21.04.2023 1

Měření dielektrických parametrů ztrátových materiálů

Ladislav Oppl

České vysoké učení technické v Praze

Fakulta elektrotechnická

Katedra elektromagnetického pole

21.04.2023 2

Úvod

Znalost dielektrických parametrů materiálů je důležitá v mnoha aplikacích:

Návrh různých zařízení, v němž hraje roli permitivita materiálu

Modelování dějů v různých materiálech – např. teplotní profil při ohřevu

21.04.2023 3

Komplexní permitivita

0

'0

'''00

jj rrrr

Ztrátový činitel

'

''

tgr

r

21.04.2023 4

Komplexní permitivita

Závisí na: kmitočtu teplotě tlaku - zanedbatelně intenzitě elektrického pole - zanedbatelně

21.04.2023 5

log

tg

tg

Kmitočtová závislost reálné a imaginární části permitivity a ztrátového činitele

21.04.2023 6

Metody měření dielektrických parametrů látek

Rezonanční metody měření vlastností dielektrik

Metody měření na přenosovém vedení Měření vlastností dielektrik ve volném

prostoru

21.04.2023 7

Odrazná metoda na otevřeném konci koaxiálního vedení

řídící počítač + generátor

sixport

měřenývzorek

koaxiálnívedení

data

signálgenerátoru

sonda měřicí

21.04.2023 8

Základní princip této měřicí metody:

závislost komplexního činitele odrazu otevřeného konce koaxiálního vedení na dielektrických vlastnostech materiálu, který je k tomuto konci přiložen.

Stanovení komplexní permitivity měřeného materiálu:

na základě znalosti vztahu mezi touto permitivitou a změřeným činitelem odrazu.

Matematický popis:

pomocí vhodného náhradního obvodu otevřeného konce koaxiálního vedení.

21.04.2023 9

Základní vlastnosti měřicí metody:

jedna z metod měření na vedení

širokopásmová měřicí metoda

relativně malé požadavky na tvar, rozměry a uspořádání vzorku

možnost měření dielektrických parametrů biologické tkáně „in vivo“

21.04.2023 10

Požadavky kladené na měřený materiál:

dosažení velmi dobrého kontaktu mezi měřeným vzorkem a přiloženou měřicí sondou

je zapotřebí takového objemu měřeného materiálu, aby jej bylo možné považovat z hlediska šíření elektromagnetických vln za nekonečně rozlehlý.

21.04.2023 11

Pracoviště pro měření komplexní permitivity

21.04.2023 12

21.04.2023 13

Souprava se skládá z následujících komponent:

sixportový měřič odrazů nebo vektorový analyzátor obvodů

řídící počítač typu PC

generátor (může být integrován na kartě v počítači)

měřicí sonda (senzor)

První 3 položky jsou komerčně dostupné, měřicí sondu je třeba navrhnout a zrealizovat pro konkrétní aplikaci.

21.04.2023 14

Požadavky kladené na měřicí senzor:

dokonale rovinná apertura senzoru

mechanická a chemická stabilita senzoru

možnost měření pevných látek i kapalin

taková tloušťka vnějšího vodiče koaxiálního senzoru, aby jej bylo možné považovat z hlediska šíření elektromagnetických vln za nekonečně rozlehlou rovinu

charakteristická impedance senzoru 50

připojovací konektor senzoru typu N-konektor

21.04.2023 15

21.04.2023 16

Závěr

Jako nejvýhodnější metoda pro měření dielektrických parametrů ztrátových materiálů větších objemů je tzv. odrazná metoda na otevřeném konci koaxiálního vedení.

Mj. umožňuje dosažení velmi dobré přesnosti měření komplexní permitivity biologické tkáně “in vivo”.

21.04.2023 17

Děkuji za pozornost.