---

Рисунок J.3 - Конфигурация установки для проверки диэлектрических параметров на основе линии типа ТЕМ [60]

     J.5.2 Процедура измерения

    

     a) Настраивают и калибруют анализатор сети.

    

     b) Регистрируют амплитуду и фазу  пустой камеры на нужных частотах.

    

     c) Вводят образцовую жидкость в камеру и повторяют измерение коэффициента передачи с образцом .

    

     d) Удаляют образцовую жидкость из линии ТЕМ, тщательно промывают ее изнутри водой и вытирают насухо.

    

     e) Снова подсоединяют коаксиальную линию к анализатору сети. Убеждаются в том, что амплитуда и фаза  не изменились (отклонение амплитуды должно быть менее 0,1 дБ, а фазы - 0,5°). Данный шаг выполняют только при измерении параметров нескольких образцов.

    

     f) Рассчитывают комплексную диэлектрическую проницаемость образцовой жидкости с использованием значений амплитуды и фазы , решив следующие уравнения:

    

;

    

;

    

,

    

где  - коэффициент отражения на любом конце линии ТЕМ;

    

       - волновое число в жидкости;

    

       - волновое число в свободном пространстве;

    

       - длина держателя образца (линии ТЕМ);

    

       - частота;

    

       - скорость света в свободном пространстве;

    

       - комплексная относительная диэлектрическая проницаемость образца.

    

     J.6 Диэлектрические свойства образцовых жидкостей

    

     Процедуры, описанные в разделе J.2, содержат рекомендацию проводить проверку системы с использованием образцовых жидкостей с устойчивыми диэлектрическими свойствами. При этом требуется две образцовые жидкости: одна для градуировки, а другая - для проверки правильности градуировки. Ниже приведено общее уравнение, позволяющее рассчитывать зависящие от частоты диэлектрические свойства:

    

.

    

     Это соответствует дебаевскому уравнению для 0 и 1, уравнению Коула и Коула для 1 и 01 и отношению Коула-Дэвидсона для 0 и 01 [20], для которых:

    

       - статическая проницаемость или проницаемость на низкой частоте;

    

       - асимптотическая проницаемость или проницаемость на высокой частоте;

    

       - время релаксации;

    

       - ионная проводимость.

    

     Параметры для расчета свойств нескольких образцовых жидкостей с помощью данного уравнения представлены в таблице J.1. Такими жидкостями являются: диметилсульфоксид, метанол, этанол и деионизированная вода. Для жидкостей, перечисленных в таблице J.1, параметры  и  - имеют нулевые значения. Опорные параметры получены с помощью разных методов испытания, описанных в литературе. В целом результаты, полученные в двухпортовых камерах, образованных замкнутой линией передачи, принято считать наиболее точными, но вместе с тем все результаты, представленные в таблице J.1, независимо от их источника, относительно хорошо согласуются. Таблица J.2 содержит контрольные значения относительной диэлектрической проницаемости и проводимости для температуры 20°С. При использовании других образцовых жидкостей в протокол испытания должны быть включены установленные для них контрольные значения и ссылки на соответствующую техническую документацию.

    

     Рекомендуется выбирать в качестве образцовых жидкости, сходные по своим диэлектрическим свойствам с тканеэквивалентными жидкостями. При приготовлении любых образцовых жидкостей необходимо строго следовать рецептуре, а диэлектрические свойства этих жидкостей измерять при указанной температуре. Во избежание загрязнения воздуха и испарения нельзя оставлять смеси открытыми. Чистота образцовых жидкостей должна быть высокой, т.е. соответствовать аналитическому или более высокому уровню. Открытые сосуды с реагентами хранятся в соответствии с рекомендациями изготовителя в течение установленного им срока хранения.

    

     Примечание - Все сотрудники должны знать и выполнять правила, предписанные для каждой конкретной жидкости "Сборником правил техники безопасности при работе с материалами" (Material Safety Data Sheet [MSDS]).

    

    

Таблица J.1 - Параметры для расчета диэлектрических свойств различных образцовых жидкостей

     

    

    

Таблица J.2 - Диэлектрические свойства образцовых жидкостей при 20 °С

     

    

    

     J.7 Оценка неопределенности измерений диэлектрических свойств образцовых жидкостей

    

     Процедуры измерения, описанные в настоящем приложении, предусматривают оценку диэлектрических свойств с использованием векторных анализаторов цепей. Анализаторы цепей требуют градуировки, позволяющей учитывать и вычитать из результата измерения неустранимые потери и отражения. Оценка неопределенности измерения диэлектрических параметров формируется из неточностей данных градуировки, ухода параметров анализатора и случайных ошибок. Другими источниками неопределенности измерений являются поправки на свойства держателя образца, отклонения его размеров от оптимальных для конкретных частот и свойства образцов. Они имеют место независимо от типа держателя образцов и характера разброса измеряемых параметров. Неопределенность измерения, вводимая подбором прямой линии при использовании измерительной линии, может быть оценена посредством анализа методом наименьших квадратов [59].

    

     Пример шаблона неопределенности измерений приведен в таблице J.3. Перечисленные в нем влияющие величины могут быть или не быть применимыми к конкретной испытательной установке или процедуре; в некоторых испытательных конфигурациях могут потребоваться компоненты, не включенные в этот шаблон. Таблица J.3 содержит также примеры числовых значений. Реальные значения неопределенности измерений, зависящие от особенностей конкретных испытательных установок, могут и должны отличаться от указанных значений. Неопределенности измерений диэлектрических свойств оценивают измерением параметров образцовых жидкостей, имеющих четкие характеристики в соответствии с [10], [26], [39], [47]. Измерение проводят в следующем порядке:

    

     a) Настраивают и градуируют анализатор цепей для просмотра достаточно большой полосы частот относительно интересующей центральной частоты, например ±100 МГц относительно частоты 835 МГц для пяти или более частот диапазона частот передачи устройства.

    

     b) Измеряют параметры образцового материала не менее чем  раз, чтобы рассчитать среднее значение и стандартное отклонение относительной диэлектрической проницаемости и проводимости для каждой центральной частоты и соседних частот диапазонов частот, на которых работает устройство.

    

     c) С целью проверки правильности частотной градуировки для каждого результата испытаний, полученных при выполнении требований перечисления b), рассчитывают разницу между измеренными и соответствующими контрольными величинами (см. пункт J.6, таблица J.1) для пяти или более частот диапазона частот передачи устройства с помощью следующих уравнений:

    

;

    

.

    

     d) При наличии заданных стандартных отклонений (см. 7.1.2) значений диэлектрической проницаемости и проводимости рассчитывают стандартное отклонение среднего значения (), например, по [61]. При этом используют максимальное для данной частоты значение из ряда  значений допустимых отклонений диэлектрической проницаемости и проводимости, определенных при выполнении перечисления с). В качестве альтернативы можно использовать стандартное отклонение для серии испытаний, указанное в колонке  таблицы J.3.

    

     e) Оценивают неопределенность измерений для остальных составляющих, представленных в таблице J.3 (и, по мере необходимости, составляющих, не вошедших в данную таблицу), по типу В применительно к рассматриваемой полосе частот.

    

     f) Индивидуальные значения суммарной стандартной неопределенности измерений для  и  соответственно вносят в колонку значений неопределенности и строку показателей испытательной жидкости таблицы J.3. Полностью заполненную таблицу J.3 включают в протокол испытаний наряду с обоснованием использования или пропуска тех или иных влияющих величин.

    

     g) Измеряют параметры второго опорного материала, чтобы проверить относительную правильность градуировки и убедиться в том, что результаты измерений согласуются с опорными значениями (см. пункт J.6), как это предусмотрено перечислением с). При возникновении подозрений в уходе параметров оборудования возвращаются к испытанию образцовых жидкостей, предусмотренному перечислением b).

    

    

Таблица J.3 - Пример шаблона значений неопределенности измерений и числовых значений для измерений диэлектрической проницаемости  и проводимости