Устройство для определения температурной зависимости параметров диэлектриков — SU 1762265 (original) (raw)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СО ИАЛЛСтЛЧЕСКИХ Р Р СгУВЛЛК ГОСУДАРСТВГННЦй КОЦЛТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯ 1." И ОТКРЫТИЯ 1 ЛПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДг;"Т:.Л-,ГТВУ 21 4832478/093 22 29.05.9046 15.09.92. БОл. Ч: 34,71, И нститу г проблем материаловедения АН УССР(72) Е.А,Зридрик, Б.В,Паси Ный и А,В,ЛИТО- вченко56) Авторское свидетельство СССРК. 1160332, кл,Г Я 27/25. 1885.Солоухин Н,г Ягудин.У и др, Автома изированная сис Гема для неразрушаОщих локальных измерений электроЬлзических параметров дизле(трических листовых материалов в диапазоне сверхвьсок(х частот, "Электронная техника", сер.8, вып,9, 1974. Р 4) УСТРОЙСТВО Д;Я ОПРЕДЕЛЕНИЯЕМПЕРАТУРНОЙ ЗАВИСИМОСТИ ПАРА 1 ЕТРО В ДИЭЛЕКТРИКА57) 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 тангенса угла диэлектрических потерь, твердых диэлектриков в широком тсмпературном диапазоне вплоть до температур разрушения,Известно устройство цля измерения температурной зависимости параметров диэлектриков, содержащее измерительный резонатор и нагревательныл элемент, причем измерительный резонатор представляет собой объемный цилиндрический резонатор Н типа, на торцевуо стенку которого помещается исследуемый образец диэлектрика,У 1762265 А 1(5). 8 01 Р 27/26,з 0": К 22/00 параметоов твердого длэлектрика в условиЯх (ОмбинлсОва" ного наго 8 ва концентрлрованной солнечной энергией и энергией источника постоянного тока, Цель изобретения - повышенле точности измерений путем уменьшения градиента температуры в образце. Суц;ность изобретен. я состоит в том, ,то в устройстве для определения темпера- ТУРНОЙ ЗаВИСИМОСТИ ПаоаМЕТРОВ ДИЭЛ 8 КТРИКа, СОГЛЗСНО 130 Р 8 ТЕНИО, ИЗМСРИТ 8 ЛЬНЫЙ тракт выполнен в виде отражательного от- крытоГО резонатора, меньшее из зеркал которого вьполнено в виде плоского диска, ИЗГОТОВЛ 8 ННОГО ИЗ ГРафиТа, И СО 8 ДИН 8 НО С источником тока, при этом оба зеркаа отражательногс резонанса являОтся нагревательными элементамл, Кроме того, с целью уменьшения сброса энергии за счет излучения на Графитовый диск с тыльной стороны наносится термостойкое покрыти 8 иэ Оксидной керамики с низкой излучательной способностью, например из оксида магния 190. 3 ил. Однако это устройство для измерениятемпературной зависимости параметоов диэлектриков имеет недостаточный интервал температур исследования, ограниченный температурой плавления сплава, из которого изготовлен измерительньй резонатор и недостаточно высокое значение точности, определяемое типом используем О резонатораИзвестно устройство для измерен:ятСМП 8 РатнОНОй ЗаэЛСИМОСТЛ ПаоаМЕтРОВ диэлектриков. Содержащее нагревательный элемент, вьполненный в виде концентратора солнечной энергии, измерительный тракт, в котором рэзмешен держат 8 ль Образца исслед.емого диэлектрика, при этом еквЪ(ц) Ь 3 1 ю у 35 10 15 20 25 30 35 50 55 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, а выход - через блок обработки подключен к регистратору, согласно изобретению, измерительный тракт выполнен в виде отражательного открытого резонатораменьшее 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 М 90.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 два 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 пирометр15. затвор 16,Устройство для измерения температурной зависимости параметров диэлектриков работает следующим образом. Источник 5СВЧ - сигнала, представляющий собой свип-генератор, вырабатывает переменный по частоте и постоянный по мощности СВЧ- сигнала, причем частота сигнала меняетсяпо 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 тц д материала образца 12 в процессе нагрева изменяетсярезонансная 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 каналами и та д, где он сравнивается с опорными им 17622655 10 20 25 30 35 40 45 50 55 пульсами, вырабатываемыми в блоке 8, Врезультате сравнения в блоке 8 обработкиформируются импульсы, длительность которых пропорциональна величинам изменения . и то д. Далее эта длительностьпреобразуется в сигнал постоянного напряжения, который может быть записан нашлейфовом осциллографе.Схема блока обработки включает в себятри группы элементов: канал обработкиканал обработки то д и формирователь сигнала запрета,В канале измеренияпроизводятся следующие операции:1.Формирование из колоколообразногоимпульса, поступающего на вход блока,прямоугольного, передний фронт которогосовпадает с вершиной резонансной характеристики.2. В ыделение времен ного интервала передним фронтом импульса, описанного вп,1 и опорным импульсом, смещенным нафиксированный интервал относительно момента времени, соответствующего началупрямого хода пилообразного напряжения,модулирующего генератор СВЧ.З.Преобразование временного интервала, сформированного по п,2 в постоянноенапряжение, величина которого определяется значениемматериала образца,В канале измерения то д происходятследующие преобразования;1.Формирование из колоколообразногоимпульса. поступающего на вход блока,прямоугольного импульса с крутыми фронтами, длительность которого соответствуетширине резонансной характеристики поуровню точек перегиба.2,Выделение временного интерваламежду задним фронтом импульса, рассмотренного в предыдущем пункте, и заднимфронтом импульса, формируемого генератором опорного значения 1 ц до,.З.Преобразование указанного временного интервала в постоянное напряжение,величина которого соответствует значениютц д материала образца,Формирователь сигнала запрета вырабатывает импульс, длительность которогоопределяется длительностью обратного хода пилообразного напряжения модуляции.Этот импульс используется при полученииопорного сигнала оп а также закрывает схемы запрета каналов измерениями ищ д на время обратного хода свипированиядля защиты от ложных срабатываний.Предлагаемое устройство для измерения температурной зависимости параметров диэлектриков обеспечивает удобное оегулирование частоты открытого отражательного резонатора 4, а также температуры образца 12 путем регулировки падающего на него теплового потока с помощью механизма перемещения, выполненного в виде ходового пинта 1 С, 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 яв- ЛЯютсЯ диск 2 и источник тока 3,Вакуумная камера, Образованнач угле- родным диском 2 и квэрцсвым колпаком 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 устройсво для измерения температурной зависимости параметров диэлектриков повышает точность измерения при сохранении максимально достижимых уровней температур на образце. Автоматизация процесса 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 разного 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 че 1762265реэ 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, отл и ча ю ще 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 ор Т.Вашкови Реда кто ТСС шс комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагаринаоставитель Е.Адамоехред М,Моргентал Тираж ударственного комитета п 113035, Москва, Ж

Смотреть

Устройство для определения температурной зависимости параметров диэлектриков