Caracterização de materiais com baixa condutividade e não magnéticos para aplicações em sistemas de aterramento

Abstract

Este trabalho relata a aplicação de métodos de medição para obter os parâmetros de condutividade e permissividade elétrica de materiais com baixa condutividade e não magnéticos visando aplicações em sistemas de aterramento. Os parâmetros são obtidos de acordo com a resposta da amostra do material quando submetido a um sinal eletromagnético. No primeiro método, é utilizado um conjunto de antenas e um analisador de rede vetorial para medir os parâmetros de reflexão e transmissão das amostras no intervalo de frequências de 100 kHz até 20 MHz. No segundo método, é utilizada uma sonda coaxial com terminação aberta em conjunto com uma ponte RLC para medir a impedância das amostras na faixa de frequência de 20 Hz até 90 kHz. Ao analisar os resultados preliminares obtidos pelos métodos de medição, decidiu-se dar ênfase nos ensaios com a sonda coaxial. Assim, a sonda coaxial foi caracterizada por meio de um circuito equivalente, o qual é utilizado juntamente com um modelo matemático para estimar os parâmetros de condutividade e permissividade das amostras com base nas medidas de impedância. Um modelo de simulação da sonda coaxial é elaborado com método dos elementos finitos (MEF) na tentativa de fazer a comparação com os ensaios de medição.

Abstract: This work describes the application of measurement methods to obtain the conductivity and electrical permittivity parameters of materials with low conductivity and non-magnetic properties, aiming at applications in grounding systems. The parameters are obtained based on the response of the material sample when subjected to an electromagnetic signal. In the first method, a set of antennas and a vector network analyzer are used to measure the reflection and transmission parameters of the samples in the frequency range from 100 kHz to 20 MHz. In the second method, an open-ended coaxial probe is used in conjunction with an RLC bridge to measure the impedance of the samples in the frequency range from 20 Hz to 90 kHz. Upon analyzing the preliminary results obtained by the measurement methods, it was decided to emphasize the tests with the coaxial probe. Thus, the coaxial probe was characterized through an equivalent circuit, which is used along with a mathematical model to estimate the conductivity and permittivity parameters of the samples based on impedance measurements. A simulation model of the coaxial probe is developed using the Finite Element Method (FEM) to compare with the measurement tests.