Динамический измерительный конденса-TOP Советский патент 1981 года по МПК H01G5/16 

I

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении комплексной диэлектрической проницаемости материалов на С.ВЧ.

Известен измерительный конденсатор для- измерения диэлектрических параметров твердых материалов, содержащий корпус, неподвижный и подвижный электроды, ми-, крометрическйй винт 1. Шток винта с подвижной пластиной соединен посредством шарового шарнира, обеспечивающего параллельность электродов. Однако подобная конструкция не обеспечивает подключения конденсатора к коаксиальной линии для измерения на СВЧ.

Наиболее близким по технической сущности является динамический измерительный конденсатор, содержащий корпус с размещенными в нем центральным проводником коаксиальной линии иподвижным поршнем 2.

Однако такая конструкция в значительной мере искажает распределение высокочастотного электромагнитного поля и не обеспечивает измерений на СВЧ.

Ввиду малого входного сопротивления конденсатора при К г 1, здесь к - волновое число, 2. - диэлектрическая проницаемость образца, г - его радиус, конденсатор становится непригодным для измерения сегнетоэлектриков с Z 10 в сантиметровом диапазоне (см. книгу В. М. Петрова «Диэлектрические измерения сегнето электрикоа, М., 1972). Уменьщение диаметра центрального проводника несколько расширяет динамический диапазон конденсатора и пределы измеряемых величин, однако при этом резко возрастает погрешность

|о измерения из-за краевых эффектов.

Известный конденсатор не позволяет измерять тонкие и хр упкие нитевидные монокристаллы. Более того, при наличии сильного пьезоэффекта и высокой электромеханической связи механическое воздействие

15 линии существенно искажает измеряемые .

Целью изобретения является расширение пределов измерений.

Достигается это тем, что известный измерительный динамический конденсатор, со держащий корпус с размещенными в нем центральным проводником коаксиальной линии и подвижным порщнем, снабжен диэлектрической шайбой с металлизирован11ЫМИ торцами, p;i;iMoiuoiiiion между центральным цроиодмиком коаксчииипюй линии и нодвижмым норшнем, причем внешний диаметр диэлектрической И1айбы равен диаметру центрального коаксиального ироводника.

В центре Н1айбы установлен измеряемый образец, диаметр которого не имеет ограни чений, а ДЛИНА на I-2% меньше длины 1найбы, нричем контакт торцовых новерхностей образца вьшолием из жидкого металлического сплава, наиример, индия-галия.

Иенользование такой конструкции динамического измерительного концентора, приводит к перераспределению нолей.в конденсаторе и обесценивает измерение тонких образцов, наиример, нитевидных монокристаллов без ограничений на эффективный раднус, цри ничтожном краевом эффекте расширяет нределы измеряемой величины диэлектрической цроницаемости, иричем свободной от механического воздействия, и динамический диапазон при сохранении точности измерений.

На чертеже нредставлен предлагаемый динамический измерительный конденсатор.

Конденсатор содержит диэлектрическую Н1айбу 1, размещенную между центральным проводником коаксиальной линии 2 и нодвижмым иорншем 3, нрижимаемым к шайбе штоком микрометрического винта 4 и возвращаемого в исходное ноложение пружиной 5. Центральный проводник 2 удерживает диэлектрические ншйбы 6. В корпусе конденсатора 7 полость 8 обеспечивает термостатирование измеряемого образца через отверстия 9. Фишка 10 обеснечивает разборку конденсатора, фин1ка 11 - присоединение его к коаксиальной измерительной линии. Измеряемый образец 12 установлен в диэлектрической шайбе 1.

В результате перераспределения нолей в конденсаторе, содержащем диэлектрическую шайбу,его комплексная емкость с учетом неоднородного распределения полей в кристалле равна

S§{T(,)Uo JXfi( г .(АУ

. Сэ) J.C.)(.()(ft)l ,

-(|yj.(,(plfflo(,()li

где Qt Кг; . J5 j5. Kr,Vl,;

к - волновое ЧИСЛО ,

Г-радиус и - длина измеряемого кристалла;

.()„комплексная диэлектрическая проницаемость измеряемого кристалла;

П- радиус диэлектрической шай .бы;

b,Z,(1-tlM) -комплексная диэлектрическая

поницаемость щайбы; J -соответствующие функции Бесселя-,

NO и N,-функции Неймана; Сэ -постоянная Эйлера. По известным величинам радиуса и длины измеряемого образа, комплексной диэлектрической проницаемости шайбы и комплексной емкости конденсатора, которая определяется но измеренному стандартными методами стоячих волн полному входному сопротивлению, определяют комплексную диэлектрическую проницаемость исследуемого образца, по формуле емкости конденсатора.

Наличие диэлектрической щайбы с металлизированными торцами и жидкого контакта образца с линией улучшает контакт шайбы с линией и исключает механическое 5 воздействие на измеряемые параметры, раснжряет пределы измеряемой диэлектрической проницаемости до 10 и частотный диапазон до 10 ГГц при сохранении точности измерений, обеспечивает частотные и температурные измерения тонких и хрупких образцов, например, нитевидных монокристаллов сегнетоэлектриков и полупроводников с высокой электромеханической связью без ограничений на эффективный раднус.

Формула изобретения

Динамический измерительный конденсатор, содержащий корпус с размещенными в нем центральным проводником коаксиальной линии и подвижным пор uJHeM, ,ргуг«чающийся тем, что, с целью расширения пределов измерений, он снабжен диэлектрической шайбой с металлизированными торцами, размещенной между центральным проводником коаксиальной линии и подвижным 45 порщнем, причем внешний диаметр диэлектрической шайбы равен диаметру центрального, коаксиального проводника.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе ;„ 1. Авторское свидетельство СССР Ks 174273, кл. Н 01 G 5/16, 1965.

2. Авторское свидетельство СССР № 41Т527, кл. Н 01 G 5/16, 1972 (прототип).

//

i-/