Устройство для определения температурной зависимости параметров диэлектриков

 

Изобретение относится к технике измерений нз СВЧ и может использоваться для определения температурной зависимости параметров твердого диэлектрика в условиях комбинированного нзгрэвг концентриоозанкой солнечной энергией к энергией источника постоянного тока. Цель изобретенияповышение точности измерений путем уменьшения градиента температуры в образце . Сущность изобретения состоит в том, что в устройстве для определения температурной зависимости параметров диэлектрика , согласно изобретению, измерительный тракт выполнен с виде отражательного открытого резонатора, меньшее из зеркал которого выполнено п виде плоского диска, изготовленного из графита, и соединено с источником тока, при этом оба зеркала отоажательного резонанса являются нагревательными элементами. Кроме того, с целью уменьшения сброса энергии за счет излучения на графитовый диск с тьтьной стороны наносится термостойкое покрытие из оксидной керамики с низкой излучательной способностью , например из оксида магния МаО. 3 ил. С

COI З3 СОВЕТСКИХ

COI II:À, iÛÑT Ë -, Е СКИХ

P F СГ1УБЛИК

ГÎCYцАРСТБГННБ1111 КОц1ЛТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРБ1ТИЯК!

ПРИ ГКНТ СССР

I< АВТОРСКОМУ СВ!I!ДЕТ1=.ЛсС, By (21 4832478/09

22 29.05.90

46 15.09.92. Б!Ол. N-. 34 ,71, Институ- проблем материаловедения

АН УССР

172) F.À.ÇpèäpèK, B.В,Пасичный и „I3,ËèioВЧЕНКО (56) Авторское свидетельство СССР

1 1 1160332, кл. г= 01 R 27/26. 1985.

Солоухин H,Ã., Ягудин !.Х. и др, Автома1 изированная сис тема для н pBBруша1ощих

ЛQ . альных из !pрени!л электpo Ьиз1лческих параметров диэлектрических г!Истовых материалов B диапазоне сверхвысоких частот.

"Электронная техника", сер.8, вып,9, 1974.

1,54) УСТРОР С1Pg Р ОПРЕ,пЕпЕ1-!ИЯ

1ЕMПЕРАТУРНОЙ ЗАВI/IСИМОСТИ ПАРА1М ЕТРО В ДИ ЭЛ Е КТР И КА (57) Изобретение стносится к технике измеренил на СБЧ и может использоваться для определения температурной зависимости

Изобретение относится к технике измеренлй на сверхвысоких частотах (СВЧ) и может использоваться для определения диэлектрической пооницаемости и тангенcB угла диэлектрических потерь, твердых диэлектриков в широKQI.", тсмпературном диапазоне вплоть до темпе!рат; р разрушения, Известно устройство для измерения температурной зависимости параметров диэлектриков, содержащее измерительный резонатор и нагревательный элемент, причем измерительный резонатор представляет собо1л объемный цилиндрический резонатор Н типа, на торцевукз стенку которого помещается исследуемый образец диэлектрика,,.: 51;:., 1762265 A l (51). G 01 R 27/26, G 0"; К 22/00 пара",етров твердого длэлектрика В услови,;х !;Qf .i5HH, QoBB - ;!ого HBгрева концентрл-! зованной солнечнзй энерГие!! и =HBpi ией источника постоянного тока, Цель изобретения — повышение точнocти измерений путем уменьшения гоадиента температуры в образце. Сущность изобретен . я состоит в том, 1 то B устройс Ве для определения температурной зависимости паоаметрОВ диэлектрика, соГласно изо ретен111О, измср1лте|1ьный тракт выполнен В Виде отражательного откры-;Qlo резонатора, меньшее из зеркал коIОрОГ0 Выполнено B Виде плоскОГО диска, изготовленного из графита, и соединено с источником тока, при этом оба зеркат!а от ра:кательногс резон-нса являкзтся нагревательными элементамл. Кроме того, с цель!О у еньшения сброся энергии за счет излучения на Графитовый диск с тыльной стороны заносится термостОЙKQB покрытие иэ Оксид ной керамики с низкой излучательной способность1О, например из оксида магния

М90. 3 ил.

Однако это устройство для измерения температурной зависимости параметоов диэлектриков имеет недостаточный интерВал температур исследQB".H«s, ограниченный температурой плавления сплава, из которого изготовлен измерительный резонатор и недостаточно высокое значение точности, определяемое типом используемс О резонатора.

Известно устройство для измере!-:-1я тсмпературной зависимост параметров диэлектриков. содержащее нагревательный элемент, вь1полне .ный в виде концентратора солнечной энергии, измерительный тракт, в котор01л !рэзмеще11 держатель образца исслед емого диэлектрика, при этом е!

Ъ ! ! ь, )

1(р ,М

1ю

1(д !

1762265

25

35

55

6 вход измерительного тракта соединен с источником СВЧ сигнала, а выход через блок обработки подключен к регистрато(.

Однако известное устройство для измерения температурной зависимости параметров диэлектриков также не обеспечивает высокую точность измерений.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения температурной зависимости параметров диэлектриков, содержащее нагревательный элемент, выполненный в виде концентратора солнечной энергии и измерительный открытый проходной резонатор, образованный двумя сферическими зеркалами, Однако известное устройство для измерения температурной зависимости параметров диэлектриков обладает тем недостатком, что обеспечивает только односторонний нагрев образца исследуемого диэлектрика, что ведет к неравномерности прогрева по обьему образца, что также снижает точность измерений, Цель изобретения — повышение точности измерений путем уменьшения градиента температур в образце, при обеспечении измерения температурной зависимости параметров диэлектриков в диапазоне частот и температур.

Цель достигается тем, что в устройстве для измерения температурной зависимости диэлектрика, содержащем нагревательный элемент, выполненный в виде концентратора солнечной энергии, измерительный СВЧ тракт, в котором размещен держатель образца исследуемого диэлектрика, причем измерительный тракт выполнен в виде открытого резонатора, образованного двумя зеркалами, одно из которых служит комбинированным элементом для концентрации

СВЧ энергии на исследуемом диэлектрике и солнечной энергии для его нагрева, при этом вход измерительного тракта соединен с источником СВЧ сигнала, э выход — через блок обработки подключен к регистратору, согласно изобретению, измерительный тракт выполнен в виде отражательного открытого резонатора„меньшее из зеркал которого выполнено в виде плоского диска, изготовленного из графита, и соединено с источником тока, Кроме того, с целью уменьшения сброса энергии за счет излучения, на графитовый диск с тыльной стороны наносится термостойкое покрытие из оксидной керамики с низкой излучательной способностью, например, из MgO.

На фиг,1 приведена конструкция устройства для измерения температурной зависимости параметров диэлектриков; на фиг.2 — структурная схема блока обработки; на фиг.3 — эпюры, поясняющие работу.

Предлагаемое устройство содержит двэ нагревательных элемента,-один из которых выполнен в виде концентратора солнечной энергии 1, выполняющего одновременно функцию сферического зеркала резонатора, а второй в виде плоского графитового диска

2. соединенного с источником тока 3, при этом диск 2 одновременно выполняет функцию плоского зеркала резонатора, измерительный тракт, выполненный в виде открытого отражательного резонатора 4; образованного сферическим зеркалом-концентратором 1 и плоским зеркалом 2, причем вход (он же выход) измерительного тракта подключен к источнику СВЧ сигнала

5, а через ответвитель 6, детектор 7 и блок обработки 8 к регистратору 9, выполненному, например, в виде шлейфо.зого осциллографа, ходовой винт ;0 на котором закреплены держатель 11 образца 12, являющийся одновременно держателем вакуумной камеры, образованной углеродным диском 2 и кварцевым колпаком 13, вакуумный насос 14, фотоэлектрический пирометр

15. затвор 16.

Устройство для измерения температурной зависимости параметров диэлектриков работает следующим образом. Источник 5

СВЧ вЂ” сигнала, представляющий собой свип-генератор, вырабатывает переменный по частоте и постоянный по мощности СВЧсигнала, причем частота сигнала меняется по пилообразному закону. Указанный сигнал с выхода источника 5 подается на вход открытого отражательного резонатора 4.

Образец 12 исследуемого диэлектрика помещается вплотную на зеркало 2 отражательного резонатора 4 и при одновременном открытии затвора 16 и включении источника тока 3 подвергается двухстороннему нагреву, что обеспечивает по истечении определенного времени равномерный прогрев образца.

Вследствие изменения диэлектрической проницаемости (и тангенса угла диэлектрических потерь tg д материала образца 12 в процессе нагрева изменяется резонансная частота открытого отражательного резонатора 4 и его добротность. При детектировании на выходе детектора 7 имеем сигнал в виде резонансной кривой, сдвиг которой во времени несет информацию об изменении :., а изменение ее ширины — информацию об изменении д д. Колоколообразный импульс детектора 7 подается на входы блока 8 обработки по каналам и та д, где он сравнивается с опорными им1762265

10

55 пульсами, вырабатываемыми в блоке 8, В результате сравнения в блоке 8 обработки формируются импульсы, длительность которых пропорциональна величинам изменения . и tg д. Далее эта длительность преобразуется в сигнал постоянного напряжения, который может быть записан на шлейфовом осциллографе.

Схема блока обработки включает s себя три группы элементов: канал обработки ., канал обработки tg д и формирователь сигнала запрета, B канале измерения производятся следующие операции:

1.Формирование из колоколообразного импульса, поступающего на вход блока, прямоугольного, передний фронт которого совпадает с вершиной резонансной характеристики.

2. В ыделение времен ного интервала передним фронтом импульса, описанного в п.1 и опорным импульсом, смещенным на фиксированный интервал относительно момента времени, соответствующего началу прямого хода пилообразного напряжения, модулирующего генератор СВЧ.

З.Преобразование временного интервала, сформированного по п.2 в постоянное напряжение, величина которого определяется значением материала образца.

В канале измерения tg B происходят следующие преобразования:

1.Формирование из колоколообразного импульса. поступающего на вход блока, прямоугольного импульса с крутыми фронтами, длительность которого соответствует ширине резонансной характеристики по уровню точек перегиба.

2,Выделение временного интервала между задним фронтом импульса, рассмотренного в предыдущем пункте, и задним фронтом импульса, формируемого генератором опорного значения tg до,.

З.Преобразование указанного временного интервала в постоянное напряжение, величина которого соответствует значению

tg д материала образца.

Формирователь сигнала запрета вырабатывает импульс, длительность которого определяется длительностью обратного хода пилообразного напряжения модуляции.

Этот импульс используется при получении опорного сигнала Pan., а также закрывает схемы запрета каналов измеренияК и

tg д на время обратного хода свипирования для защиты от ложных срабатываний.

Предлагаемое устройство для измерения температурной зависимости параметров диэлектриков обеспечивает удобное регулирование частоты открытого отра>кательного резонатора 4, а также температуры образца 12 путем регулировки падающего на него теплового потока с помощью механизма перемещения, выполненного в виде ходового пинта 1С, образца 12 вдоль оси солнечноЙ печи, вследствие которого образец 12 уходит из фокуса печи. Синхронно с этим регулированием осуществляется регулирование теплового режима контактного подогревателя, компонентами которого RBляются диск 2 и источник тока 3, Вакуумная камера, образованнач углеродным диском 2 и квэрцcâüì колпакoM 13, толщина и форма стенки которого выбраны из условия минимального искажения структуры поля в резонаторе, вместе с вакуумным насосом 14 обеспечивают вакуум, необходимый для уменьшения конвективного теплообмена. Отсос продуктов газификации, осуществляемый через отверстие. конструктивно расположенное в трубчатом держателе 11 образца исследуемого диэлектрика, повышает величину добротности резонатора, чем также способствует повышению точности измерений.

Кроме того. конструкция предлагаемого устройства обеспечивает измерение высоких температур на образце бесконтактным способом, например, фотоэлектрическим пирометром 15, работающим в провале солнечного спектра, Предлагаемое устройс во для измерения температурной зависимости параметров диэлектриков повышает точность измерения при сохранении максимально достижимых уровней температур на образце. Автоматиза ция и роцесса измерений, исключая необходимость механической перестройки открытого отражательного резонатора в процессе нагрева образца, значительно упрощает проведение измерений и способствует повышению их точности.

Формула изобретения

1.Устройство для определения температурной зависимости параметров диэлектрика, содержащего нагревательный элемент. выполненный в виде концентратора солненой энергии, измерительный СВЧ-тракт. котором размещен держатель исследуемого диэлектрика, причем измерительный тракт выполнен в виде открытого резонатора, образованного двумя зеркалами р-.çíîãî диаметра, большее из которых служит комбинированным элементом для концентрации СВЧ-энергии на исследуемом диэлектрике и солнечной энергии для его нагрева, при этом выход измерительного тракта че1762265 реэ детектор и блок обработки, соединенные последовательно, подключен к регистратору,отличающееся тем,что,сцелью повышения точности измерения путем уменьшения градиента температур в образце. введен направленный ответвитель, измерительный тракт выполнен в виде отражательного открытого резонатора, меньшее из зеркал которого выполнено в виде нагреваемого проводящего плоского диска, выполненного из графита, при этом выход генератора через направленный ответвитель соединен с измерительным трактом, а ответвляющий выход направленного ответвителя соединен с входом детектора.

5 2.Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем. что, с целью расширения температурного диапазона измерений, на нагреваемый проводящий плоский диск с тыльной стороны нанесено термостойкое покрытие

10 из оксидной керамики с низкой излучательной способностью.

1762265

: 1У

Составитель Е.Адамова

Техред М,Моргентал Корректор Т.Вашкович

Редактор

Заказ 3258 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101