Способ определения удельной емкости фольги Советский патент 1991 года по МПК G01R27/26 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике в конденсаторост- роении и может быть использовано для определения удельной емкости фольги, идущей на изготовление электролитических конденсаторов.

Цель изобретения состоит в повышении точности измерения удельной емкости фольги путем измерения емкости измерительных электродов непосредственно при измерении удельной емкости фольги и учета ее при определении удельной емкости измеряемой фольги.

На чертеже представлено устройство, реализующее данный способ.

Способ реализуется следующим образом.

По обе стороны фольги, находящейся в электролите, симметрично располагают два измерительных электрода и окружающие их охранные электроды в одной плоскости с измерительными электродами. При этом образуют контрольный конденсатор, параметры которого измеряются, для чего измерительные электроды подключают к одной клемме измерительного прибора, а фольгу - к другой, охранные электроды подключают к выходу схемы балансировки потенциала, вход которой подключают к измерительным электродам. Охранные электроды служат для создания однородного электрического поля в зоне измерения при условии поддержания на них потенциала во время измерения, равного потенциалу измерительных электродов. Проводят перО 4D

00 О

вое измерение емкости контрольного конденсатора, который состоит из двух одинаковых электролитических конденсаторов, образованных фольгой, электролитом и измерительным электродом с одной и с другой стороны фольги, причем каждый из этих конденсаторов состоит из последовательно включенных емкостей двойных слоев на границах фольга - электролит и измерительный электрод-электролит. Поэтому можно записать выражение

2 1 , 1(1)

ние ж

-. - / Л ,

Ьф .э.

где Ci - первое значение измеренной емкости контрольного конденсатора;

Сф-емкость измеряемого участка фольги (емкость двойного слоя границы фольга- электролит);

Си.э. - емкость измерительного электрода (емкость двойного слоя границы измери- тельный электрод - электролит).

Затем изменяют площадь поверхности измерительного электрода с одной стороны фольги, причем площадь измерительного электрода сохраняют прежней, а поверхность измерительного электрода распределяют равномерно внутри этой площади, и совершенно аналогичные операции проводят с измерительным электродом с другой стороны фольги. Проводят второе измерение емкости контрольного конденсатора, причем плотность тока через измерительные электроды поддерживают равной плотности тока через измерительные электроды при первом измерении.

При сообщении электроду некоторого количества электричества прбисходит соответствующее изменение потенциала электрода, что вызывает изменение емкости двойного слоя. Сохранение плотности тока через измерительные электроды при втором измерении приводит к тому, что измерительным электродам сообщается такое же, как и при первом измерении, количество электричества, то есть, изменение емкости двойного слоя будет таким же. Поэтому емкость измерительных электродов изменится пропорционально изменению площади поверхности измерительных электродов. Равномерное распределение поверхности измерительного электрода по площади измерительного электрода и выравнивание неоднородности электрического поля приводит к тому, что сохранится площадь изме- ряемого участка фольги. Изменение площади поверхности измерительных электродов можно проводить в таких пределах, чтобы не нарушалась однородность электрического поля у поверхности измеряемых

участков фольги. Емкость измеряемых участков фольги практически останется неизменной, хотя плотность тока через них изменится пропорционально изменению площади поверхности измерительных электродов, Это объясняется тем, что для изготовления электролитических конденсаторов применяется фольга из вентильных металлов (например, алюминия), которые всегда покрыты слоем оксида, естественного или искусственного происхождения, причем оксид является полупроводниковым материалом, а емкость границы полупроводник-раствор определяется непосредственно свойствами и толщиной полупроводникового материала

Поэтому можно записать выражение

2 -JL.4--2-п

- г f .)

С.2 Сф Си э

где С2 - второе значение измеренной емкости контрольного конденсатора;

п - коэффициент изменения площади поверхности измерительного электрода (п - при уменьшении, 0 хп 1 - при увеличении).

Затем из выражений (1)и (2) определяют Си э , после чего Сф

1 - п С2 Са

Си э -

г - Ci

Сф -

С2-С1

Си:

(3) (4)

2 Сиэ -Ci Удельную емкость фольги определяют по известным величинам Сф и площади измерительного электрода

СудФ (5)

где Судф - удельная емкость фольги;

S - площадь измерительного электрода.

Устройство для осуществления способа содержит датчик 1, состоящий из диэлектрического основания 2, измерительного электрода, выполненного в виде плоского пакета лент 3 и 4, свернутых спиралью из фольги, изолированных лентами 5 и 6 из диэлектрика, охранного электрода 7, изолированного от измерительного электрода лентой 9, выводов 10 от охранного электрода, 11,12 - от лент измерительного электрода, выведенных через отверстия 13, 14, 15 основания, фольгу 16, электролит 17, измерительный прибор 18, переключатели 19,20, схему 21 балансировки потенциала, контактирующий блок 22. Фольга 16 в электролите 17 помещена симметрично между двумя датчиками 1, выводы 12 которых соединены с первой клеммой измерительного прибора 18, выводы 11 через переключающие контакты переключателей 19 и 20 и их размыкающие контакты соединены с той же клеммой

измерительного прибора 18, а выводы 10 - с выходом схемы 21 балансировки потенциала. Вторая клемма измерительного прибора 18 через контактирующий блок 22 соединена с фольгой 1 б. Вход схемы баланси- ровки потенциала 21 соединен с первой клеммой измерительного прибора 18.

Способ осуществляется при помощи этого устройства следующим образом. Исходное положение переключателей 19 и 20 показано на чертеже. Проводится первое измерение емкости контрольного конденсатора, затем контакты переключателей 19 и 20 размыкаются, при этом площадь поверхности измерительных электродов обоих датчиков 1 уменьшается в два раза,Проводится второе измерение, причем измерительный прибор 18 регулируют так, чтобы ток через контрольный конденсатор был в два раза меньше, чем при первом измерении. После чего по результатам измерений и из- вестнрй площади измерительного злектро- да датчика: 1 определяется удельная емкость измеряемой фольги.

В качестве измерительного прибора 18 может быть применено устройство, представляющее собой мост переменного тока, в одно плечо которого включается измеряемый контрольный конденсатор и, последовательно включенный с ним, прибор, регистрирующий переменный ток; генератор синусоидального напряжения должен быть с регулировкой амплитуды синусоидального напряжения.

В качестве схемы балансировки потен- циала 21 можно использовать повторитель напряжения.

Использование способа измерения удельной емкости фольги позволяет повысить точность измерения удельной емкости фольги, так как непосредственно по результатам двух измерений можно определить параметры измерительных электродов и учесть приточном определении параметров фольги. Возможность определения пара-

метров измерительных электродов снижает требования, предьявляемые к измерительным электродам датчиков, а именно, к величине емкости двойного слоя измерительных электродов.

При известном удельном сопротивлении электролита, в котором проводятся измерения, и расстоянии между фольгой и измерительными электродами датчиков, можно аналогично измерять и тангенс угла потерь фольги и измерительных электродов датчиков.

Формула изобретения Способ определения удельной емкости фольги, при котором помещая фольгу в электролит симметрично между двумя измерительными электродами и окружающими их охранными электродами, расположенными в одной плоскости с измерительными, и подключая фольгу и измерительные электроды к измерительному прибору, измеряют емкость образованного контрольного конденсатора, поддерживают во время измерения потенциал охранных электродов равным потенциалу измерительных электродов, о т - личающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, изменяют емкости измерительных электродов путем изменения площади поверхности измерительного электрода с одной стороны фольги, причем площадь измерительного электрода сохраняется неизменной, а поверхность измери- тельного электрода распределяется равномерно внутри этой площади, и аналогично изменяют площадь поверхности измерительного электрода с другой стороны фольги, проводят второе измерение емкости контрольного конденсатора, причем плотность тока через измерительные электроды поддерживают равной плотности тока через измерительные электроды при первом измерении, а по результатам измерений емкости определяют составляющие емкости контрольного конденсатора и удельную емкость фольги.

11

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано для определения удельной емкости фольги при изготовлении электролитических конденсаторов. Цель изобретения - повышение точности измерений - достигается путем изменения в известное число раз площади поверхности измерительного электрода, сохраняя его площадь и плотность тока до и после коммутации постоянными. Фольгу 16 помещают в электролит 17 симметрично между двумя измерительными электродами 3,4, окруженными охранными электродами 7, подключают фольгу 16 и измерительные электроды 3, 4 к измерительному прибору 18, измеряют емкость образованного конденсатора, изменяют площадь поверхности измерительных электродов, сохраняя постоянной их площадь, поддерживают равными плотности тока через измерительные и охранные электроды, проводят второе изменение емкости контрольного конденсатора, по результатам первого и второго измерений емкости вычисляют составляющие емкости контрольного конденсатора и удельную емкость фольги. 1 ил. со