Технічні науки / 6. Електротехніка і радіоелектроніка

К.т.н. Куцевол М. О.

Вінницький національний аграрний університет, Україна

Поляризаційні ефекти та діелектричні втрати в зерні

Існуючі нині електронні засоби контролю вологості зерна мають значні похибки, які, зазвичай, значно перевищують задекларовані значення, а інколи результати контролю призводять до неоднозначних результатів. Це пояснюється нестабільністю діелектричних втрат в зерні, які залежать не тільки від кліматичних умов при вирощуванні пшениці, але й від особливостей хімічного складу конкретного сорту.

Еквівалентний аналог зерна пшениці [1,2] зображено на рис.1. Дослідження поляризації зерна як діелектричного матеріалу із втратами проводиться в первинному перетворювачі, еквівалентна схема якого зображена на рис.2.

Рис.1. Спрощена еквівалентна Рис.2. Еквівалентна схема

схема діелектричного матеріалу первинного перетворювача

Векторна діаграма струмів і напруг в еквівалентній схемі рис.2 зображена на рис.3.

Відомо [3], що струм втрат складається із струму провідності та поляризаційного струму . Графік зміни струму втрат від дії на діелектрик постійного електричного поля зображений на рис.4 [4,5].

Рис.3. Векторна діаграма струмів і напруг в еквівалентній схемі первинного перетворювача із дослідним зерном

З рис.4 видно, що струм можна легко знайти, якщо вимірювати струм втрат в діелектрику в момент часу від початку дії постійної напруги на діелектрик. Еквівалентна схема первинного перетворювача для цього моменту часу зображена на рис.5.

Рис.4. Графік зміни струму втрат Рис.5. Еквівалентна схема ПП

від часу в процесі із діелектричним матеріалом

поляризації діелектрика на постійному струмі

Користуючись рис.3 знаходимо:

(1)

Користуючись рис.4 і 5, знаходимо:

(2)

Одержані величини дозволяють знайти дійсну і уявну складові струму та тангенс кута діелектричних втрат досліджуваного зразка зерна як діелектричного матеріалу:

(3)

Відомо [3,6,7,8], що діелектрична проникність матеріалу – величина комплексна

.

Для знаходження складових комплексної діелектричної проникності скористаємось діаграмою рис.3.

Рис.6. Векторна діаграма діелектричного матеріалу

Із діаграми рис.6:

(4)

Виходячи з того, що

(5)

знаходиться

(6)

а дійсна складова комплексної діелектричної проникності знаходиться за виразом

(7)

Скориставшись тим, що тангенс кута діелектричних втрат пов’язаний із складовими комплексної діелектричної проникності залежністю [6,9]

,

знаходимо її уявну складову:

(8)

Висновок

Таким чином, проведений аналіз із використанням інформативних параметрів вимірювального перетворювача на постійному та змінному струмі дозволяє знайти аналітичні вирази складових комплексної діелектричної проникності, а також тангенса кута діелектричних втрат.

Література:

1. Куцевол О. М. Синтез електричної моделі зерна пшениці сорту “Колос Миронівщини” / О. М. Куцевол, М. О. Куцевол // Science and civilization – 2015: Materials of XI international reseach and practice conference, 30.01-07.02.2015.: тези доп. – Sheffield, 2015. – Vol.25. –С.26-32.

2. Куцевол О. М. Синтез еквівалентної моделі зерна пшениці / О. М. Куцевол, М. О. Куцевол // Strategiczne pytania światowej nauki – 2015: Materialy XI miedzynarodowej noukowi-praktycznej konferencji. Przemysl 07-15 lutego 2015 roku. –Vol.19 –Przemysl: Nauka i studia, 2015. – C.67-73.

3. Бугров А. В. Высокочастотные емкостные преобразователи и приборы контроля качества / Бугров А. В. – М. : Машиностроение, 1982. – 94 с.

4. Куцевол О. М. Дослідження поляризаційних ефектів і діелектричних втрат у зерні / О. М. Куцевол, М. О. Куцевол, В. Ю. Кучерук // Вимірювальна техніка та метрологія: Міжвідомчий науково-технічний збірник. – Львів: Вид-во Львіської політехніки, 2012. – Вип. 73. – С.150-152.

5. Куцевол О. М. Дослідження діелектричних параметрів зерна пшениці в діапазоні частот / О. М. Куцевол, М. О. Куцевол // Vĕdа a technologie: krok do budoucnosti – 2015: XI Mezinarodni vedecko-prakticka konference, 27.02-05.03.2015 r. : тези доповіді. – Praha : Publ. House “Education and Science”, 2015. – Dil. 17. – С. 3-8.

6. Берлинер М. А. Измерения влажности / М. А. Берлинер. – М. : Энергия, 1973. – 400 с.

7. Федоткин И. М. Физико-технические основы влагометрии в пищевой промышленности / И. М. Федоткин, В. П. Клочков. – К : Техніка, 1974. – 320 с.

8. Секанов Ю. П. Автоматизация и приборное оснащение технологических процесов в растениеводстве / Ю. П. Секанов, Л. П. Тамиров. – М. : Агрономиздат, 1986. – 284 с.

9. Куцевол Н. А. Методы и средства измерения влажности хлебобулочных изделий : дис. кандидата техн. наук : 05.11.13 / Куцевол Николай Александрович. – Винница, 1991. – 168 с.