это создает внутреннее напряжение, которое затягивает трещины и выравнивает деформированные элементы, существенно повышая прочность и долговечность сооружений. Актуальность разработки объясняется критическим состоянием инфрастр ...>>

Поцелуи полезны для здоровья 01.03.2026

Вопрос о том, как социальные связи и близость с партнером отражаются на здоровье человека, привлекает внимание не только психологов, но и специалистов в области микробиологии. Новое исследование показывает, что совместное проживание с любимым человеком может оказывать значительное влияние на микробиом кишечника и общее самочувствие. Доктор Наоми Миддлтон, клинический психологи и эксперт по здоровью кишечника, объяснила, что все аспекты совместной жизни - поцелуи, совместное питание, физическая близость и даже просто пребывание рядом - тесно связаны с поддержанием сбалансированной кишечной микрофлоры. Она подчеркивает, что здоровье экосистемы кишечника во многом определяется социальными взаимодействиями и повседневной близостью с другими людьми. По словам Миддлтон, длительное совместное пребывание с партнером может способствовать увеличению микробного разнообразия в кишечнике, а также снижать воспалительные процессы, связанные со стрессом. Такой эффект обусловлен тем, что микробио ...>>

Случайная новость из Архива Развитие цивилизации изменил астероид 14.09.2013 Исследование, проведенное учеными из Дартмутского колледжа, установило связь меду глобальными изменениями климата и падением астероида в Канаде. Падение астероида или кометы, которое произошло 12900 лет назад, вызвало резкие изменения климата. Эти изменения привели к вымиранию множества крупных млекопитающих, а людям, видимо, именно в это время пришлось перейти от охоты к собирательству и выращиванию продовольствия. Падение астероида произошло около 13 тыс. лет назад, в начале периода позднего дриаса. Исследования показывают, что в этот период на планете наблюдалось резкое похолодание: климат стал суше и холоднее, что отразилось на судьбе животного мира и человеческой цивилизации. Так, в Северной Америке исчезли все крупные животные, в том числе мастодонты, верблюды, гигантские ленивцы и саблезубые тигры. В результате племена охотников, известные археологам как люди культуры Кловис, отложили в сторону свои тяжелые копья и начали собирать ягоды, коренья, ловить мелкую дичь. Подобные изменения образа жизни могли стать переходом к новому этапу развития нашей цивилизации. До сих пор считалось, что похолодание в период позднего дриаса было вызвано разрывом в североамериканском ледниковом щите, который выпустил в Атлантический океан огромное количество пресной воды. Это вызвало блокаду течений, которые несли теплые воды на север, в итоге климат планеты резко поменялся. Однако, американские ученые обнаружили убедительные доказательства того, что причиной похолодания было падения астероида или кометы. Свидетельством этого является наличие в геологическом слое позднего дриаса затвердевших капель расплавленных пород, которые образовались в результате падения неизвестного небесного тела. Непонятно, какой именно астероид или комета могли вызвать данный катаклизм. Ученые полагают, что это может быть астероид, который оставил 4-километровый кратер Corossal, расположенный в Квебеке. Похожие застывшие капли муллита и алмазного шпата найдены в Пенсильвании, Нью-Джерси и других регионах планеты. Но до сих пор эти минералы не удавалось связать с конкретным кратером. Возможно, именно небесно тело, упавшее в Канаде, дало нашей цивилизации толчок к развитию в новом направлении.

Другие интересные новости:

▪ Эмбрионы в камне

▪ Водоблок EK-Vector RX 5700 + XT

▪ На обратной стороне Луны начал работать радиотелескоп

▪ Найдено оптимальное расстояние между рядками картофеля

▪ Изучение истории появления клопов в Британии

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Цветомузыкальные установки. Подборка статей

▪ статья Дядя Сэм. Крылатое выражение

▪ статья Растет ли площадь морской поверхности? Подробный ответ

▪ статья Обслуживание колодцев систем водоснабжения и водоотведения. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Малогабаритная трехэлементная антенна. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Универсальный цифровой фильтр. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026