Классификация конденсаторов по виду диэлектрика и ТКЕ

Для создания емкости в конденсаторе применяют различные диэлектрики. В зависимости от типа диэлектрика конденсаторы разделяются на несколько типов:

- конденсаторы с газообразным и жидким диэлектриком;

- конденсаторы с твердым неорганическим диэлектриком, которые бывают слюдяные (К24, К32); керамические (К10, К15); стеклянные (К21); стеклокерамические (К22) и стеклоэмалевые (К23);

- конденсаторы с твердым органическим диэлектриком, подразделяющиеся на бумажные (К40, К41, К42) и пленочные (К70, К71, К72, К73, К74);

- электролитические конденсаторы, которые бывают трех типов: алюминиевые (К50), танталовые (К51, К52) и оксидно-полупроводниковые (К53).

Основным недостатком конденсатора с жидким диэлектриком является пониженная стабильность емкости, обусловленная резко увеличенным значением ТКe, что исключает возможность применения конденсаторов этого типа для радиоаппаратуры с высокой стабильностью частоты контура.

Самым широким диапазоном ТКe обладают твердые неорганические диэлектрики, многие неорганические диэлектрики отличаются небольшим значением коэффициента линейного расширения что позволяет при использовании таких диэлектриков получать малые значения ТКe. В зависимости от ТКe вся конденсаторная керамика разделяется на группы (таблица 1).

Таблица 1. Группы конденсаторной керамики по ТКe .

Для изготовления пластин конденсаторов переменной емкости с малым ТКЕ используются специальные сплавы, например, инвар Н-36 (36% никеля и 64% железа) и ковар (29% никеля, 17% кобальта, остальное – железо) [1].

Таблица 2. Параметры диэлектрических материалов

Описание работы автоматизированного лабораторного стенда

Структура автоматизированного лабораторного стенда

Внешний вид автоматизированного лабораторного стенда представлен на обложке. Аппаратная часть стенда конструктивно выполнена в виде измерительного блока с установленными в него термокамерой с образцами, преобразователями емкости и температуры во временной интервал. Управление измерительным блоком и обработка измерительной информации производится персональным компьютером, подключаемым к измерительному блоку с помощью интерфейсного модуля через порт USB (рисунок 2.1).

На структурной схеме показаны следующие элементы:

Термостат –предназначен для нагрева образцов,

Образцы – набор исследуемых конденсаторов с различным типом диэлектрика,

Датчик температуры – датчик на основекремниевого диода,

Узел управления нагревателем и нагревательный элемент позволяют устанавливать заданную температуру в термостате,

Коммутатор образцов позволяет подключить необходимый образец в измерительную цепь,

Переключатель напряжений обеспечивает поочередное измерение напряжений, соответствующих емкости и температуре,

Преобразователь C®U осуществляет преобразование емкости в напряжение методом заряда конденсатора от генератора линейно изменяющегося напряжения,

Преобразователь T®U совместно с датчиком температурыосуществляет преобразование температуры в напряжение,

Преобразователь U® t – осуществляет преобразование напряжения в интервал времени методом двойного интегрирования,

Интерфейсный модуль – микропроцессорное устройство, которое осуществляет управление элементами измерительного блока, процессом измерения и обеспечивает обмен информацией с персональным компьютером,

Источник питания – стабилизированный ИП, работающий от сети переменного тока 220В.

Принцип измерения емкости

Для реализации преобразователя C®U используется метод заряда конденсатора от генератора линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН). С генератором линейно изменяющегося напряжения последовательно соединены измеряемый конденсатор и преобразователь ток-напряжение I®U, с коэффициентом преобразования K (рисунок 2.2а). Сигнал, вырабатываемый ГЛИН, имеет пилообразную форму (рисунок 2.2б).

а) – схема электрическая функциональная преобразователя С®U;

б) – форма сигнала, вырабатываемого ГЛИН.

Рисунок 2.2 – Метод заряда конденсатора от ГЛИН

Ток через конденсатор рассчитывается по формуле:

,

где dU/dt – скорость изменения напряжения на выходе ГЛИН.

Напряжение на выходе преобразователя C®U равно:

Поскольку напряжение ГЛИН во времени изменяется линейно, то его производная – константа. Поскольку K также является константой, то напряжение на выходе преобразователя C®U прямо пропорционально емкости исследуемого конденсатора.

Достоинством этого метода является простота реализации измерения в широком диапазоне изменения значения емкости, высокая точность и скорость измерения.

Измерительный блок

На фото представлен измерительный блок со снятой крышкой. В блоке установлена термокамера с исследуемыми образцами конденсаторов, плата источника питания, плата с электронными узлами измерительных преобразователей и микропроцессорная плата интерфейсного модуля.

Узел с образцами конденсаторов