Ячейка для исследования диэлектрических характеристик твердых диэлектриков Советский патент 1981 года по МПК G01N27/02 

Изобретение относится к измерител ной технике и может быть использовано для определения диэлектрических ХеЧ актеристик твердых электроизоляционных материалов в виде тонких пле нок в диапазоне температур при Помощи резонансных или мостовых измерителей емкости или добротности. По основному авт. св. № 785712 из вестна ячейка для исследования ди электрических характеристик образцов твердых электроизоляционных мате риалов в диапазоне температур, содер жащая подвижный и неподвижный электроды, корпус, состоящий из верхнего и нижнего оснований, соединенных теп лоизоляционными стержнями, теплоизоляционную крышку, закрепленную под верхним основанием, индикаторную головку с кронштейном для ее крепления кассету в виде полок, выполненных в размер образца и скрепленных между собой стяжками через прокладки, выполненные в виде масти кольца (f. 110) 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 fl}. 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 измерения тонких пленок на ячейке является наличие зазора между нижним потенциальным электродом и нижней поверхностью захвата манипулятора, обус ловлённого-с одной стороны защитой 3 рабочей поверхности электрода, л 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 того, следует иметь в виду, что температурные измерения диэлектрических характеристик твердых диэлектриков немыслимы без измерения изменения толщины образца, обусловленного влиянием коэффициента линейного температурного расширения исследуемого образца. Стандартные же индикатбрные головки например типа ИПМ, позволяющие производить точные измерения толщины тонких образцов, имеют очень малый ход. Цель изобретения - расширение диа пазона толщин исследуемых образцов твердых диэлектриков. Поставленная цель достигается тем что известная ячейка снабжена держателями для образцов, число которых соответствует числу полок кассеты, причем держатели выполнены в виде двух стянутых винтами и сопрягающихся по конической (конусность 90-120 поверхности колец, кроме того, ячейк дополнительно снабжена упругим механизмом, состоящим из подвижной втулки с фланцем, распорной пружины и ог раничительной шайбы и тремя сферичес кими опорами, установленными на крон штейне, к которым с помощью распорно пружины, установленной на втулке меж нижней поверхностью кронштейна и ограничительной шайбой, закрепленной на нижнем конце втулки, прижимается своим фланцем втулка, рабочий.ход ко торой превышает высоту держателя с о разцом. Разница между внутренним диаметро держателя и диаметром электрода составляет 5 мм, что необходимо для уме шения до пренебрежимой величины влия ния краевого поля на результат измерения диэлектрических характеристик иccлeдye ыx образцов. Разность диаметров конических поверхностей колец держателя необходим для перемещения держателя с образцом из межэлектродного пространства, где образец прижимается к нижнему электр ду, в кассету. При этом держатель скользит по поверхности электрода. 1. 4 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 13i которая состоит из полок, выполненных в размер держателя и соединенных стяжками через прокладки, представляющие собой части кольца толщиной, большей высоты держателя. Смена держателей с образцами производится перемещением кассеты в вертикальном направлении ручкой ik, 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 направлякмцем колодце 15Держатели 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 манипулято58pa 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 21 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 последо вательности. Ячейку, загруженную держателями с образцами, помещают в термостат. 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 чего подвижный.электрод опускается до упора. При этом сиачалй пружина 21 разжимаясь, перемещает вниз индикаторную голоеку 18 с втулкой 20 с фланцем до тех пор, пока втулка с фланцем не зафиксируется на трех сфе1рических опорах 22. Далее перемещается шток индикаторной головки 18. Снимаются показания индикаторной головки, соответствующие межэлектродному расстоянию t , и измеряется емкость ячейки C/f. Подвижный электрод поднимается вверх. Держатель с образцом перемещается манипулятором 10 из межэлектродного пространства в кассету. С помощью ручки 7 восстанавливается межэлектродное расстояние t. Измеряется емкость С. Дальнейшие операции аналогичны описанным. Расчет диэлектрической проницаемости ведется по формуле , 0,0695 |г (см), D - диаметр электродов. Введение в состав ячейки держателей образцов и упругого механизма для. крепления индикаторной головки дает возможность расширить диапазон толщин измеряемых образцов твердых диэлектриков. Формула изобретения Ячейка для исследования диэлектрических характеристик твердых диэлектриков по авт. св. № 785712, о т л 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 винтами и сопрягающихся по конической поверхности колец, кроме того, ячейка дополнительно снабжена установленными на кронштейне тремя сферическими опорами и упругим механизмом, состоящим из подвижной втулки с фланцем, распорной г.ружины и ограничительной шайбы, причем втулка своим фланцем прижимается к сферическим onopaw распорной пружиной. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 785712, кл. G 01 N 27/22, 31.07.79.