Анализ диэлектрических свойств образцов нефти различных месторождений
Курсовой проект - Геодезия и Геология
Другие курсовые по предмету Геодезия и Геология
?сякий измерительный конденсатор характеризуется некоторым числом констант, абсолютная величина которых, их зависимость от частоты и внешних условий определяют пригодность того или иного конденсатора для измерительных целей. На рис. 1 изображена эквивалентная схема измерительного конденсатора, в который введен исследуемый образец диэлектрика с потерями. Диэлектрические потери в этой схеме заменены эквивалентным сопротивлением , что может быть сделано с достаточной точностью при не слишком высокой частоте и малых потерях. Ёмкости зависят от конструкции и геометрических размеров конденсатора и являются характеризующими его константами.
Ёмкость называется обычно активной или рабочей емкостью измерительного конденсатора, в то время как емкости и являются, в общем случае, паразитными.
Емкость обусловлена полями рассеяния, т. е. краевыми полями конденсатора и емкостью между подводящими проводами, а емкость конденсатора учитывает емкости зазоров между образцом диэлектрика и обкладками конденсатора, которые могут быть предусмотрены специально для предотвращения непосредственного контакта образца с обкладками. Индуктивность представляет собой самоиндукцию проводов, при помощи которых конденсатор подключается в измерительную схему. Емкости являются константами конденсатора только в том случае, если их величина не меняется при помещении в конденсатор исследуемого диэлектрика. Это условие, однако, выполняется далеко не всегда, что является источником довольно серьезных экспериментальных ошибок при измерении диэлектрической проницаемости и потерь.
Причиной изменения является изменение распределения электрических полей и зарядов на обкладках конденсатора при введении в него исследуемого образца.
Простейшим измерительным конденсатором является плоский дисковый конденсатор с диаметром обкладок, значительно превышающим расстояние между ними (рис. 2,а). Если обкладки конденсатора плотно прижаты к образцу, то можно считать емкость . Эквивалентная схема такого конденсатора изображена на рис. 2,б, где паразитная емкость обусловлена наличием краевых полей. При помещении в конденсатор исследуемого образца емкости и , вообще говоря, изменяются, однако влияние этого изменения при может быть сделано весьма малым, что и осуществляется у конденсатора с малым расстоянием между пластинами по сравнению с диаметром его обкладок. Указанный путь уменьшения влияния паразитной емкости не всегда, однако, возможен, так как при уменьшении расстояния между пластинами и увеличении их диаметра емкость конденсатора сильно увеличивается. Это может привести к нежелательно большому изменению регистрируемых величин при введении образца в конденсатор. Оценка поправки к емкости плоского конденсатора, вносимой краевыми полями, показывает, что истинная емкость конденсатора (с площадью пластин ) оказывается больше емкости, рассчитанной по формуле
(3)
Это обстоятельство отчетливо видно из рис. 3, где кривая 1 соответствует емкости, вычисленной по формуле (3), а кривая 2 - истинной емкости конденсатора, состоящего из двух прямоугольных пластин шириной а, при расстоянии между пластинами (на один сантиметр длины). Вычисление поправки на краевой эффект (на один сантиметр длины пластины) для конденсатора с прямоугольными пластинами шириной может быть произведено по формуле:
(4)
Или, в случае круглых пластин по формуле:
(5)
Где радиус обкладок, толщина обкладок и расстояние между ними.
Тщательные измерения (4) показали, что изменение паразитной емкости при внесении образца диэлектрика весьма незначительно при не очень высоких значениях проницаемости (?<20) и при толщинах образца порядка 1-6 мм. При больших значениях проницаемости изменение емкости может внести трудно учитываемые погрешности в измерения. Существенное уменьшение изменения емкости за счет перераспределения полей дают измерительные конденсаторы, у которых исследуемый образец размещается в центральной его части (рис. 4). Рассматривая плоский конденсатор с пластинами бесконечного радиуса (5), можно показать, что внесение диэлектрика (без потерь) в виде плоской шайбы радиуса не искажает электрическое поле.
При конструировании измерительного конденсатора диаметр обкладок следует делать значительно большим диаметра центральной части, предназначенной для помещения образца диэлектрика.
На рис. 5 изображены измерительные конденсаторы для твердых и жидких образцов. В случае жидкостей между обкладками конденсатора должно быть вклеено изоляционное кольцо с внутренним радиусом, равным изготовленное из подходящего, материала.
Емкость выделенной центральной части конденсатора (т. е. его рабочая емкость) может быть определена из формулы плоского конденсатора
(7)
исходя из геометрических размеров твердого образца или размеров используемого кольца. Паразитная же емкость включающая всю емкость конденсатора (в том числе и емкость кольца) за вычетом его рабочей емкости , определяется или при помощи приведенных выше формул, или путем измерений, которые на современных мостовых схемах могут быть осуществлены с точностью порядка 0,01 -0,02%.
Точность формулы (7) при достаточной малости по сравнению с радиусом обкладки конденсатора может быть сколь угодно высокой. Так, например, при электрическое поле внутри области, ограниченной окружностью