[發明專利]一種液體相對介電常數的測量方法及系統

有效

• 申請號: 202011300376.6
• 申請日: 2020-11-19
• 公開（公告）號: CN112526218B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發明（設計）人: 方海生;陳浩;聶圻春;高仙仙
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01R27/26
• 分類號: G01R27/26
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 孔娜;李智

1.一種液體相對介電常數的測量方法，其特征在于，所述方法包括：

S1，將待測液體滴加至介電材料層表面，獲取此時所述待測液體的液滴與所述介電材料層的第一接觸角θ₀；

S2，在所述介電材料層的背面設置至少覆蓋所述液滴的金屬層，將所述金屬層和液滴分別與電源的負極和正極連接，以對所述液滴施加電壓，穩定后獲取此時所述液滴與所述介電材料層的第二接觸角θ_e；

S3，將所述第一接觸角和第二接觸角代入以下公式即可獲得所述待測液體的相對介電常數ε：

其中，d為所述介電材料層的厚度，σ為所述待測液體的表面張力，ε₀為真空介電常數，U為施加的電壓的大小。

2.根據權利要求1所述的測量方法，其特征在于，所述第一接觸角θ₀和第二接觸角θ_e的計算公式為：

θ₀＝2arctan(2H₀/D₀)

θ_e＝2arctan(2H_e/D_e)

其中，H₀為在未施加電壓時所述介電材料層上承載的待測液體液滴的高度，D₀為在未施加電壓時所述介電材料層上承載的待測液體液滴與所述介電材料層的接觸寬度；H_e為施加電壓后所述介電材料層上承載的待測液體液滴的高度，D_e為施加電壓后所述介電材料層上承載的待測液體液滴與所述介電材料層的接觸寬度。

3.根據權利要求1所述的測量方法，其特征在于，步驟S2還包括：

多次改變所述施加電壓，分別獲得對應的第二接觸角，分別對多次所述施加電壓和第二接觸角求平均值得的平均施加電壓和平均第二接觸角；

步驟S3中θ_e為平均第二接觸角，U為平均施加電壓。

4.一種用于實現權利要求1～3任意一項所述液體相對介電常數的測量方法的系統，其特征在于，所述系統包括：

支撐單元(100)，從下至上依次包括金屬層(120)以及介電材料層(130)，所述待測液體的液滴設于所述介電材料層(130)上；

電壓單元(200)，包括電源模塊(210)、與所述電源模塊(210)正極連接的正極接線端子(220)以及與所述電源模塊(210)連接的負極接線端子(230)，所述負極接線端子(230)與所述金屬層(120)連接，其中，所述正極接線端子(220)與所述待測液體接觸；

測量單元(300)，包括采集相機(310)以及數據處理器(320)，其中，所述采集相機(310)用于采集所述液滴在未施加電壓和施加電壓后的圖像；所述數據處理器(320)用于根據所述圖像獲取所述第一接觸角和第二接觸角，并執行步驟S3以獲取所述待測液體的相對介電常數。

5.根據權利要求4所述的系統，其特征在于，所述支撐單元(100)還包括設于所述金屬層(120)下部的絕緣層(110)以及設于所述絕緣層(110)下部的升降結構(140)，其中，所述升降結構(140)用于調節所述液滴的高度。

6.根據權利要求4所述的系統，其特征在于，所述電源模塊(210)包括交流電源(211)以及電源調節器(212)，所述交流電源(211)連接于所述電源調節器(212)的輸入端，電源調節器(212)用于將所述交流電源(211)的電壓調節為直流可調或交流可調電壓。

7.根據權利要求6所述的系統，其特征在于，所述電源調節器(212)的輸出電壓的閾值U’滿足：

U'E_BDd

其中，E_BD為所述介電材料層(130)的臨界擊穿電場強度，d為所述介電材料層(130)的厚度。

8.根據權利要求4所述的系統，其特征在于，所述電壓單元(200)包括三維位移結構，用于固定并調節所述正極接線端子(220)的位置。

9.根據權利要求4所述的系統，其特征在于，所述測量單元(300)還包括光源(330)，用于照射所述介電材料層(130)上待測液體的液滴，以便于所述采集相機(310)采集。