Способ измерения электрических параметров фольги Советский патент 1991 года по МПК G01R27/26 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике в конденса- торостроении и может быть использовано для измерения удельной емкости и тангенса угла потерь фольги, идущей на изготовление электролитических конденсаторов„

Целью изобретения является повышение точности измерения удельной емкбсти и тангенса угла потерь фольги путем определения и учета параметров измерительных электродов при тех же условиях, в которых находились измерительные электроды при измерении параметров фольги.

На фиг.1 изображена измеряемая цепь при первом измерении; на фиг.2 - эквивалентная схема цепи при первом измерении; на фиг.З - измеряемая цепь при втором измерении; на фиг.4 эквивалентная схема цепи при втором измерении} на фиг.5 - измеряемая цепь при измерении параметров контрольных электродов; на фиг.6 - эквивалентная схема измеряемой цепи при измерении параметров контрольных электродов.

Способ измерения электрических параметров фольги осуществляют следующим образомо

Фольгу - 1, находящуюся в электролите 2, помещают симметрично на расстоянии 1 между двумя датчиками 3, каждый из которых состоит из диэлектрического основания 4 и размещенных на нем в одной плоскости контрольного электрода 5, охранного электрода 6 и измерительного электрода 7. К одной клемме измерительного устройства 8 подключают измерительные электроды 7 датчиков 3, а к другой - через контактирующее устройство 9 фольгу 1. Охранные электроды 6 датчиков 3 подключают к выходу схемы 10 балансировки поценциала, вход которой подключают к измерительным электродам 7 датчиков 3 (фиг.1)с Проводят первое измерение емкости и определение тангенса угла потерь образованной цепи измерительным устройством 8, например, по схеме поляризованного моста для измерения емкости и тангенса угла потерь, причем тангенс угла потерь определяется, как

tg 8 2ftfC,R

КЛК

О)

где f - частота сигнала, на которой

производят измерение; С„ - последовательная емкость измеряемой цепи;

Rj( - последовательное эквивалентное сопротивление потерь измеряемой цепи. Охранные электроды б служат для устанения краевых эффектов и создания однородного электрического поля в зоне измерения между измерительными электродами 7 и фольгой 1,. благодаря чему ограничивается измеряемый участок фольги 1, площадь которого при однородном электрическом поле равна видимой геометрической площади измерительных электродов 7.

Измеряемая цепь (фиг.2) представляет собой два параллельно соединенных электролитических конденсатора, одной обкладкой которых являются измерительные электроды 7, а другой участки фольги 1, противолежащие

измерительным электродам 7. Эквивалентную схему такой цепи можно представить в виде параллельного соединения двух цепей, одна из которых состоит из последовательного соединения емкости измерительного электрода 7 С, сопротивления активных потерь измерительного электрода 7 Ки,

сопротивления объема электролита 2, ограниченного измерительным электродом 7 и фольгой 1, &ЭА сопротивления активных потерь измеряемого участка фольги 1 и емкости измеряемого участка фольги 1 cl, другая - ,,„ г н « р . v р

ИЗ ц , И. и , Kg,, Kq, , U J .

Обычно (Ц, / С и 1Ц, Pj , но так как при двустороннем измерении параметров фольги получают усредненные значения параиетров, характеризующие фольгу в- целом, а не с одной и другой стороны, то можно принять С «р Сф Сл, к (j - Кф Rip. R р и С а, - параметры измеряемого участка

5 фольги, причем

(2)

С«р Cffl.y S,

R БЛ-JL. R(f s

(3)

где S площадь измеряемого участка фольги;

Сц„ф. - удельная емкость фольги;

Rqq.m Удельное поверхностное сопротивление активных потерь фольги.

печивается симметричным размещением

датчиков 3 по обе стороны фольги. Равенство , C(,HRj, R - RM обеспечивается технологией изго- товления датчиков и одинаковыми условиями их эксплуатации, поэтому можно записать

Равенство Я. ц R ,4 R9/f обес5

г - 2Ј-и- --Ј с и + ст

(4)

R, r(R + + . 5

где С .и R( - измеренные параметры цепи при первом измерении , 0 a tg Q определяется по формуле (1).

I

Таким образом, измеренная емкость

С -, кроме емкости измеряемого участка фольги 1, содержит и емкость измерительных электродов 7, а сопротивление активных потерь К,, кроме сопротивления активных потерь измеряемого участка фольги 1, содержит сопротивление объема электролита

между измерительными электродами 7 и фольгой 1 и сопротивление активны потерь измерительных электродов 7, что особенно сказывается при измерении высокоемкой фольги, когда становятся соизмеримыми величины Сц и С, Ки и Rq. Тогда, если параметры Си, Ни и R9A известны, то емкость измеряемого участка фольги 1 можно вычислять по формуле

Cqp ;: (6) т л, и - С ,

сопротивление активных потерь измеряемого участка фольги

, 2Rj - R14 - КЭЛ , (7) а тангенс угла потерь по формуле (1)

С целью оперативного измерения параметров измерительных электродов без применения дополнительных средст целесообразно ввести контрольные электроды в датчики для измерения электрических параметров фольги.

Для определения параметров С и и RH контрольные электроды 5 датчиков 3 подключают к одной клемме измерительного устройства 8, а измерительные электроды 7 - к другой (фиг.З), причем контрольные электроды 5 включают анодом, а измерительные электроды 7 - катодом. Измеряют параметры образованной цепи, причем ток, протекающий через измеряемую цепь, должен быть такой же величины что и ток, протекающий через измеряемую цепь при первом измерении.

Эквивалентная схема цепи при втором измерении показана па фиг.4, где С к и RK - емкость и сопротивление активных потерь контрольных

п

- соэлектродов 5 датчиков 3, R противление объема электролита при втором измерении, причем R R3

т

т

Cfl и R lit емкость и сопротивление активных потерь измерительных электродов при втором измерении, причем С Си, Кц Rn (так как через измерительные электроды 7 протекает такой же ток, что и при первом измерении). Измеренные параметры цепи С2 и Rg определяются формулами

2С„ + С„

С„ + СИ 2(к R

(8) + Ru), (9)

откуда определить при известных Cr, Rfc и RJJ реальные параметры измерительных электродов

И

С2- Ск

(10)

.

и - .«.Ј - IV КIX Д.(И)

Так как измерения производятся

Ru - 2R/7 RK Rэд

при стабильных составе и температуре электролита 2, то сопротивления R 9А и R IJ при одинаковых значениях 1 (фиг,1 и 3) можно связать коэф- фициентом k, которьш определяется геометрическими размерами датчика 3 и расстояниями 1, то есть можно записать

R1

Л :

k R

э/i

(12)

9rt тогда

Rw 2R,;. - RK - k R9, . (13) Теперь по результатам двух измерений можно вычислить реальные значения емкости и сопротивления активных потерь измеряемого участка фольги

г С Г С С к

Т 2С, (с2 - С() - С2- С/ (14)

аф 2(R, - R) - Rw(1 - k) + RK, T(15)

а по формуле (1) - тангенс угла потерь измеряемой фольги.

I Сопротивление R 9A легко опреде- лить по формуле

R:

-

(16)

эд 5и

где 1 - расстояние от поверхности

электродов датчиков 3 до фольги 1;

S - видимая геометрическая площадь измерительного электрода 7; р«ЭЛ - удельное сопротивление

электролита.

Для реализации способа параметры С и RK контрольных электродов 5 должны быть стабильны, одинаковы с для обоих датчиков 3 и известны. Первые два требования удовлетворяются выбором материала электродов и технологией их изготовления о

Измеряют параметры контрольных Q электродов следующим образом.

Контрольный электрод 5 устанавливают на датчике 11, который содержит диэлектрическое основание 12 с размещенными на нем электродами 13 и 14, играющими роль охранных электродов, причем контрольный электрод 5 окружает электрод 13, а электрод 14 окружает контрольный электрод 5 (фиг.З). Датчик 11 в электролите

7

2 устанавливают возле платинированной пластины 15 на расстоянии 1 (как и при основных двух измерениях), контрольный электрод 5 подключают к одной клемме измерительного устройства 8, а платинированную платину 15 через контактирующее устройство 9 - к другойс Электроды 13 и 14 подключают к выходу схемы 10 балансировки потенциала, вход которой подключают к контрольному электроду 5, причем последний включают анодом, а платинированную платину 1 катодом. Электрический режим электрда 5 устанавливают таким же, как и при втором измерениио Материал и технология изготовления электродов 13 и 14 должны быть такими же, как и контрольного электрода 5. Эквиваленная схема измеряемой цепи показана на фиг о 6, где Cftn и R n,n - йарамет рн участка платинированной пластины 15, участвующего в измерении (ограничивается видимой поверхностью электрода 5), - сопротивление объема электролита, ограниченного

электродом 5 и участком платинированной платины 15, RK и Ck - параметры контрольного электрода 5. Измеряют параметры образованной цепи, получают

С п-п - Ск

c3 r--i-Fl (17) п.п + ь к

Яз Rn.n + -f RK, (18)

где С и Кз - измеренные параметры

цепи.

Так как платинированная татина имеет очень развитую поверхность, то Ск, Rnn «

R 9« И R П.П «

97

8

меряемой фольгой 1 и поверхностью электродов и связывающий сопротивления объемов электролита 2 при первом и втором измерениях, определяют следующим образомо

Проводят измерение, аналогичное первому измерению, при этом вместо фольги 1 устанавливают платинированную платину 15. В этом случае результатами измерений являются

0

5

0

с в 2Ј-и- п-4 си + сп.п

&4 и + э Учитывая, что С

(21) + Rnn ) (22)

«R

л С

л п,п 2С

1

« Rk и

П.П

Ltl П

ск,

R

п.п

«

можно

записать (23)

4 -0-(RH+ 1Ц

4 Т - при этом определяют по формуле (18).

Из формул (8), (9), (16) и (24) определяют , а затем по известным значениям RgA и R. по формулам

(12) - (24) определяют коэффиЦент k, характеризуьищй геометрические размеры измерительной цепи и связывающий сопротивление объема электролита между измерительными электродами и фольгой и сопротивление объема электролита между измерительными электродами и контрольными электродами по формуле

R21

R

эи

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике в области конденсаторостроения и может быть использовано для измерения удельной емкости и тангенса угла потерь фольги, идущей на изготовление электролитических конденсаторов. Цель изобретения - повышение точности - достигается путем определения и учета параметров измерительных электродов в тех же условиях, в которых находились измерительные электроды при измерении параметров фольги. Способ заключается в измерении удельной емкости и тангенса угла потерь фольги при протягивании ее в электролите между двумя измерительными электродами путем подключения фольгп к одной клемме измерительного устройства, а измерительных электродов к другой. Затем проводят второе измерение: контрольные электроды, установленные в одной плоскости с измерительными и охранными электро- длми и окружяю 1ие охранные электроды, подключают к однои клемме измерительного у гроиства, а измерительные электроды - к другой, измеряют емкость и тангенс угла потерь образованной цепи. По результатам двух измерений с учетом емкости и тангенса угла потерь контрольных электродов, сопротивления обьема электролита, коэффициента, характеризующего гео- метричест ие размеры измерительной цепи, вычисляют реальные значения удельной емкости и тангенса угла потерь измеряемой фольги. 6 ил. (Л О5 г 3D

ГР

поэтому

С а С К

4 1

+ R

К

IV

К

(19) (20)

определяют по известным

эл

л , 1, S K., где SK - видимая геометрическая площадь контрольного электрода 5С Таким образом, это измерение позволяет определить параметры С к и RK контрольных электродов 5о При соответствующем выборе материала, технологии изготовления и эксплуатации контрольных электродов 5 эти параметры стабильны, поэтому для реализации способа параметры контрольных электродов 5 измеряют только при изготовлении датчиков 3.

Коэффициент k, характеризующий геометрические размеры датчиков 3 совместно с расстоянием 1 между из

Таким образом, по результатам дополнительных измерений, проводимых при изготовлении датчиков, определяют параметры Ск, RK, и k. Сопротивление также является: постоянной величиной для измерений, проводящихся в электролите одинако- вцх состава и концентрации при одинаковой температуре. При этом все измерения необходимо производить при одинаковых расстояниях 1. Датчики обычно крепятся на дополнительные основания, имеющие выступающие буртики, предназначенные для исключения соприкосновения поверхности электродов с фольгой и фиксации расстояния от электродов до фольги. При измерениях фольга фиксируется симмптрично между датчиками именно этими буртиками.

Размеры пластины платинированной платины должны быть такими, чтобы электрическое поле в зоне измерений было однородным Так, например, пластина платинированной пластины может быть зафиксирована по отношению к датчику с одной стороны при помощи буртиков и дополнительной ровной поверхностью с другой стороны.

Наиболее эффективно применение способа при автоматическом непрерывном неразрушающем контроле параметров фольги непосредственно при ее обработке (травлении, формовке), что позволяет сократить технологические потери фольги и повысить ее качество

Формула изобретения

Способ измерения электрических параметров фольги, заключающийся в том, что измеряют удельную емкость и тангенс угла потерь фольги при протягивании ее в электролите между двумя измерительными электродами и окружающими их охранными электродами, установленными в одной плоскости с измерительными электродами, путем подключения фольги к одной клемме измерительного блока, а измерительных электродов - к другой, при этом фольгу подключают анодом, измерительные электроды ч- катодом, а потенциалы измерительных и охранных электродов поддерживают равными друг ДРУгу, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения удельной емкости и тангенса

угла потерь фольги, размещают контрольные электроды в одной плоскости с измерительными и охранными электродами так, чтобы контрольные электроды окружали охранные, подключают

5 контрольные электроды к одной клеме, а измерительные - к другой и осуществляют второе измерение емкости и тангенса гла потерь образоьанной цепи, причем величину измерительного напряQ ження ой же частоты устанавливают такой, чтобы через измерительную цепь протекал ток, равный по величине и направлению току, протекающему через измерительные электроды при

5 первом измерении, и по результатам измерений, с учетом предпарительно известных значений емкости и тангенса угла потерь контрольных электродов, сопротивления объема электролиQ та между измерительными электродами и измеряемыми участками фольги, а также коэффициента, характеризующего геометричесике размеры измерительной цепи при двух измерениях, вычисляют действительные значения удельной емкости и угла потерь измеряемой фольги, а также измерительных

электродов, I

5

Фиг. 1

Си1 Ни1

с. Ru Ran JV

Рэл1

Фиг. 2

in

f|-ч™ -i I,

ПЗ iiW ,/ЧMi/ э

ttt

Э /BV

ti Э

Ј Ыф

616191

Фиг. 5

Фиг. 6