DE3728864A1 - Capacitor arrangement - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kondensatoranordnung mit veränderbarer Kapazität.The invention relates to a capacitor arrangement changeable capacity.
Der piezoelektrische Effekt ermöglicht bekanntlich die Umwand lung mechanischer Verformungskraft in elektrische Signale und umgekehrt. Als piezoelektrisches Material wird in solchen Bau elementen im allgemeinen Piezokeramik, vorzugsweise auf der Basis des ferroelektrischen Stoffes Bleizirkonattitanat Pb(Zr x Ti1-x )O3, in polykristalliner Form verwendet. Damit er reicht man hohe Dielektrizitätszahlen, beispielsweise etwa 400 bis 6000 und große Piezomodule. Eine verhältnismäßig große Aus lenkung bei geringer Betriebsspannung erhält man mit einem so genannten Biegewandler. In einer einfachen Ausführungsform wird eine piezokeramische Antriebsschicht in Form einer Scheibe oder Platte mit einer passiven Metallschicht vorzugsweise wesentlich geringerer Dicke zu einem Biegeverbund vereinigt. In einer wei teren Ausführungsform werden zwei dünne piezokeramische Schich ten durch Verkleben zu einer Doppelschicht verbunden und ihre freien Flachseiten werden jeweils mit einer Elektrode versehen. Die beiden, das bilaminare Biegeelement bildenden Keramikstrei fen sind entgegengesetzt polarisiert. Wird ein Ende dieses Bie geelements fest eingespannt und an die Elektroden eine Spannung angelegt, so dehnt sich einer der Streifen in seiner Längsrich tung, d.h. senkrecht zum angelegten Feld, während sich der andere Streifen zusammenzieht. Somit erhält man ähnlich wie bei einem erwärmten Bimetallstreifen eine Auslenkung. In einer wei teren Ausführungsform wird zwischen den beiden Piezokeramik streifen noch ein im allgemeinen wesentlich dünnerer Metall streifen angeordnet, der auch aus einer Folie bestehen kann (VALVO "Piezoxide Wandler" 1968, Seiten 38 bis 50). As is known, the piezoelectric effect enables the conversion of mechanical deformation force into electrical signals and vice versa. As a piezoelectric material in such construction elements in general piezoceramic, preferably based on the ferroelectric substance lead zirconate titanate Pb (Zr x Ti 1- x ) O 3 , used in polycrystalline form. In order to reach high dielectric numbers, for example about 400 to 6000 and large piezo modules. A relatively large deflection from a low operating voltage is obtained with a so-called bending transducer. In a simple embodiment, a piezoceramic drive layer in the form of a disk or plate is combined with a passive metal layer, preferably of a substantially smaller thickness, to form a bending composite. In a further embodiment, two thin piezoceramic layers are bonded to form a double layer and their free flat sides are each provided with an electrode. The two ceramic strips forming the bilaminar bending element are oppositely polarized. If one end of this flexural element is clamped firmly and a voltage is applied to the electrodes, one of the strips expands in its longitudinal direction, ie perpendicular to the applied field, while the other strip contracts. This gives you a deflection similar to a heated bimetal strip. In a further embodiment, a generally much thinner metal strip is arranged between the two piezoceramic strips, which can also consist of a film (VALVO "Piezoxide converter" 1968, pages 38 to 50).
Es sind ferner Geräte zum Erzeugen von Schnittbildern eines Untersuchungsobjektes, vorzugsweise eines menschlichen Körpers, mit magnetischer Kernresonanz bekannt. Diese Kernspintomogra phen enthalten einen Grundfeld-Magneten, der die Kernspins im menschlichen Körper ausrichtet, und ferner Gradientenspulen, die ein räumlich unterschiedliches Magnetfeld erzeugen, und schließlich Hochfrequenzspulen zur Anregung der Kernspins und zum Empfang der von den angeregten Kernspins emittierten Signale. Beim Einsatz einer derartigen hochfrequenten Anre gungs- und Meßspule wird die Induktivität der Spule zusammen mit einer veränderbaren Kapazität als LC-Resonanzkreis ge schaltet, wobei dann die Kondensatoranordnung der gewünschten Frequenz entsprechend abgestimmt wird. Hierzu können Drehkon densatoren verwendet werden, deren Kapazität durch Elektro motoren gesteuert wird (DE-OS 33 36 254).There are also devices for generating sectional images of a Examination object, preferably a human body, known with magnetic resonance. This magnetic resonance imaging phen contain a basic field magnet that holds the nuclear spins in the aligns the human body, and also gradient coils, which generate a spatially different magnetic field, and finally high frequency coils to excite the nuclear spins and to receive those emitted by the excited nuclear spins Signals. When using such a high-frequency stimulus supply and measuring coil is the inductance of the coil together with a variable capacitance as an LC resonance circuit switches, then the capacitor arrangement of the desired Frequency is adjusted accordingly. Rotary con capacitors are used, their capacitance by electric motors is controlled (DE-OS 33 36 254).
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine besonders einfache und wirksame Steuerung von Kondensatoren mit veränder barer Kapazität anzugeben.The invention is based on the object, a particular simple and effective control of capacitors with changes capacity.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß piezoelektrische Wandler zur Einstellung des Abstands der Platten von Platten kondensatoren oder Rohrkondensatoren geeignet sind und sie besteht in den Maßnahmen gemäß dem Anspruch 1. Bei Plattenkon densatoren werden von den Piezowandlern die Platten relativ zu einander und bei Rohrkondensatoren wird das Dielektrikum rela tiv zu den Elektroden bewegt. Ein Dielektrikum mit einer Di elektrizitätszahl größer als Luft wird durch wenigstens einen Piezowandler in Achsrichtung des Rohres verstellt. In solchen Anordnungen kann die Kapazität der Kondensatoren in einfacher Weise durch die Betriebsspannung der Wandler gesteuert werden. Besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Kondensatoranord nung sowie eine bevorzugte Anwendung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The invention is based on the knowledge that piezoelectric Transducer for adjusting the distance of the plates from plates capacitors or tubular capacitors are suitable and they consists in the measures according to claim 1. With Plattenkon Piezo transducers make the plates relative to capacitors each other and with tube capacitors the dielectric rela tiv moved to the electrodes. A dielectric with a di Number of electricity greater than air is increased by at least one Piezo converter adjusted in the axial direction of the tube. In such Arrangements can simplify the capacitance of the capacitors Be controlled by the operating voltage of the converter. Particularly advantageous embodiments of the capacitor arrangement and a preferred application result from the Subclaims.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der verschiedene Ausführungsformen der Kon densatoranordnung gemäß der Erfindung schematisch veranschau licht sind. Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Kondensator anordnung mit einem sogenannten Elongator als Piezowandler. Jeweils eine Ausführungsform der Anordnung mit zwei Biegewand lern ist in den Fig. 2 bis 4 dargestellt. In den Fig. 5 bis 7 ist jeweils eine Ausführungsform mit stufenweiser Ein stellung der Kapazität veranschaulicht. Eine besonders vorteil hafte Verwendung der Kondensatoranordnung ist in Fig. 8 darge stellt.To further explain the invention, reference is made to the drawing, in which various embodiments of the capacitor arrangement according to the invention are schematically illustrated. Fig. 1 shows an embodiment of the capacitor arrangement with a so-called elongator as a piezo converter. Learn an embodiment of the arrangement with two bending wall is shown in FIGS. 2 to 4. In Figs. 5 to 7 respectively, an embodiment with stepwise A position of the capacitance is illustrated. A particularly advantageous use of the capacitor arrangement is shown in Fig. 8 Darge.
In der Ausführungsform der Kondensatoranordnung gemäß Fig. 1 ist ein als Elongator wirkender Piezowandler 2 vorgesehen, dessen Piezokeramik 5 vorzugsweise aus Bleizirkonattitanat Pb(Zr x Ti1-x )O3 oder auch aus Bariumtitanat bestehen kann, an zwei einander gegenüberliegenden Oberflächen jeweils mit einer Elektrode 8 bzw. 9 versehen, die aus Metall, beispielsweise Kupfer oder Silber, bestehen können. An den Elektroden 8 und 9 kann die Gleichspannung einer Betriebsspannungsquelle 10 ange legt werden. Der Piezowandler ist an seinem oberen Ende orts fest eingespannt, was in der Figur lediglich durch eine Ver bindung mit einem Gehäuse 12 angedeutet ist. Am unteren Ende des Piezowandlers 2 ist ein Stempel 14 befestigt, der bei spielsweise aus Kunststoff, vorzugsweise Hartschaum, bestehen kann und an seiner unteren Flachseite mit einer Metallauflage versehen ist, die als bewegliche Kondensatorelektrode 18 dient und beispielsweise aus Silber oder Kupfer bestehen kann. Ihrer freien Flachseite gegenüber sind zwei weitere Elektroden 16 und 17 angeordnet, die jeweils mit einem Pol einer Spannungsquelle 20 versehen sind. Die Gesamtkapazität C des Kondensators wird gebildet aus der Serienschaltung der Teilkapazitäten C 1 und C2. Wird an die Elektroden 8 und 9 eine Gleichspannung der Be triebsspannungsquelle 10 angelegt, so dehnt sich der Piezowand ler 2 unter der Wirkung des elektrischen Feldes. Mit dem verän derten Abstand der Elektroden 16 und 17 zur gemeinsamen Elek trode 18 wird die Kapazität C der Kondensatoranordnung entspre chend gesteuert.In the embodiment of the capacitor arrangement according to FIG. 1, a piezo transducer 2 acting as an elongator is provided, the piezoceramic 5 of which can preferably consist of lead zirconate titanate Pb (Zr x Ti 1- x ) O 3 or also of barium titanate, on two opposite surfaces, each with one Provide electrode 8 or 9 , which can consist of metal, for example copper or silver. At the electrodes 8 and 9 , the DC voltage of an operating voltage source 10 can be placed. The piezo transducer is firmly clamped in place at its upper end, which is indicated in the figure only by a connection to a housing 12 . At the lower end of the piezo transducer 2 , a stamp 14 is attached, which can be made, for example, of plastic, preferably rigid foam, and is provided on its lower flat side with a metal pad which serves as a movable capacitor electrode 18 and can be made, for example, of silver or copper. On its free flat side, two further electrodes 16 and 17 are arranged, each of which is provided with a pole of a voltage source 20 . The total capacitance C of the capacitor is formed from the series connection of the partial capacitances C 1 and C 2 . If a direct voltage of the operating voltage source 10 is applied to the electrodes 8 and 9, the piezowall ler 2 expands under the effect of the electric field. With the changed distance of the electrodes 16 and 17 to the common electrode 18 , the capacitance C of the capacitor arrangement is controlled accordingly.
In der Ausführungsform gemäß Fig. 2 sind die Elektroden 16 und 17 eines Plattenkondensators in einem vorbestimmten Abstand parallel zueinander angeordnet und jeweils auf einem Träger 21 bzw. 22 befestigt, die beispielsweise aus Kunststoff, vorzugs weise aus Hartschaum, bestehen können. Für einen Kondensator mit einer veränderbaren Kapazität von beispielsweise etwa 5 bis 20 pF können die Elektroden 16 und 17 beispielsweise jeweils etwa 40 mm lang und 30 mm breit sein und im Abstand a von etwa 1 mm einander gegenüber angeordnet sein. Die Dickenverhältnisse sind in der Figur zur Verdeutlichung wesentlich vergrößert dar gestellt. Die Kapazitätsänderung entsteht durch eine Abstands änderung von beispielsweise etwa ± 0,7 mm. Zu diesem Zweck ist das rechte Ende des Trägers 21 der oberen Elektrode 16 mit dem frei beweglichen Ende eines Biegewandlers 3 mit einer Länge von beispielsweise etwa 30 mm und einer Breite von beispielsweise etwa 10 mm verbunden. Das andere Ende des Biegewandlers 3 ist in einem ortsfesten Lager 24 eingespannt, das beispielsweise aus Gießharz oder auch aus glasfaserverstärktem Kunststoff be stehen kann. Der Biegewandler 3 enthält zwei Streifen aus Pie zokeramik 5 und 6 mit entgegengesetzter Polarisierung, die über eine metallische Zwischenlage 7 miteinander verbunden sind, die beispielsweise aus Aluminium bestehen kann und vorzugsweise wesentlich dünner sein kann als die beiden Streifen aus Piezo keramik 5 und 6 an ihren beiden Flachseiten. Die freien Flach seiten der Piezokeramik 5 und 6 sind jeweils mit einer Elektro de 8 bzw. 9 versehen, die mit der Betriebsspannungsquelle 10 verbunden sind. Das linke Ende des Trägers 22 der unteren Elek trode 17 ist mit dem freien Ende eines in gleicher Weise aufge bauten Biegewandlers 4 verbunden. Die Biegewandler können von den Herstellern fertig bezogen werden; ihre Bestandteile sind deshalb jeweils mit den gleichen Bezugsziffern versehen. Die Betriebsspannungsquelle für den Biegewandler 4 ist ebenfalls mit 10 bezeichnet. Das linke Ende des Biegewandlers 4 ist in einem Lager 25 ebenfalls fest eingespannt. Wird an die Elektro den der Biegewandler 3 und 4 jeweils eine Betriebsspannung mit einer vorbestimmten Polung angeschlossen, so werden die freien Enden der Biegewandler 3 und 4 und damit die Elektroden 16 und 17 in der jeweils durch einen nicht näher bezeichneten Pfeil angegebenen Richtung ausgelenkt. Damit wird der Abstand der Elektroden vergrößert und somit die Kapazität des Kondensators entsprechend vermindert. Werden die Betriebsspannungen umge polt, so erhält man in gleicher Weise eine Abstandsverminderung und damit eine Kapazitätserhöhung.In the embodiment according to FIG. 2, the electrodes 16 and 17 of a plate capacitor are arranged parallel to one another at a predetermined distance and are each fastened to a carrier 21 or 22 , which may consist, for example, of plastic, preferably of rigid foam. For a capacitor having a variable capacitance, for example, about 5 to 20 pF, the electrodes 16 and 17 for example, each be about 40 mm long and 30 mm wide, and a distance a of about 1 mm may be arranged opposite each other. The thickness ratios are shown significantly enlarged in the figure for clarity. The change in capacitance results from a change in distance of, for example, approximately ± 0.7 mm. For this purpose, the right end of the carrier 21 of the upper electrode 16 is connected to the freely movable end of a bending transducer 3 with a length of, for example, approximately 30 mm and a width of, for example, approximately 10 mm. The other end of the bending transducer 3 is clamped in a fixed bearing 24 , which may for example be made of cast resin or glass fiber reinforced plastic. The bending transducer 3 contains two strips of piezoceramic 5 and 6 with opposite polarization, which are connected to one another via a metallic intermediate layer 7 , which can be made of aluminum, for example, and can preferably be substantially thinner than the two strips of piezo ceramic 5 and 6 on their both flat sides. The free flat sides of the piezoceramic 5 and 6 are each provided with an electric de 8 and 9 , which are connected to the operating voltage source 10 . The left end of the carrier 22 of the lower electrode 17 is connected to the free end of a bending transducer 4 constructed in the same way. The bending transducers can be obtained from the manufacturers; their components are therefore given the same reference numerals. The operating voltage source for the bending transducer 4 is also designated 10 . The left end of the bending transducer 4 is also firmly clamped in a bearing 25 . If the electrical of the bending transducers 3 and 4 are each connected to an operating voltage with a predetermined polarity, the free ends of the bending transducers 3 and 4 and thus the electrodes 16 and 17 are deflected in the direction indicated by an unspecified arrow. This increases the distance between the electrodes and thus reduces the capacitance of the capacitor accordingly. If the operating voltages are reversed, the distance is reduced and the capacity is increased.
In der Ausführungsform des Piezowandlers gemäß Fig. 3 sind die Elektroden 16 und 17 ebenfalls jeweils auf einem Träger 21 bzw. 22 befestigt und in einem vorbestimmten, in der Figur nicht näher bezeichneten Abstand einander gegenüber angeordnet. Das rechte Ende des Biegewandlers 3 und das linke Ende des Biege wandlers 4 ist jeweils mit dem Lager 24 bzw. 25 fest verbunden. Das linke Ende des Biegewandlers 3 und das rechte Ende des Bie gewandlers 4 ist jeweils über eine Brücke 26 bzw. 27 mit dem zugeordneten Träger 21 bzw. 22 der Elektroden 16 bzw. 17 ver bunden. Die Verbindung der Brücken 26 und 27 mit dem zugeordne ten Träger 21 bzw. 22 wird vorzugsweise derart ausgeführt, daß zwar eine kraftschlüssige, jedoch nicht eine starre Verbindung entsteht. Bei angelegter Betriebsspannung U an die Spannungs quellen 10 werden die freien Enden der Biegewandler 3 und 4 ausgelenkt, wie es in der Figur durch nicht näher bezeichnete Pfeile angedeutet ist und damit der Abstand der Elektroden 16 und 17 vergrößert und somit die Kapazität entsprechend vermin dert. Werden die Betriebsspannungsquellen 20 umgepolt, so wird entsprechend der Plattenabstand vermindert und damit die Kapa zität des Kondensators vergrößert.In the embodiment of the piezo transducer according to FIG. 3, the electrodes 16 and 17 are likewise each fastened to a carrier 21 and 22 and are arranged opposite one another at a predetermined distance, not shown in the figure. The right end of the bending transducer 3 and the left end of the bending transducer 4 are fixed to the bearings 24 and 25 , respectively. The left end of the bending transducer 3 and the right end of the bending transducer 4 is in each case connected via a bridge 26 or 27 to the associated carrier 21 or 22 of the electrodes 16 or 17 . The connection of the bridges 26 and 27 with the associated th carrier 21 or 22 is preferably carried out such that a non-positive, but not a rigid connection is formed. When the operating voltage U is applied to the voltage sources 10 , the free ends of the bending transducers 3 and 4 are deflected, as is indicated in the figure by arrows not shown in detail, and thus the distance between the electrodes 16 and 17 is increased and the capacity is accordingly reduced. If the operating voltage sources 20 are reversed, the plate spacing is reduced accordingly and the capacitance of the capacitor is increased.
Gemäß Fig. 4 ist das rechte Ende des Biegewandlers 3 im Lager 24 und das linke Ende des Biegewandlers 4 im Lager 25 befe stigt. In dieser Ausführungsform der Kondensatoranordnung die nen die einander zugewandten Elektroden 9 der Biegewandler 3 und 4 zugleich als Kondensatorelektroden. In dieser Ausfüh rungsform mit einer gemeinsamen Betriebspannungsquelle 10 sind in den Zuleitungen zu den Elektroden 8 und 9 der Biegewandler 3 bzw. 4 Entkoppelelemente 32 bis 35 vorgesehen, die vorzugsweise aus Induktivitäten oder auch aus hochohmigen Widerständen be stehen können.According to Fig. 4, the right end of the bending transducer 3 in the bearing 24 and the left end of the bending transducer 4 in the bearing 25 is BEFE Stigt. In this embodiment of the capacitor arrangement, the electrodes 9 of the bending transducers 3 and 4 which face one another also serve as capacitor electrodes. In this embodiment, with a common operating voltage source 10 , 3 and 4 decoupling elements 32 to 35 are provided in the leads to the electrodes 8 and 9 of the bending transducers, which can preferably be made of inductors or also of high-resistance resistors.
Eine weitere Verbesserung der Entkopplung wird durch die beiden gegen Masse geschalteten Kondensatoren 38 und 39 erreicht.A further improvement in the decoupling is achieved by the two capacitors 38 and 39 connected to ground.
Eine besonders vorteilhafte weitere Ausgestaltung der Kondensa toranordnung besteht darin, daß der Kondensator von einem flüs sigen Dielektrikum, beispielsweise Öl, umgeben ist. Ferner kann der Kondensator in einem gasgefüllten oder evakuierten Gehäuse angeordnet sein. Als Füllgas ist beispielsweise Schwefelhexa fluorid SF6 geeignet. In dieser Ausführungsform der Kondensa toranordnung wird die effektive Dielektrizitätskonstante und gegebenenfalls auch die Kapazität erhöht. Ferner erhöht sich dadurch die elektrische Spannungsfestigkeit der Anordnung und die Füllung bildet zugleich eine mechanische Dämpfung für die Bewegung der Biegewandler 3 und 4.A particularly advantageous further embodiment of the capacitor arrangement is that the capacitor is surrounded by a liquid dielectric, for example oil. Furthermore, the condenser can be arranged in a gas-filled or evacuated housing. For example, sulfur hexa fluoride SF 6 is suitable as the filling gas. In this embodiment of the capacitor arrangement, the effective dielectric constant and possibly also the capacitance are increased. This also increases the electrical dielectric strength of the arrangement and the filling simultaneously forms mechanical damping for the movement of the bending transducers 3 and 4 .
Die Kapazität der Kondensatoranordnung kann auch stufenweise gesteuert werden, wie es in Fig. 5 dargestellt ist. In dieser Ausführungsform sind z.B. drei Kondensatoren 37 bis 39 vorge sehen, die jeweils mit einer beweglichen Elektrode 41 bis 43 versehen sind, denen eine gemeinsame Elektrode 44 zugeordnet ist. An der gemeinsamen Elektrode ist zur Begrenzung des Ab standes der beweglichen Elektroden 41 bis 43 zur gemeinsamen Elektrode 44 für jeden der Kondensatoren 37 bis 39 ein Abstand halter 46 bis 48 vorgesehen. Die Höhe dieser Abstandhalter 46 bis 48 kann vorzugsweise so gewählt werden, daß der minimale Abstand d 1 der beweglichen Elektroden 41 bis 43 zu ihrer ge meinsamen Elektrode 44 klein ist gegenüber dem maximalen Ab stand d 0, der ebenfalls durch Abstandhalter 49 bis 54 begrenzt ist. Den beweglichen Elektroden 41 bis 43 ist jeweils ein An trieb 56 bis 58 zugeordnet, der wenigstens einen in der Figur nicht dargestellten Piezowandler, insbesondere einen oder mehrere Biegewandler enthält und die ihm zugeordnete Elektrode entsprechend einer ihm vorgegebenen Betriebsspannung verstellt. Die Größe der Elektroden 41 bis 43 kann vorzugsweise wie 1:2:4 gewählt werden. Werden dann die Elektroden 41 bis 43 lediglich zwischen zwei diskreten Abständen bewegt, welche durch die Abstandhalter 46 bis 48 und 49 bis 54 vorgegeben sind, so kann bei Parallelschaltung der Kondensatoren 37 bis 39 die Gesamt kapazität in binären Stufen verstellt werden.The capacitance of the capacitor arrangement can also be controlled in stages, as shown in FIG. 5. In this embodiment, for example, three capacitors 37 to 39 are provided, each of which is provided with a movable electrode 41 to 43 , to which a common electrode 44 is assigned. At the common electrode to limit the position of the movable electrodes 41 to 43 to the common electrode 44 for each of the capacitors 37 to 39, a spacer 46 to 48 is provided. The height of these spacers 46 to 48 can preferably be chosen so that the minimum distance d 1 of the movable electrodes 41 to 43 to their ge common electrode 44 is small compared to the maximum from stand d 0 , which is also limited by spacers 49 to 54 . The movable electrodes 41 to 43 each have an associated drive 56 to 58 , which contains at least one piezo transducer (not shown in the figure), in particular one or more bending transducers, and adjusts the electrode associated with it in accordance with a predetermined operating voltage. The size of the electrodes 41 to 43 can preferably be selected as 1: 2: 4. If the electrodes 41 to 43 are then only moved between two discrete distances, which are predetermined by the spacers 46 to 48 and 49 to 54 , the total capacitance can be adjusted in binary steps when the capacitors 37 to 39 are connected in parallel.
Die Abstandhalter 46 bis 48 können in der Ausführungsform gemäß Fig. 6 auch aus einem festen Dielektrikum, beispielsweise Keramik, vorzugsweise Aluminiumoxid Al2O3, oder auch aus Kunst stoff, bestehen. In dieser Ausführungsform kann die Dielektri zitätskonstante ε 1 der Abstandhalter 46 bis 48 vorzugsweise wesentlich größer gewählt werden als die Dielektrizitätskon stante ε 2 im Raum zwischen den beweglichen Kondensatorelektro den 41 bis 43 und dem zugeordneten Abstandhalter 46 bis 48. Ein günstiges Verhältnis der Dielektrizitätskonstanten erhält man beispielsweise mit Abstandhaltern aus Aluminiumoxid mit einer Dielektrizitätskonstante ε 1 annähernd 10 und Luft, dessen Di elektrizitätskonstante ε 2 annähernd 1 beträgt. Anstelle von Luft kann jedoch beispielsweise auch Öl und vorzugsweise ein Isoliergas, insbesondere Schwefelhexafluorid SF6, oder Vakuum als Dielektrikum gewählt werden.The spacers 46 to 48 in the embodiment according to FIG. 6 can also consist of a solid dielectric, for example ceramic, preferably aluminum oxide Al 2 O 3 , or also of plastic. In this embodiment, the dielectric constant ε 1 of the spacers 46 to 48 can preferably be chosen to be substantially larger than the dielectric constant ε 2 in the space between the movable capacitor electrodes 41 to 43 and the associated spacer 46 to 48 . A favorable ratio of the dielectric constant is obtained, for example, with spacers made of aluminum oxide with a dielectric constant ε 1 approximately 10 and air, the dielectric constant ε 2 of which is approximately 1. Instead of air, however, oil and preferably an insulating gas, in particular sulfur hexafluoride SF 6 , or vacuum can also be selected as the dielectric.
Gemäß Fig. 7 können die Kondensatoren 37 bis 39, deren Kapazi tät vorzugsweise binär abgestuft sein kann, auch jeweils durch einen Schalter 61 bzw. 62 bzw. 63 betätigt werden, die jeweils mit einem piezoelektrischen Antrieb 56 bzw. 57 bzw. 58 versehen sind. According to FIG. 7, the capacitors 37 to 39 , the capacitance of which can preferably be graduated in binary form, can also be actuated in each case by a switch 61 or 62 or 63 , which are each provided with a piezoelectric drive 56 or 57 or 58 .
Gemäß Fig. 8 soll ein Resonanzkreis aus der Induktivität L einer zur Anregung und zur Messung dienenden Hochfrequenzspule eines Kernspintomographen mit der Resonatorkapazität C p abge stimmt werden, die sich aus einer festen Kapazität C p ′ und einer steuerbaren Kapazität C p ′′ ergibt. Ein Verlustwiderstand R beinhaltet alle Hochfrequenzverluste, die durch den ohmschen Widerstand der Hochfrequenzspule selbst und durch die Wechsel wirkung der magnetischen und elektrischen Hochfrequenz-Spulen felder mit dem Körpergewebe des Patienten entstehen und in dem auch die Verluste durch Abstrahlung enthalten sind. Die Zulei tung enthält noch einen Koppelkondensator C s mit veränderbarer Kapazität zur Einstellung der Ankopplung an einen in der Figur nicht dargestellten Hochfrequenzgenerator. In einer Ausfüh rungsform einer Hochfrequenzspule für eine Frequenz von bei spielsweise 100 MHz mit einer Induktivität L von beispielsweise etwa 50 nH kann die feste Kapazität C p ′ beispielsweise 50 pF betragen und die Kapazität C′ p ′ beispielsweise zwischen 0 und 5 pF veränderbar sein. Auch der Koppelkondensator C s kann bei spielsweise von etwa 0 bis 5 pF veränderbar sein. In dieser Aus führungsform kann sowohl die veränderbare Resonatorkapazität C p ′′ als auch die Koppelkapazität C s aus einer Kondensatoran ordnung gemäß einer der Fig. 1 bis 7 bestehen. Diese Konden satoranordnungen mit ihrem Antrieb enthalten kein magnetisches Material, so daß die Magnetfelder nicht gestört werden können. Da der Antrieb nur auf einer Längenänderung oder Biegeschwen kung beruht, können auch keine Lagerprobleme und Reibungsver luste auftreten. Außerdem erhält man eine verlustarme Steue rung, da bei einer Betriebsspannung der Piezowandler von etwa 50 bis 500 V nur ein Betriebsstrom von wenigen µA fließt.Referring to FIG. 8, a resonance circuit of the inductance L of a serving for the excitation and measuring high-frequency coil to be of a nuclear spin tomograph with the resonator capacitance C p abge correct, the results from a fixed capacitance C p 'and a controllable capacitance C p' '. A loss resistance R includes all high-frequency losses caused by the ohmic resistance of the high-frequency coil itself and by the interaction of the magnetic and electrical high-frequency coil fields with the patient's body tissue and in which the losses due to radiation are also included. The Zulei device also contains a coupling capacitor C s with variable capacitance for setting the coupling to a high-frequency generator, not shown in the figure. In an embodiment of a high-frequency coil for a frequency of, for example, 100 MHz with an inductance L of, for example, approximately 50 nH, the fixed capacitance C p 'can be, for example, 50 pF and the capacitance C ' p 'can be varied, for example, between 0 and 5 pF. The coupling capacitor C s can, for example, be changeable from approximately 0 to 5 pF. In this embodiment, both the variable resonator capacitance C p '' and the coupling capacitance C s can consist of a capacitor arrangement according to one of FIGS. 1 to 7. These condenser arrangements with their drive do not contain any magnetic material, so that the magnetic fields cannot be disturbed. Since the drive is only based on a change in length or bending, no bearing problems and friction losses can occur. In addition, you get a low-loss control, since with an operating voltage of about 50 to 500 V the piezo converter only an operating current of a few µA flows.
In den Ausführungsformen der Kondensatoranordnungen gemäß den Fig. 1 bis 4 sind jeweils Kondensatoren mit ebenen Konden satorplatten vorgesehen. Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, kammförmige Elektroden zu verwenden, bei denen mit der Bewegung der Piezowandler jeweils die Zähne der einen Elektro de zwischen die Zähne der anderen Elektrode bewegt werden. Mit dieser größeren Elektrodenfläche erhält man eine entsprechend größere Kapazitätsänderung.In the embodiments of the capacitor arrangements according to FIGS . 1 to 4, capacitors with flat capacitor plates are each provided. Under certain circumstances, it may be appropriate to use comb-shaped electrodes in which the teeth of one electrode are moved between the teeth of the other electrode with the movement of the piezo transducers. With this larger electrode area, a correspondingly larger change in capacitance is obtained.
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