Měření dielektrických parametrů ztrátových materiálů

1. Měření dielektrických parametrů ztrátových materiálů Ladislav Oppl České vysoké učení technické v Praze Fakulta elektrotechnická Katedra elektromagnetického pole

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

3. Komplexní permitivita Ztrátový činitel

4. Komplexní permitivita Závisí na: • kmitočtu • teplotě • tlaku - zanedbatelně • intenzitě elektrického pole - zanedbatelně

5. Kmitočtová závislost reálné a imaginární části permitivity a ztrátového činitele e e tg d e tg d e log w

6. Metody měření dielektrických parametrů látek • Rezonanční metody měření vlastností dielektrik • Metody měření na přenosovém vedení • Měření vlastností dielektrik ve volném prostoru

7. Odrazná metoda na otevřeném konci koaxiálního vedení

8. Základní princip této měřicí metody: závislost komplexníhočinitele 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.

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“

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.

11. Pracoviště pro měření komplexní permitivity

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.

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 W • připojovací konektor senzoru typu N-konektor

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”.

17. Děkuji za pozornost.