Универсальная электрическая постоянная. Относительная диэлектрическая проницаемость

05.09.2018

Диэлектрическая проницаемость диэлектри́ческая проница́емость

величина ε, показывающая, во сколько раз сила взаимодействия двух электрических зарядов в среде меньше, чем в вакууме. В изотропной среде ε связана с диэлектрической восприимчивостью χ соотношением: ε = 1 + 4π χ. Диэлектрическая проницаемость анизотропной среды - тензор. Диэлектрическая проницаемость зависит от частоты поля; в сильных электрических полях Диэлектрическая проницаемость начинает зависеть от напряжённости поля.

Благодаря этой модульной системе пользователи могут сэкономить средства на протяжении всего жизненного цикла продукта. Вместе с легкостью выбора устройства и его простой в использовании настройкой мастера разработчики особенно интересовались точностью измерения и надежностью датчиков.

Универсальный и очень надежный.

Пользователь просто выбирает подходящую версию устройства и необходимые компоненты для своей задачи. Интеллектуальная обработка сигналов автоматически определяет изменения условий работы и динамически их адаптирует. Это позволяет осуществлять надежное обнаружение переполнения и измерение уровня даже в очень сложных условиях. Встроенная память хранит измеренные значения, события и шаблоны ответов и идентифицирует всю важную информацию об условиях работы и состоянии датчика.

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ

ДИЭЛЕКТРИ́ЧЕСКАЯ ПРОНИЦА́ЕМОСТЬ, безразмерная величина e, показывающая, во сколько раз сила взаимодействия F между электрическими зарядами в данной среде меньше их силы взаимодействия F o в вакууме:
e =F о /F.
Диэлектрическая проницаемость показывает, во сколько раз поле ослабляется диэлектриком (см. ДИЭЛЕКТРИКИ) , количественно характеризуя свойство диэлектрика поляризоваться в электрическом поле.
Значение относительной диэлектрической проницаемости вещества, характеризующее степень его поляризуемости, определяется механизмами поляризации (см. ПОЛЯРИЗАЦИЯ) . Однако величина в большой мере зависит и от агрегатного состояния вещества, так как при переходах из одного состояния в другое существенно меняется плотность вещества, его вязкость и изотропность (см. ИЗОТРОПИЯ) .
Диэлектрическая проницаемость газов
Газообразные вещества характеризуются весьма малыми плотностями вследствие больших расстояний между молекулами. Благодаря этому поляризация всех газов незначительна и диэлектрическая проницаемость их близка к единице. Поляризация газа может быть чисто электронной или дипольной, если молекулы газа полярны, однако и в этом случае основное значение имеет электронная поляризация. Поляризация различных газов тем больше, чем больше радиус молекулы газа, и численно близка к квадрату коэффициента преломления для этого газа.
Зависимость газа от температуры и давления определяется числом молекул в единице объема газа, которое пропорционально давлению и обратно пропорционально абсолютной температуре.
У воздуха в нормальных условиях e =1,0006, а ее температурный коэффициент имеет значение около 2 . 10 -6 К -1 .
Диэлектрическая проницаемость жидких диэлектриков
Жидкие диэлектрики могут состоять из неполярных или полярных молекул. Значение e неполярных жидкостей определяется электронной поляризацией, поэтому оно невелико, близко к значению квадрата преломления света и обычно не превышает 2,5. Зависимость e неполярной жидкости от температуры связана с уменьшением числа молекул в единице объема, т. е. с уменьшением плотности, а ее температурный коэффициент близок к температурному коэффициенту объемного расширения жидкости, но отличается знаком.
Поляризация жидкостей, содержащих дипольные молекулы, определяется одновременно электронной и дипольно-релаксационной составляющими. Такие жидкости обладают тем большей диэлектрической проницаемостью, чем больше значение электрического момента диполей (см. ДИПОЛЬ) и чем больше число молекул в единице объема. Температурная зависимость в случае полярных жидкостей носит сложный характер.
Диэлектрическая проницаемость твердых диэлектриков
В твердых телах может принимать самые разные числовые значения в соответствии с разнообразием структурных особенностей твердого диэлектрика. В твердых диэлектриках возможны все виды поляризации.
Наименьшее значение e имеют твердые диэлектрики, состоящие из неполярных молекул и обладающие только электронной поляризацией .
Твердые диэлектрики, представляющие собой ионные кристаллы с плотной упаковкой частиц, обладают электронной и ионной поляризациями и имеют значения e, лежащие в широких пределах (e каменной соли - 6; e корунда - 10; e рутила - 110; e титаната кальция - 150).
e различных неорганических стекол, приближающихся по строению к аморфным диэлектрикам, лежит в сравнительно узких пределах от 4 до 20.
Полярные органические диэлектрики обладают в твердом состоянии дипольно-релаксационной поляризацией. e этих материалов в большой степени зависит от температуры и частоты приложенного напряжения, подчиняясь тем же закономерностям, что и у дипольных жидкостей.

Технические достижения и технологии производства предъявляют новые требования к промышленным измерениям. Быстрая настройка функций позволяет пользователю выполнить все необходимые настройки несколькими простыми шагами. Встроенная диагностика, быстрое обслуживание и быстрое обслуживание возможны, а самообучение для обработки сигналов обеспечивает стабильную работу без обслуживания.

Он обеспечивает безопасность и надежность измерений в производственных системах во всех отраслях. Этот бесконтактный датчик уровня радара подходит для непрерывного измерения уровня воды. Это радарный измеритель уровня более низкой ценовой категории, разработанный специально в области управления водными ресурсами. Но он также может использоваться во многих других задачах в самых разных отраслях.

Относительная диэлектрическая проницаемость

Относи́тельная диэлектри́ческая проница́емость среды ε - безразмерная физическая величина , характеризующая свойства изолирующей (диэлектрической) среды. Связана с эффектом поляризации диэлектриков под действием электрического поля (и с характеризующей этот эффект величиной диэлектрической восприимчивости среды). Величина ε показывает, во сколько раз сила взаимодействия двух электрических зарядов в среде меньше, чем в вакууме . Относительная диэлектрическая проницаемость воздуха и большинства других газов в нормальных условиях близка к единице (в силу их низкой плотности). Для большинства твёрдых или жидких диэлектриков относительная диэлектрическая проницаемость лежит в диапазоне от 2 до 8 (для статического поля). Диэлектрическая постоянная воды в статическом поле достаточно высока - около 80. Велики её значения для веществ с молекулами, обладающими большим электрическим диполем. Относительная диэлектрическая проницаемость сегнетоэлектриков составляет десятки и сотни тысяч.

Каковы преимущества измерителей уровня радиолокатора в водном секторе? На измерение не влияют температура, ветер, туман или дождь. Можно даже измерить среду с низким слоем пены, благодаря гораздо более высокой чувствительности по сравнению с ультразвуковыми датчиками. В частности, при измерении потока через открытые желобы уровень измерения уровня радара во много раз более точен, чем ультразвуковой датчик, поскольку активность ультразвукового датчика сильно влияет на температуру, а датчик, на котором освещается солнце, может достигать 20% ошибки.

Измерение

Относительная диэлектрическая проницаемость вещества ε r может быть определена путем сравнения ёмкости тестового конденсатора с данным диэлектриком (C x) и ёмкости того же конденсатора в вакууме (C o):

Практическое применение

Диэлектрическая проницаемость диэлектриков является одним из основных параметров при разработке электрических конденсаторов . Использование материалов с высокой диэлектрической проницаемостью позволяют существенно снизить физические размеры конденсаторов.

Этот блок оснащен шестью релейными выходами и обладает всеми необходимыми свойствами для управления насосом и измерения расхода. Он имеет встроенный счетчик для измерения общего количества отходов. Пользователь может отображать измеренное значение в единицах, которые ему подходят, а также может отображать общий объем защиты.

Этот набор является идеальным решением для большинства задач управления водными ресурсами. Измерение расхода основано на принципе распространения ультразвуковой волны через среду течения - оценивается разница во времени между передачей и приемом ультразвукового сигнала, изменением его частоты или фазового сдвига.

Ёмкость конденсаторов определяется:

где ε r - диэлектрическая проницаемость вещества между обкладками, ε о - электрическая постоянная , S - площадь обкладок конденсатора, d - расстояние между обкладками.

Параметр диэлектрической проницаемости учитывается при разработке печатных плат . Значение диэлектрической проницаемости вещества между слоями в сочетании с его толщиной влияет на величину естественной статической ёмкости слоев питания, а также существенно влияет на волновое сопротивление проводников на плате.

Нет необходимости разрушать стенку трубы и не нужно закрывать производственный процесс во время сборки. В точке измерения отсутствует потеря давления. Никакие части расходомера не соприкасаются с измеряемой средой. Ультразвуковой расходомер быстро реагирует на внезапные изменения потока, обеспечивая надежное и точное измерение даже в неблагоприятных условиях. Преимуществом является также аспект безопасности. В случае опасных устройств установка всех обычных контактных расходомеров должна быть официально утверждена.

Подземное хранение природного газа

Однако ультразвуковые расходомеры обычно не требуют этого. Подземное хранилище газа может быть создано в выхлопных коллекторах из природного газа, в пещерах из подземных солеобразований и т.д. каждое подземное хранилище газа имеет свои характеристики, определенные типом хранилища, но все сталкиваются с аналогичными проблемами: высокий динамический двунаправленный поток газа под высоким давлением, значительный содержание влаги в экстрагированном газе, которое должно быть высушено до достижения транспортной сети, необходимость предотвращения образования гидрата, частое снижение или повышение давления газа.

Зависимость от частоты

Следует отметить, что диэлектрическая проницаемость в значительной степени зависит от частоты электромагнитного поля. Это следует всегда учитывать, поскольку таблицы справочников обычно содержат данные для статического поля или малых частот вплоть до нескольких единиц кГц без указания данного факта. В то же время существуют и оптические методы получения относительной диэлектрической проницаемости по коэффициенту преломления при помощи эллипсометров и рефрактометров. Полученное оптическим методом (частота 10 14 Гц) значение будет значительно отличаться от данных в таблицах.

Измерение потока газа в устье скважины

В зависимости от типа хранилища при впрыске и извлечения газа может создаваться значительное давление. Традиционный способ измерения расхода газа через апертуру и разность давлений в этих условиях не является ни точным, ни надежным. Поскольку эти расходомеры ограничены регулируемостью, они обычно работают в так называемом каскадном способе для покрытия достаточно широкого диапазона расхода. Это приводит к большим потерям давления. Они также подвержены значительному износу. При низком давлении манометры могут быть пропитаны полученным гидратом или грязью.

Рассмотрим, например, случай воды. В случае статического поля (частота равна нулю), относительная диэлектрическая проницаемость при нормальных условиях приблизительно равна 80. Это имеет место вплоть до инфракрасных частот. Начиная примерно с 2 ГГц ε r начинает падать. В оптическом диапазоне ε r составляет приблизительно 1,8. Это вполне соответствует факту, что в оптическом диапазоне показатель преломления воды равен 1,33. В узком диапазоне частот, называемом оптическим, диэлектрическое поглощение падает до нуля, что собственно и обеспечивает человеку механизм зрения в земной атмосфере, насыщенной водяным паром. С дальнейшим ростом частоты свойства среды вновь меняются. О поведении относительной диэлектрической проницаемости воды в диапазоне частот от 0 до 10 12 (инфракрасная область) можно прочитать на (англ.)

Это приводит к чрезмерным затратам на обслуживание и необходимости частого отключения. Проще говоря, измерения снаружи трубопровода ясно показывают, что это гораздо более удобное решение для измерения расхода в этом случае. Поскольку расходомеры не вступают в непосредственный контакт с газом, протекающим внутри трубопровода, на них не влияет поток твердых веществ, влажность или высокая влажность. Кроме того, измерение неинвазивного расхода газа не вызывает потерь давления и, следовательно, не оказывает отрицательного влияния на энергоэффективность.

Примечания

См. также

Диэлектрическая проницаемость вакуума (электрическая константа)

Значения диэлектрической проницаемости для некоторых веществ

Вещество	Химическая формула	Условия измерения	Характерное значение ε r
Алюминий	Al	1 кГц	-1300 + 1,3·10 14 i
Серебро	Ag	1 кГц	-85 + 8·10 12 i
Вакуум	-	-	1
Воздух	-	Нормальные условия , 0,9 МГц	1,00058986 ± 0,00000050
Углекислый газ	CO 2	Нормальные условия	1,0009
Тефлон	-	-	2,1
Нейлон	-	-	3,2
Полиэтилен	[-СН 2 -СН 2 -] n	-	2,25
Полистирол	[-СН 2 -С(С 6 Н 5)Н-] n	-	2,4-2,7
Каучук	-	-	2,4
Битум	-	-	2,5-3,0
Сероуглерод	CS 2	-	2,6
Парафин	С 18 Н 38 − С 35 Н 72	-	2,0-3,0
Бумага	-	-	2,0-3,5
Электроактивные полимеры	−	−	2-12