SU1078306A1

SU1078306A1 - Device for measurig dielectric characteristics of solid dielectrics

Info

Publication number: SU1078306A1
Application number: SU823524238A
Authority: SU
Inventors: Юрий Владимирович Подгорный; Александр Александрович Шахматов
Original assignee: Предприятие П/Я В-8855
Priority date: 1982-12-23
Filing date: 1982-12-23
Publication date: 1984-03-07

Abstract

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТВЕРДЫХ ДИЭЛЕКТРИКОВ, содержащее изолированный подвижный и неподвижный плоские электроды и средство дл изменени и измерени межэлектродного рассто ни , о т л и .чающеес тем, что, с целью повышени точности измерений, в него введен по крайней мере один дополнительный подвижный электрод, толщина и периметр которого равны толщине и периметру основного подвижного электрода, а их площади не равны. / Vj 00 :1. A DEVICE FOR MEASURING THE DIELECTRIC CHARACTERISTICS OF SOLID DIELECTRICS containing insulated moving and stationary flat electrodes and means for changing and measuring the interelectrode distance, which, in order to improve the measurement accuracy, is at least additional movable electrode, the thickness and perimeter of which are equal to the thickness and perimeter of the main movable electrode, and their areas are not equal. / Vj 00:

Description

2. Устройство по п. 1, о т л ичающеес тем, что, с целью повьааени производительности, общий неподвижный электрод выполнен так, что его кра выступают за контур подвижных электродов не2. The device according to claim 1, about the fact that, in order to improve performance, the common fixed electrode is made so that its edges protrude beyond the contour of the moving electrodes

менее, чем на две толщины образца .less than two specimen thicknesses.

3 . Устройство по пп.1и2, отлича ю щ е е с тем, что контуры одного из подвижных электродов ограничены окружностью ,а другого - эллипсом.3 The device according to claims 1 and 2, distinguished by the fact that the contours of one of the moving electrodes are limited by a circle, and the other by an ellipse.

Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано дл определени диэлектрических характеристик образцов твердых электроизол ционных материалов, изготовленных в виде пластин, резонансными измерител ми емкости или добротности.The invention relates to a measuring technique and can be used to determine the dielectric characteristics of solid insulating material samples made in the form of plates, resonant measuring capacitance or quality factor.

Известно устройство дл измерени диэлектрических характеристик образцов твердых диэлектриков, содержащее общий плоский электрод, измерительный дисковый электрод, охранное кольцо и дополнительный кольцевой электрод дл измерени размеров образца. Измерение диэлектрической проницаемости на этой чейке заключаетс в измерении емкости чейки с образцом и измерении межэлектродного рассто ни с помощью дополнительного кольцевого электрода ClJ«A device for measuring the dielectric characteristics of solid dielectric samples is known, comprising a common flat electrode, a measuring disk electrode, a guard ring, and an additional ring electrode for measuring the sample size. Measurement of the dielectric constant at this cell consists in measuring the capacitance of the cell with the sample and measuring the interelectrode distance using the additional ring electrode ClJ "

Недостатком этой чейки вл етс наличие охранного электрода, что ведет к необходимости пользоватьс мостовыми измерител ми емкост ми и тангенса угла потерь. Использование же мостовых измерителей неудобно, так как при измерени х требуетс настройка прибора как по амплитуде, так и по фазе, что в свою очередь сложно автоматизировать .The disadvantage of this cell is the presence of a guard electrode, which leads to the need to use bridge gauges for capacitances and loss tangent. The use of bridge meters is inconvenient, since the measurement requires adjustment of the device both in amplitude and phase, which in turn is difficult to automate.

Наиболее близким техническим решением к изобретению вл етс устройство дл измерени , диэлектрических характеристик твердых диэлектриков , содержащее подвижный и неподвижный плоские электроды и средство дл изменени и измерени межэлектродного рассто ни t2.The closest technical solution to the invention is a device for measuring the dielectric characteristics of solid dielectrics containing mobile and stationary flat electrodes and means for changing and measuring the interelectrode distance t2.

Недостатком известного устройства вл етс наличие составл ющей погрешности измерени от изменени краевой емкости чейки при помещении в нее образца.A disadvantage of the known device is the presence of a component of measurement error due to a change in the edge capacity of a cell when a sample is placed in it.

Целью изобретени вл етс повышение точности измерений посредство исключени составл ющей погрешности от изменени краевой емкости устройства .The aim of the invention is to improve the measurement accuracy by eliminating the component error from changing the edge capacitance of the device.

Поставленна цель достигаетс тем, что в устройство, содержащее подвижный и неподвижный плоские электроды и средство дл изменени The goal is achieved by the fact that a device containing movable and stationary flat electrodes and means for changing

и измерени межэлектродного рассто ни , введен по крайней мере еще один дополнительный подвижный электрод , толщина и периметр которого равны толщине и периметру основного Подвижного электрода, а их площади не равны.and measurements of the interelectrode distance, at least one more additional mobile electrode is introduced, the thickness and perimeter of which are equal to the thickness and perimeter of the main Mobile electrode, and their areas are not equal.

Кроме того, с целью повышени производительности основной и дополнительной подвижные электроды имеют общий неподвижный электрод, выполненный так, что его кра выступают за контур подвижных электродов не менее, чем на две толщины образца.In addition, in order to improve performance, the primary and secondary movable electrodes have a common fixed electrode, designed so that its edges protrude beyond the contour of the movable electrodes for at least two sample thicknesses.

При этом контуры одного из подвижных электродов ограничены окружностью , а другого - эллипсом.In this case, the contours of one of the moving electrodes are limited by a circle, and the other - by an ellipse.

Введение, по крайней мере, одного дополнительного подвижного электрода при условии, что толщина и периметр дополнительного подвижного электрода равны толщине и периметру основного подвижного электрда , а их площади не равны, позвол е повысить точность измерений за счет исключени составл ющей погрешности от изменени краевой емкости чеки при внесении в чейку образца.Introduction of at least one additional movable electrode, provided that the thickness and perimeter of the additional movable electrode are equal to the thickness and perimeter of the main movable electrode, and their areas are not equal, allows to increase the measurement accuracy by eliminating the component error from the change of the edge capacitance checks when introduced into the cell sample.

Выполнение неподвижного электрода таким образом, чтобы егокра выступали за контур подвижных электродов не менее, чем на две толщины образца, равно неподвижному электроду , позвол ет повысить производителность измерений за счет исключени операции перемещени образца из одного межэлектродного пространства в другое. Такие размеры неподвижного электрода необходимы дл идентичности краевых емкостей обоих электродов , так как большее увеличение неподвижного электрода нецелесообразно , например, если его кра буду выступать за п ть толщин образца, то это изменит краевую емкость лишь на 3%, которыми легко можно пренебречь .Performing a stationary electrode so that the auger protrudes beyond the contour of the movable electrodes not less than two sample thicknesses, is equal to the stationary electrode, allows to increase the measurement performance by eliminating the operation of moving the sample from one interelectrode space to another. Such dimensions of the fixed electrode are necessary for the identity of the edge capacitances of both electrodes, since a larger increase in the fixed electrode is impractical, for example, if its edge protrudes beyond five sample thicknesses, this will change the edge capacitance by only 3%, which can be easily neglected.

Выполнение подвижных электродов таким образом, чтобы контур одного из них был ограничен окружностью, э другого эллипсом позвол ет повысить точность измерени за счет получени , при условии отсутстви острых углов в электродах, максимальной разницы в площади электродов , так как при заданном периметре максимальной площадью обладает фигура, контуры которой ограничены окружностью. На фиг, 1 представлено предлага мое устройство, общий вид на фиг, 2 - разрез А-А на фиг. 1. Устройство содержит неподвижный электрод 1, пластину 2, корпус 3, основной подвижный электрод 4, шток 5 с микрометрической резьбой, ходовую гайку б, индикаторную голо ку 7, дополнительный подвижный эле трод 8, образец 9, переключатель 1 Неподвижный электрод 1 через пл тину 2 из электроизол ционного материала закреплен на корпусе 3. Ос новной подвижный электрод 4 закреп лен на штоке 5 с микрометрической резьбой. Перемещение подвижного электрода осуществл етс ходовой гайкой б, Межэлектродное рассто ни измер етс индикаторной головкой 7 Дополнительный подвижный электрод 8 закреплен также на штоке с микро метрической резьбой. Контур основного подвижного электрода 4 ограни чен окружностью, а контур дополнительного подвижного электрода 8 эллипсом , при этом соблюдено условие равенства периметров обоих эле тродов. Толщины общих электродов также равны. Неподвижный электрод выполнен в виде диска таким образо чтобы его кра выступали за контуры проекций обоих подвижных электр дов не менее, чем на две толщины образца. Образец 9 испытуемого материсша изготавливаетс также в виде диска в размер неподвижного электрода. Переключатель 10 подклю чает к корпусу или основной, или дополнительный подвижные электроды Измерение диэлектрических харак теристик твердых электроизол ционных материалов осуществл етс следующим образом. Дисковый образец, выполненный в размере неподвижного электрода помещаетс в межэлектродное пространство чейки, и подвижные электро ды опускаютс на образец. Переключателем 10 к корпусу подключаетс основной подвижный электрод. Измер ютс межэлектродное рассто ние t и емкость с, конденсатора, образованного неподвижным электродом и основным подвижным электродом. Далее переключателем 10 к измерительному прибору подключаетс дополнительный конденсатор, образованный дополнительным подвижным и неподвижным электродами, измер ютс межэлектродное рассто ние и емкость с , Затем образец иэвлекаетс из межэлектродного пространства , выставл етс межэлектродное рассто ние -Ь и измер етс емкость дополнительного конденсатора Cz , Далее измерительный прибор подключаетс к основному конденсатору , выставл етс межэлектродное рассто ние -Ь и измер етс емкость С . Расчет диэлектрической проницаемости производитс по формуле г г г j-n c, где dCo - разность расчетных геометрических емкостей основного и дополнительного конденсаторов, определ ема по формуле , С„(5-5А). Ь - площадь основного подвижного электрода; 5 - площадь дополнительного подвижного электрода, Таким образом, введение в устройстве еще одного дополнительного подвижного электрода при условии, что толщина и периметр дополнительного подвижного электрода равны толщине и периметру основного подвижного электрода, а их площади различны, обеспечивает повышение точности измерений за счет исключени составл ющей погрешности измерени от иэменени краевой емкости. Снабжение обоих подвижных электродов одним неподвижным повышает производительность устройств за счет исключени операции перестановки образцов. Выполнение неподвижного электрода таким образом, чтобы его кра выступали за контур подвижного электрода не менее, чем на две толщины образца обеспечивает идентичность краевых емкостей обоих конденсаторов и, как следствие, повышает точность измерени . Ограничение контура основного подвижного электрода окружностью, а дополнительного - эллипсом обеспечивает при идентичности краевых емкостей максимальную разницу площадей обоих конденсаторов и, как следствие, повышает точность измерени , .The execution of the moving electrodes so that the contour of one of them is limited by a circle, e of the other by an ellipse, improves measurement accuracy by obtaining, if no sharp angles in the electrodes, a maximum difference in the area of the electrodes, since for a given perimeter the figure has the maximum area whose contours are bounded by a circle. FIG. 1 shows the proposed my device, a general view of FIG. 2, a section A-A of FIG. 1. The device contains a fixed electrode 1, a plate 2, a housing 3, a main movable electrode 4, a rod 5 with a micrometric thread, a running nut b, an indicator head 7, an additional movable electrode 8, sample 9, a switch 1 Fixed electrode 1 through the plate Tin 2 made of electrically insulating material is fixed on housing 3. The main movable electrode 4 is fixed on rod 5 with a micrometric thread. Moving the moving electrode is performed by the travel nut b. The interelectrode distance is measured by the indicator head 7 The additional moving electrode 8 is also fixed on the rod with a micro metric thread. The contour of the main moving electrode 4 is limited by a circle, and the contour of the additional moving electrode 8 is an ellipse, while the condition of equality of the perimeters of both electrodes is met. The thickness of the common electrodes are also equal. The stationary electrode is made in the form of a disk in such a way that its edges protrude beyond the contours of the projections of both moving electrons to at least two specimen thicknesses. Sample 9 of the test material is also manufactured in the form of a disk in the size of a stationary electrode. The switch 10 connects to the body or the main or additional moving electrodes. The measurement of the dielectric characteristics of solid electrically insulating materials is carried out as follows. A disk sample made in the size of a stationary electrode is placed in the interelectrode space of the cell, and moving electrodes are lowered onto the sample. The switch 10 connects the main moving electrode to the housing. Measured interelectrode distance t and capacitance c of a capacitor formed by a fixed electrode and a main moving electrode. Next, switch 10 to the measuring device connects an additional capacitor formed by additional moving and stationary electrodes, measures the interelectrode distance and capacitance c. Then the sample and extracts from the interelectrode space, exposes the interelectrode distance C, and measures the capacitance of the additional capacitor Cz. the device is connected to the main capacitor, the interelectrode distance -b is set, and capacitance C is measured. The calculation of the dielectric constant is made according to the formula rg rjnc, where dCo is the difference between the calculated geometric capacitances of the main and additional capacitors, determined by the formula Cn (5-5A). L is the area of the main moving electrode; 5 - the area of the additional moving electrode. Thus, the introduction of another additional moving electrode in the device, provided that the thickness and perimeter of the additional moving electrode are equal to the thickness and perimeter of the main moving electrode, and their areas are different, provides improved measurement accuracy by eliminating the component measurement errors from changing the edge capacitance. Equipping both moving electrodes with one fixed one improves the performance of the devices by eliminating sample transfer. Making the stationary electrode so that its edges protrude beyond the contour of the moving electrode for at least two sample thicknesses ensures that the edge capacitances of both capacitors are identical and, as a result, increase the measurement accuracy. Limiting the contour of the main moving electrode to a circle, while the additional one, to an ellipse, ensures that the edge capacitances are identical and the maximum difference between the areas of both capacitors and, consequently, increases the measurement accuracy,.

Claims

1. DEVICE FOR MEASURING DIELECTRIC CHARACTERISTICS OF SOLID DIELECTRICS, containing an insulated movable and fixed flat electrodes and means for changing and measuring the interelectrode distance, which requires at least one additional a movable electrode, the thickness and perimeter of which are equal to the thickness and perimeter of the main movable electrode, and their areas are not equal.

Fig 1

2. The device according to claim 1, characterized in that, in order to increase productivity, the common stationary electrode is made so that its edges extend beyond the contour of the movable electrodes by at least two sample thicknesses.

3. The device according to PP. 1 and 2, characterized in that the contours of one of the movable electrodes are limited by the circumference of the other — an ellipse.