2.3.5 Определение ԑ', ԑ" и γ методом «тонкого стержня»

Для материалов с меньшей проводимостью пригоден метод «тонкого стержня» в соответствии с рисунком 17.

Метод «тонкого стержня» сводится к определению в прямоугольном волноводе эквива­лентной нормированной проводимости цилиндрического стержня из исследуемого электро­проводного полимерного материала или резины. Стержень помещается в центре широкой стенки волновода параллельно вектору напряженности электрического поля волны, распро­страняющейся в волноводе.

Поскольку исследуемый образец обладает комплексной диэлектрической проницаемо­стью, значения Ԑ' и Ԑ", зависящие от параметров волноводной линии, размеров образца и экспериментально измеренных активной G и реактивной В составляющих проводимости, рассчитывают по формулам:

Ԑ' = 1 + [2( ²+0,5] (25)

Ԑ" = [2( ²+0,5] (26)

U = 2 (27)

Σ = ₂ - ), (28)

где λ_В — длина волны в волноводе, м; α — размер широкой стенки волновода, м;

d — диаметр стержня, м.

1 – волновод; 2 – поршень; 3 – зонд; 4 – исследуемый образец

Рисунок 17 - Схема для измерения электрофизических параметров электропроводных полимерных материалов и резин методом «тонкого стержня»

Активную G и реактивную В составляющие проводимости полимерной композиции изме­ряют с помощью короткозамыкающего поршня при фиксированном положении индикаторного зонда, установленного на расстоянии l = 0,25 λ_В (2R + 1) от стержня.

Реактивную составляющую проводимости определяют по сдвигу поршня ΔХ (см. рис. 4) при измерении минимума волноводной линии без образца и с образцом:

В = tg —ΔX. (29)

Величину активной составляющей проводимости рассчитывают по формуле

G = , (30)

Где Jmax и Jmin— сила тока, измеренная соответственно в максимуме и минимуме волноводной линии с образцом при квадратичной характеристике детектора.

2.3.6 Магнитная восприимчивость (метод магнитных весов)

Магнитную восприимчивость χ измеряют методом маятниковых весов в соответствии с рисунком 18.

Метод основан на измерении механической силы, которая действует на образец, помещен­ный в неоднородное магнитное поле. Эта сила в направлении оси x равна:

F_x = M∙dH/dx, (31)

где М — магнитный момент образца; Н — напряженность магнитного поля.

Магнитный момент образца прямо пропорционален его магнитной восприимчивости х.

М= т∙χ∙Н, (32)

где m — масса образца.

Установка позволяет проводить исследования в интервале температур от 77 до 1800 К. Чувствительность установки позволяет измерять восприимчивость до 1∙10^-7 при массе образца 30-50 мг. Магнитную восприимчивость измеряют нулевым методом. Для этого используют метод механической компенсации в гравитационном поле. При этом методе кварцевый стер­жень 2 с образцом 1 возвращается в первоначальное положение при помощи каретки с микро­метрическим винтом 5 с точностью до 0,01 мм. Для регистрации нулевого положения служит оптическая система, состоящая из источника света 7, зеркала 3 и экрана 8.

1 — образец; 2 — легкий кварцевый стержень; 3 — зеркало; 4 — тонкие шелковые нити; 5 — под­вижная каретка с микровинтом; 6 — электромагнит; 7 — источник света; 8 — экран

Рисунок 18 - Схема маятниковых весов с компенсацией в гравитационном поле

Для градуировки установки в качестве эталона использовали образец гольмия массой 1,8 мг и магнитной восприимчивостью (70-200)∙10^-6. Исследуемые и эталонный образцы помещали в одну и ту же область поля с заданным значением HdH/dx с помощью каретки 5. Напряжен­ность магнитного поля, создаваемая электромагнитом 6 в этой области, была равна 596,8 кА/м (7,5кЭ). Магнитную восприимчивость исследуемого образца χ рассчитывали по формуле:

χ=χ₀ m₀/m [(d - d_t)/(d₀ - d_t)], (33)

где χ₀ — магнитная восприимчивость эталонного образца; т₀ и т — массы эталонного и ис­следуемого образцов; d₀, d, d_t — величины смещения точки подвеса эталонного, исследуемого образцов, кварцевого стержня без образца.