Ячейка для исследования диэлектрических характеристик твердых диэлектриков Советский патент 1983 года по МПК G01N27/22 

Изобретение относится к измерител ной технике. По основному авт. св. № известна ячейка для исследования диэлек трических, характеристик твердых диэлектриков, содержащая подвижный и неподвижный электроды, заключенные в корпус, состоящий из .верхнего и нижнего оснований, соединенных теплоизоляционными стержнями, теплоизоляционную крышку, закрепленную под верхним основанием, поворотный манипулятор и кассету для размещения образцов. При исследованиях диэлектрических характеристик в диапазоне температур ячейка устанавливается в воздушный термостатГ13Недостатками этой ячейки являются большое время выхода на заданную температуру, обусловленное сравнительно большой массой и теплоемкостью термостатируемых узлов ячейки при их малой поверхности, и наличие-градиента температуры между теплоносителем и термостатируемыми узлами ячейки электродами и кассетой), обусловленное передачей тепла через электрические выводы и управляющие органы ячейки, при этом изменение температуры окружающей среды вызывает соответствующие изменения,температуры электродов и кассеть, .что увеличивает погрешность измерения диэлектрических характеристик . Цель изобретения - сокращение времени температурных измерений при одновременном повышении точности. Цель достигается тем, что в термостатированную ячейку для исследования диэлектрических характеристик твердых диэлектриков, содержащую подвижный и неподвижный электроды, заключенные в корпус, состоящий из верхнего и ниж него оснований, соединенных теплоизоляционными стержнями, теплоизоляционную крышку, закрепленную под верхним основанием, поворотный манипулятор и кассету, дополнительно введены экран тарельчатой формы и обечайка, выпол ненные из теплопрозодящег материала причем тарельчатый экран прикреплен через теплоизоляционные прокладки к нижней поверхности теплоизоляционной крышки. При этом теплопроводящий экран со единен с теплоизоляционными стержнями с помощью плавающих цанг, а теп лоизоляционные стержни от места соед нения с экраном до нижнего основания ячейки покрыты теплопроводящим материалом. Воздушный зазор между экраном и теплоизоляционной крышкой составляет не более .5 мм. Кроме того, для обеспечения хорошего теплового контакта обечайки с теплопроводящим экраном они могут со ёдиняться с помощью байонетного соединения. Причем высота обечайки может быть равна расстоянию от дна термостата до нижнего края экрана с положительным допуском, равным упругости экрана Плотное прилегание экрана к верхнему краю обечайки в этом случае обес печивается собственным весом ячейки. Введение теплопроводящих экранов и обечайки уменьшает время выхода яче йки на заданную температуру и уменьшает градиент температуры за счет увеличения тепловоспринимающей поверхности термостатируемых узлов яче ки, что обеспечивает уменьшение теплового сопротивления между термостатируемыми узлами ячейки и теплоносителем. Уменьшение градиента обеспечи вается также за счет экранирования теплопроводящим экраном влияния температуры окружающей среды на температуру узлов ячейки. Этому же способствует крепление теплопроводящего экра на к теплоизоляционным стержням и покрытие нижней {контактирующей с плавающими цангами) части последних теплопроводящим материалом. Воздушный зазор толщиной не более 5 мм обеспечивает дополнительную эффективную теплоизоляцию между теплопроводящим экраном и теплоизоляционной крышкой за счет отсутствия в такой зазоре конвективных потоков воздуха , а неподвижный воздух является очень хорошим теплоизолятором. На чертеже изображена схема предлагаемого устройства. Ячейка содержит подвижный 1 и неподвижный 2 электроды, заключенные в корпус, состоящий из верхнего 3 и нижнего 4 оснований, соединённых теплоизоляционными стержнями 5, манипулятор 6, кассету 7 для образцов диэлектриков, укрепленную под верхним основанием 3 теплоизоляционную крышку 8, к которой через теплоизоляционные прокладки 9 прикреплен теплопроводящий тарельчатый экран 10, опирающийся краями на верхний край обечайки 1 1 , установленной в термостат 12, в котором расположены также нагреватель 13 и центробежный вентилятор 1. Теплопроводящий экран 10 соединен с теплоизоляционными стержнями 5 плавающими цангами 15, а сте.ржни 5 по всей длине от места соединения с экраном 10 до нижнего основания k покрыты теплопроводящим материалом для уменьшения теплового сопрютивления между экраном 10 и нижним основанием М с укрепленными на нем неподвижным электродом 2 и кассетой 7. Высота обечайки 11 равна расстоянию от дна термостата до нижнего края экрана 10 с положительным допуском, равным упругости экрана 10. При этом экран 10 под собственным весом ячейки плотно прижимается к верхнему краю обечайки 11, обеспечивая хороший тепт ловой контакт. Температурные измерения на ячейке осуществляются следующим образом. После нагрузки ячейки образцами и помещения ее в термостат 12 устанавливается нужная температура измерения по заданному для данного материала закону и включается нагреватель 13 и центробежный вентилятор . Теплоноситель (воздух), окружающий термостатируемые узлы ячейки, увлекается центробежным вентилятором И, проходит через нагреватель 13 и поднимается вверх вдоль обечайки 11, отдавая тепловую энергию термостатируемым узлам ячейки, обечайки 11 и тарельчатому экрану 10. При этом термостатируемые узлы ячейки (электроды 1 и 2, манипулято.р 6, кассета 7) нагреваются не только непосредственно от теплоносителя, но и от обечайки 11 и экрана 10 за счет малого теплового сопротивления между этими узлами, т.е. обечайка 11, контролируя с экраном 10, а через него с узлами ячейки, выполняет роль радиатора, что значительно улучшает теплообмен термостатируемых узлов ячейки с теплоносителем термостата. В результате уменьшается вре,мя выхода ячейки на заданный температурный режим и градиент температуры между узлами ячейки, обусловленный утечкой тепла через электрические выводы и органы управления. Введение в состав ячейки теплопроводящих экранов и обечайки и обеспечение малого теплового сопротивления между ними и термостатируемыми узлами ячейки позволяет повысить производительность температурных измерений диэлектрических характеристик за счет уменьшения времени выхода ячейки на заданную температуру и повысить точность измерений за счет уменьшения градиента температуры между верхним и нижним электродами и кассетой с образцами диэлектриков. Испытания предлагаемой ячейки показали, что время выхода ячейки на заданный температурный режим сокращается в 1,t-1,5 раза, градиент температуры между теплоносителем и узлами ячейки уменьшается с 2 до 0,, а градиент температуры между верхним и нижним электродами и кас сетой уменьшается с 0,5-0,4 до 0,lC. Это существенно снизило температурну составляющую погрешности измерения диэлектрических характеристик. Формула изобретения 1. Ячейка для исследования диэлектрических характеристик твердых ди100электриков по авт. св. № 785712, о тличающаяся тем, что, с целью сокращения времени температурных измерений при одновременном повышении точности, в нее дополнительно введены экран тарельчатой формы и обечайка, выполненные из теплопроводящего материала, причем тарельчатый экран прикреплен через теплоизоляционные прокладки к нижней поверхности теплоизоляционной крышки. 2.Ячейка поп, 1,отличающ а я с я тем, что теплопроводящий экран соединен с теплоизоляционными стержнями с помощью плавающих цанг, а теплоизоляционные стержни от места соединения с экраном до нижнего основания ячейки покрыты теплопроводящим материалом. 3.Ячейка по пп. 1 и 2., о т л и чающаяся тем, что воздушный зазор между экраном и .теплоизоляционной крышкой составляет не более 5 мм. 1. Ячейка по пп. 1-3, о т л и ч аю щ а я с я тем, что обечайка прикреплена к тарельчатому экрану с помощью байонетного соединения. 5. Ячейка по пп. 1-3, о т л и ч аю щ а я с я тем, что высота обечайки равна расстоянию от дна термостата до нижнего края тарельчатого экрана с положительным допуском, равным упругости экрана. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР N 785712, кл. G 01 N 27/22, 1979J