применением термочувствительных датчиков. Для этой цели на поверхности конденсатора прикрепляют микротермопары либо пленочные терморезисторы и определяют температуру обычным путем. Иногда при больших объектах располагают датчики для установления градиента температуры.

Применением методов ИК-техники. При этом отдельные участки поверхности объекта фокусируются оптическими системами на болометр либо другой термочувствительный элемент и Т определяется далее известными способами. Метод применим при нагреве в открытом пространстве (см. рис. 3-7, в).

Применением свидетелей . Данный способ предполагает изготовление специального конденсатора, который по своим тепловым характеристикам совпадает с теми, которые будут испытываться. Измерение его температуры может производиться упомянутыми выше способами. Если Тс его известен с необходимой точностью и имеется для него зависимость AC=f{T) в данном интервале температур, то его Т может быть установлена и по измерению изменения емкости. Данный конденсатор-свидетель располагают как можно ближе к испытуемым й он своей температурой свидетельствует о Т испытуемого объекта [3-47]. Описанный способ является особенно полезным, когда прикрепление каких-либо датчиков к поверхности испытуемого конденсатора является в силу ряда причин нежелательным и измерение Тс проводится в закрытом термостате.

Блок-схемы измерителей ТКЕ на основе динамического ме-тогда можно видеть на рис. 3-7, а-г. Они содержат нагреватели с температурной регуляцией по заданной программе, автоматические системы для измерения изменения емкости, системы записи и двухкоординатные самописцы. По оси X обычно записывается изменение температуры испытуемого объекта в функции времени, т. е. T = f{t), а по оси У записывается AC=f{t) [3-47, -3-66]. Применяются и однокоординатные самописцы, при этом ведется запись AC/C=f(t) [3-48, 3-49, 3-60] либо Af/f=f{t). Блок-схемы таких измерителей показаны на рис. 3-7, б и 3-7, г соответственно.

г. ПОГРЕШНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЯ ТКЕ

Из выражений (3-1) и (3-19) следует, что погрешность опре-.деления Тс будет

;или

AT dLT

(3-24)

Абсолютные погрешности соответственно принимают вид:

или при измерении изменения частоты

Таким образом, погрешность определения ТКЕ может нормироваться двумя слагаемыми, а именно: Атс= ± (А%Тс + В), где А7о - погрешность, зависящая от Гс, В - погрешность, не зависящая от Тс. Величины составляющих А и В зависят от методики измерения и использованной аппаратуры. Так, например, для метода биений , как показано Вайнбоймом П. И. и Мале-вым В. А. [3-11], они принимают следующие крайние значения: для А среднеквадратичное значение не более 3%, а для В - 2 10-. При мостовом методе измерения значения составляющих А и В могут быть уменьшены.

Поверка из%1ерителей ТКЕ производится, как правило, на основе поэлементной поверки отдельных блоков согласно (3-1) или (3-21). Поэлементная поверка малопроизводительна, требует достаточно много времени и большего количества специальной измерительной аппаратуры. Общая погрешность получается сложением частных погрешностей. Тем не менее такая поверка в ряде случаев может оказаться недостаточно полной. Некоторые факторы, вносящие погрешность, проявляются в рабочем режиме [3-28] и не вскрываются при поэлементной поверке. Поэлементная поверка согласно (3-24) не учитывает погрешности за счет индуктивности соединительных проводов, ТКЕ фидера и т. п. С другой стороны, простое суммирование частных слагаемых (3-21) может завышать значение погрешности, приписываемой установке. Более объективная поверка измерителей может быть достигнута при наличии рабочих мер ТКЕ [3-28]. Такие меры, представляющие собой конденсаторы с известными ТКЕ, будучи подключенными к измерителю-в качестве испытуемого объекта, позволяют установить, соответствует ли поверяемая установка приписанной ей точности измерения.

Керамические материалы, такие, как цельзиан, тетрацирко-нат ниобия, цирконаты стронция, кальция и алюмолантанатная керамика имеют стабильные ТКЕ в достаточно широком интервале температур [3-2]. Так, например, цирконатовая керамика имеет стабильный ТКЕ, равный lO-lOr-град- в интервале температур-50--1-75° С.

В более широком интервале температур -100 - +150°С стабильны составы в системах: CaTiOs - CaLaTiNbO? и CaTiOs - LaAlOs. При необходимости иметь большие значения е могут быть использованы материалы на основе титанатов кальция, висмута и стронция [3-31].

Из указанных материалов могут быть изготовлены меры емкости с заданными значениями ТКЕ. Предпочтительно выбирать группы ТКЕ, указанные в табл. 3-1. Значения емкости мер целесообразно выбирать такие, которые практически встречаются 48

наиболее часто. Можно рекомендовать: 5, 10, 27, 51, 100, 150, 270, 510, 1000, 5100, 10000, 56000 и 100000 п0. Диапазон температур мер 20-150° С, рабочий диапазон частот 1 кгц-10 Мгц. Погрешность аттестации ± (0,5%Тс+0,5-10- град-*) [3-28]. Рабочие меры ТКЕ позволяют проводить комплектную поверку приборов и установок для контроля Тс конденсаторов.

3-3. Характеристики приборов

Характеристики наиболее распространенных измерителей ТКЕ приведены в табл. 3-3. Наряду с приборами для измерения ТКЕ широкого применения [1-3, 3-44, 3-45] многими исследователями разработаны установки для проведения необходимых исследований температурных свойств и характеристик материалов, конденсаторов, катушек индуктивностей и др. [3-60, 3-67, 3-71, 3-80].

Подавляющее большинство приборов и установок разработано на основе статического метода [3-34а, 3-70, 3-72, 3-78], в то же время многие исследователи совершенствуют и динамический метод измерения ТКЕ [3-25, 3-47, 3-48, 3-80]. В табл. 3-3 приборы и установки содержат в своей основе блок-схемы, приведенные на рис. 3-4 и 3-7. Одна из первых установок для измерения ТКЕ конденсаторов была разработана Е. А. Гайлишем [3-12, 3-45] по схеме рис. 3-4, б. Приборы типа ТКЕ-1, ТКЕ-2 и С2 описаны в [1-19, 1-20].

Ниже приводятся краткие сведения об установке ТКЕ-10, яв- , ляющейся наиболее точной среди современных измерителей ТКЕ.

Установка ТКЕ-10. В основу установки положен мостовой метод измерения в соответствии со схемой рис. 3-4, а. Установка оборудована термокрио-статом, позволяющим одновременный нагрев и охлаждение 15 конденсаторов. Термокриостат имеет температурный диапазон от -80 до -}-120°С. Охлаждение обеспечивается системой с использованием жидкого азота. Испытуемые конденсаторы монтирзются на специальной кассете, которую опускают в измерительную камеру термокриостата. В камере имеется переключатель, обеспечивающий поочередное подсоединение к выходным разъемам испытуемых образцов. Технические характеристики установки имеются в табл. 3-3. Принципиальная схема измерительного узла установки представлена на рис. 3-8. Основу этого узла составляет комбинированный индуктивно-емкостный мост с индуктивно связанными плечами, автокомпенсационной симметрирующей ветвью и индуктивными делителями напряжения. Наличие автокомпенсационной симметрирующей ветви обеспечивает весьма малое ьлияние паразитной емкости на точность измерения.

Плечи отношения моста состоят из конденсаторов С24 и С25, симметрирующего трансформатора Тр7 и усилителя УЗ с отрицательным коэффициентом усиления. Плечо сравнения представляет собой семидекадный магазин емкостей, состоящий из дискретно набираемых мер емкостью 500, 200, 200, 100, 50,

* Характеристики модернизированных приборов ТКЕ-1 и ТКЕ-2 под названием ТКЕ-1-2М, ТКЕ-2-2М приведены в табл. 3-3. В приборах ТКЕ-1-2М и ТКЕ-2-2М изменена конструкция термостата и система терморегулирования.

2 Установка разработана Р. Г. Файнгольдом.

3 с. Л. Эпштейн .