Ячейка для исследования диэлектрических характеристик твердых диэлектриков

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Соцнапистичесиих

Республик ю 894521 (61) Дополнительное к авт. саид-ву У 785712 (22) Заявлено 211179 (21) 2841484/18" 25 (53)М. в(л.

G 01 N 27/02 с присоединением заявки М

)Ьаудвретмнвы6 квиитвт

СССР ва Авлаи изабрвтвнив и вткрытии (23.) П риоритет

Опубликовано 30-1 281 ° Ьктллетень Ah 48

Дата опубликования описания 30.1231 (53) УДК 543.257 (088, 8}.::1-3

Ю. В. Подгорный, А. А. Шахматов и Г. А. щейкин: .

1 (72) Авторы изобретения (7!) Заявитель (54} ЯЧЕЙКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК ТВЕРДЫХ ДИЭЛЕКТРИКОВ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения диэлектрических характеристик твердых электроиэоля- ционных материалов в виде тонких Пле"

S нок в диапазоне температур при помощи резонансных или мостовЫх измерителей емкости или добротности.

По основному авт. св. N 785712 известна ячейка для исследования диэлектрических характеристик образ" цов твердых электроизоляционных материалов в диапазоне температур, содержащая подвижный и неподвижный электроды, корпус, состоящий из верхнего и нижнего оснований, соединенных теплоизоляционными стержнями, теплоизоляционную крышку, закрепленную под верхним основанием, индикаторную ro" ловку с кронштейном для ее крепления,,О кассету в виде полок, выполненных в размер образца и скрепленных между собой стяжками через прокладки, выполненные а виде части кольца (9

6110" } с внутренним диаметром, равным диаметру образца, и поворотный манипулятор для перемещения образца с вырезом, угол захвата манипулятора составляет 250, причем геометрические центры электродов и полок кассеты расположены на одинаковом расстоянии от оси вращения манипулятора (1), Недостатком данной ячейки является ограниченный диапазон толщин исследуемых материалов, т.е. данная конструкция не позволяет производить измерения образцов твердых диэлектриков в виде тонких пленок ввиду их эластичности (малой жесткости}. Так, при перемещении тонких (0,5 и менее мм} образцов.из межэлектродного пространства в кассету и обратно они мнутся. Другим препятствием для из. мерения тонких пленок на ячейке является наличие зазора между нижним потенциальным электродом и нижней поверхностью захвата манипулятора, обусловленного .с одной стороны защитой

894521

20 рабочей поверхности электрода, а с другой стороны технологическими допусками. Так, при зазоре между электродами и манипулятором, равным

0,2 мм, измерение пленок толщиной

0,2-0,5 мм затруднительно, а измерение пленок толщиной менее 0,2 мм вообще невозможно, ввиду того, что манипулятор не сможет перемещать образец. Кроме то-о, следует иметь в о виду, что температурные измерения диэлектрических характеристик твердых диэлектриков немыслимы без измерения изменения толщины образца, обусловленного влиянием коэффициента ли- >s нейного температурного расширения исследуемого образца. Стандартные же индикаторные головки например типа

ИПИ, позволяющие производить точные измерения толщины тонких образцов, имеют очень малый ход.

Цель изобретения - расширение диапазона толщин исследуемых образцов твердых диэлектриков.

Поставленная цель достигается тем, 2З что известная ячейка снабжена держателями для образцов, число которых сост вет ст вует чи слу полок кассеты, причем держатели выполнены в виде двух стянутых винтами и сопрягающихся по конической (конусность 90-120 ) поверхности колец, кроме того, ячейка дополнительно снабжена упругим механизмом, состоящим из подвижной втулки с фланцем, распорной пружины и ограничительной шайбы и тремя сферичес- 3S кими опорами, установленными на кронштейне, к которым с помощью распорной пружины, установленной на втулке между нижней поверхностью кронштейна и ограничительной шайбой, закрепленной 40 на нижнем конце втулки, прижимается своим фланцем втулка, рабочий.ход которой превышает высоту держателя с образцом.

Разница между внутренним диаметром 45 держателя и диаметром электрода сос" тавляет 5 мм, что необходимо для умень- шения до пренебрежимой величины алия" ния краевого поля на результат измерения диэлектрических характеристик Sp исследуемых образцов.

Разность диаметров конических поверхностей колец держателя необходима для перемещения держателя с образцом из межэлектродного пространства, где образец прижимается к нижнему электроду, в кассету. При этом держатель скользит по поверхности электрода, нижнему основанию и полке кассеты на образце.

Введение держателей образцов и упругого механизма такой конструкции, хотя и несколько усложняет конструкцию ячейки, но позволяет помещать тонкий образец .в межэлектродное пространство и изымать его оттуда, не вынимая ячейку из термостата, и измерять одновременно легкодоступными измерителями толщину образца..

На чертеже показана ячейка, общий вид.

Нижнее основание 1, соединенное с помощью теплоизоляционных несущих стержней 2 с верхним основанием 3, представляет собой каркас ячейки. Неподвижный потенциальный электрод 4 закреплен на нижнем основании через температуростойкие электроизоляционные втулки. Подвижный электрод 5 закреплен через шаровой шарнир на штоке микрометрического винта 6 и перемещается ручкой 7. Перемещение держателя

8 с образцами 9 в ячейке осуществляется поворотным манипулятором 10, состоящим из пластин с захватом для образца, закрепленной на оси.

Поворотный манипулятор вращается в направляющей 11 над нижним основанием 1. Перемещение манипулятора осуществляется ручкой 12, соединенной с ним посредством теплоизоляционного стержня и компенсирующей. муфты.

Для одновременного помещения в ячейку нескольких держателей с образцами служит кассета 13, которая состоит из полок, выполненных в размер держателя и соединенных стяжками через прокладки, представляющие собой части кольца толщиной, большей высоты держателя. Сиена держателей с образцами производится перемещением кассеты в вертикальном направлении ручкой 14, при этом прокладки кассеты, которые занимают угол менее 110 перемещаются в вырезе манипулятора, угол захвата которого 250 . Геометрические центры электродов и полок кассеты расположены на одинаковом рас-стоянии от оси вращения манипулятора.. Кассета перемещается в направляющем колодце 15.

:Держатели 8 образцов (узел i) выполнены в виде двух стянутых винтами и сопрягающихся по коническим поверхностях колец 16 и 17. Наружный диаметр внешнего кольца 16 выполнен в ,размер захвата поворотного манипулято94521

Формула изобретения

5 8 ра 10. Внутренний диаметр внутреннего кольца 17 на 5 мм больше диаметра электрода 4. Меньший диаметр конической поверхности внешнего кольца 16 на

0,5 мм больше меньшего диаметра конической поверхности внутреннего кольца

Межэлектродное расстояние измеряется стандартной головкой 18 типа

ИПМ, закрепленной через упругий механизм на кронштейне 19. Упругий механизм содержит перемещаемую в осевом направлении подвижную втулку 20 с фланцем, распорную пружину 21 с ограничительной шайбой. Втулка 20 с Фланцем в нижнем положении Фиксируется тремя сферическими опорами: 22, установленными на кронштейне 19. Распорная пружина 2 1 установлена на втулке с фланцем между нижней поверхностью кронштейна 19 и ограничительной шайбой. Рабочий ход втулки с фланцем превышает на 2 мм высоту держателей образцов 8. Индикаторная головка 18 жестко крепится в подвижной втулке 20.

Измерение диэлектрической проницаемости тонких образцов твердых диэлектриков методом. сохранения расстояния производится в следующей последовательности.

Ячейку, загруженную держателями с образцами, помещают в термастат. Устанавливается нужная температура измерения. Подвижный электрод ручкой 7 опускается до упора и выставляется нуль индикаторной головки 18. Подвижный электрод поднимается на высоту, большую высоты держателя. При этом сначала перемещается шток индикаторной головки на величину ее рабочего хода и далее пружина 21, сжимаясь, позволяет перемещаться индикаторной головке 18 с жестко скрепленной с нею втулкой 20 с фланцем. Держатель с образцом с помощью манипулятора 10 ручкой 12 перемещается из кассеты 13 в межэлектродное пространство, после чеro подвижный-электрод опускается до упора. При этом сначала пружина 2 1, разжимаясь, перемещает вниз индикаторную головку 18 с втулкой 20 с фланцем до тех пор, пока втулка с фланцем не зафиксируется на трех сфеб рических опорах 22. Далее перемещается шток индикаторной головки 18.

Снимаются показания индикаторной головки, coo T вет ст вующи е межэле ктродs ному расстоянию t и измеряется емJ кость ячейки С . Подвижный электрод поднимается вверх. Держатель с образцом перемещается манипулятором 10 из межэлектродного пространства в касtd сету.. С помощью ручки 7 восстанавливается межэлектродное расстояние t .

Измеряется емкость Cg. Дальнейшие операции аналогичны описанным.

Расчет диэлектрической проницаемос1 ти ведется по формуле

С -С .

Е= — é

Со где C = 0,0695 —, (см), Э26 где 0 — диаметр электродов.

Введение в состав ячейки держателей образцов и упругого механизма для крепления индикаторной головки дает возможность расширить диапазон тол2s щин измеряемых образцов твердых диэлектриков.

Ячейка для исследования диэлектрических характеристик твердых диэлектриков по авт. св. Н 785712, о тл и ч а ю.щ а я с я тем, что, с целью расширения диапазона исследуемых диэлектриков, ячейка снабжена держателями для образцов, число которых равно числу полок кассеты, которые выполнены в виде двух стянутых винта в ми и сопрягающихся по конической поверхности колец., кроме того, ячейка дополнительно снабжена установленными на кронштейне тремя сферическими опо.рами и упругим механизмом, состоящим из подвижной втулки с фланцем, рас45 порной г,ружины и ограничительной шайбы, причем втулка своим фланцем прижимается к сферическим опорам распорной пружиной.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР и 785712, кл. G 01 И 27/22, 31 07 79.