[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

本發明屬于液體介電常數測量相關技術領域，其公開了一種液體相對介電常數的測量方法及系統，該方法包括：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；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正極和負極連接，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；根據上述第一接觸角和第二接觸角獲取所述待測液體的相對介電常數。本申請中的方法和系統操作簡單，普適性廣，測量精度高。

技術領域

本發明屬于液體介電常數測量相關技術領域，更具體地，涉及一種液體相對介電常數的測量方法及系統。

背景技術

當介質被放置于電場中，介質中的分子會發生變化，從而使得介質中的平均電場小于外加電場，這種效應叫做介電效應。介電常數是表征電介質或絕緣材料電性能的一個重要依據，代表了介質的極化特性，利用不同材料介電常數的不同這一特性可以制備不同的電子器件，因此，在工業應用和科學研究中都需要對介質的介電常數進行精確的測量。

現有技術中大多采用平行板電容結構，利用真空電容與介質電容之間的關系來獲取介質的介電常數，但對于液體介質這個方法難以適用。也有技術采用折射率傳感器來測量液體介電常數，但制作成本高且工藝復雜，要求操作頻繁，且不能保證測量精度，因此，當前用于測量液體介電常數的大多都存在設計不合理、結果不精確等缺點，本申請，針對以上問題提供了一種操作簡單，測量精確的液體相對介電常數的測量方法及系統。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種液體相對介電常數的測量方法及系統，將待測液體的液滴設于介電材料層上，液滴在電場的作用下極化特性發生改變，使得電荷集中與三相線區域，由于同性電荷相互排斥使得液滴鋪展進而影響其接觸角，通過對該液滴未施加電場和施加電場后的接觸角的變化計算獲得該液滴的相對介電常數，裝置簡單，測量方便精準。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種液體相對介電常數的測量方法，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。

優選地，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)

θe＝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。

優選地，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。