專利名稱:高低溫介電性能和電阻率測量用電極裝置的制作方法
本發(fā)明屬于一種物理參數(shù)測量儀器的改進。
電介質，尤其是高分子電介質材料的廣泛應用，迫切需要能夠在不同溫度(如－180℃至＋250℃)、頻率和氣氛條件下測定其性能的儀器設備。這種設備一般包括兩個部份測定一些基本物理量的儀器，如精密電橋、靜電計或微電流計等，和一個完善的電極裝置。后者的功能是保證試樣能根據需要處于各種不同的條件下進行測量，而在試樣電極和測量儀器的輸入端之間不會引進附加的訊號和干擾。
為了減少試樣室溫度變化對測量的干擾，已有的辦法是將電極設置在很大的加熱箱中〔1，2〕，或用石棉層隔熱〔3〕。這種辦法使設備體積大、變溫慢，耗能大，不易控制試樣室的氣氛。另一種辦法是在電極和出線端之間加入大塊陶瓷燒結件來消除試樣室溫度變化的影響，這樣使材料選擇和加工工藝復雜化，對生產帶來不便。
本發(fā)明的目的是通過改進結構設計，采用新的方式抑制由于試樣室的溫度變化對測量帶來的影響，以得到結構小巧、加工容易、操作方便、適于高指標測量的(溫度范圍寬，環(huán)境氣氛可控，高精度，弱訊號)電極裝置。
本發(fā)明采用金屬的電極線引出器來達到避免試樣室溫度變化對測量帶來的干擾。所用金屬材料可以是常見的金屬材料，如碳鋼、不銹鋼、鋁、黃銅、紫銅、德銀合金。這種引出器的結構示意圖如圖1所示，它是由緊接試樣室(1)的傳熱較慢的熱阻段(2)和裝有電極裝置出線端(4)的散熱器形端塊(3)構成的。熱阻段選用傳熱較差的金屬材料和采用各種細管狀結構，可以由一根或數(shù)根、相同或不同直徑的管子組成，其直徑和長度可分別在3－30毫米和5－300毫米間變動。端塊可用與熱阻段相同或不相同的金屬材料制成，具有較大的熱容量和良好的散熱性。端塊可采用園盤形或其它形狀的散熱器結構。若采用圓盤形，其直徑和高度可分別在30－200毫米和10－80毫米之間變動。
采用這種電極線引出器，配以密閉式的試樣室套筒結構制成的電極裝置(圖2)可滿足在－180℃到＋250℃溫度范圍內各種電性能(如介電常數(shù)，介電損耗和電阻率)精確測量的要求。圖2所示的電極裝置中電極(8)的引出線(5)從密閉的試樣室(1)中穿過作為熱阻段的細管(2)接到端塊(3)的引出線端(4)上。熱電偶(7)亦穿過細管(2)從試樣室頂部引出。圖中(9)是電極支架，(10)是電爐，(6)是絕緣管。
當試樣室的溫度在－180℃到＋250℃之間變化時，在端塊頂部的電極裝置出線端處溫度可保持在室溫附近。這樣在低溫測量時，不會因結霜短路；而在高溫測量時，也不會損壞連接導線的高分子絕緣層。
電極線引出器可用常見金屬材料制成，所以對加工工藝和材料都沒有特殊的要求。由于試樣室體積小，液氮用量和加熱器功率可以降低。
實施例1按圖2結構用長度為140毫米，而直徑為8和5毫米的不銹鋼管(1Cr18Ni9Ti)各兩根和散熱盤形黃銅端塊，其直徑為60毫米，高30毫米，構成的電極線引出器制成電極裝置。與變壓器式電橋測量系統(tǒng)聯(lián)接，可進行介電常數(shù)和介電損耗測定。
在電極間空氣間隙為0.268厘米時測得的電容值在30Hz－100KHz頻率范圍內保持穩(wěn)定，與按電極間距計算的電容值間的差值一般為1.5％，最大不超過2.6％。在同樣頻率范圍內電極系統(tǒng)的空白損耗值tanδ一般小于2×10－5，僅100KHz時空白損耗tanδ為3.4×10－5。
在103Hz下電極間為空氣間隙時，介電常數(shù)ε′和ε″隨溫度的變化見圖3和4。ε′的變化小于1％，ε″保持低值(＜2×10－5)。
實施例2按例1結構尺寸制成的電極裝置與靜電計測量系統(tǒng)相連可測量微電流和試樣的體電阻等。室溫下測得的開路(試樣室抽真空后充入干燥氮氣，電極間距2毫米，不放樣品)電流背景燥聲小于1×10－15安。從室溫到＋200℃升溫時，基線的平均漂移值小于2×10－17安·度－1。
實施例3按圖2結構用長度為90毫米而直徑分別為8和5毫米的不銹鋼管(1Cr18Ni9Ti)各兩根和散熱盤形黃銅端塊(直徑50毫米，高20毫米)構成的電極線引出器制成電極裝置。用動電容靜電計測量開路時的電流基線漂移和燥聲，條件同實例2。由室溫到＋200℃升溫時，在接近＋200℃的高溫區(qū)基線平均漂移為1.6×10－16安·度－1。最大燥聲為1.1×10－14安。
權利要求
1.一種高低溫介電性能和電阻率測量用的電極裝置，具有密閉式的試樣套筒結構(圖1)，其特征在于采用了金屬的電極線引出器，該引出器是由緊接試樣室(1)的傳熱較慢的細管狀熱阻段(2)和裝有電極裝置出線端(4)的具有較大熱容量及良好傳熱性的散熱器形端塊(3)構成。
2.按權利要求
1的電極裝置，其特征是電極線引出器的金屬材料可以是碳鋼或不銹鋼或鋁或黃銅或德銀合金或其它常見的金屬材料。
3.按權利要求
1的電極裝置，其特征是其中電極線引出器的熱阻段(2)可以是一根或數(shù)根相同或不相同直徑的管子組成，管子的直徑和長度可分別在3－30毫米和5－300毫米之間變動。
4.按權利要求
1的電極裝置，其特征在于其散熱器形端塊(3)可以用與熱阻段相同或不相同的金屬材料制成，端塊可采用圓盤形或其它形狀的散熱器結構，圓盤形端塊的直徑和高度可分別在30－200毫米和10－80毫米之間變動。
專利摘要
本發(fā)明是一種物理參數(shù)測量儀器的改進。本裝置能與多種電橋或靜電計配合，在-180℃到+250℃溫度區(qū)內、在30Hz到100KHz的頻率范圍內和可控的氣氛條件下進行介電常數(shù)、介電損耗和高電阻率的精密測量。它能有效地防止試樣室溫度變化和電磁感應對測量的干擾，制作又很方便。主要技術特征是采用金屬結構的電極線引出器和密閉式的試樣室套筒結構。這種引出器由緊接試樣室(1)的熱阻段(2)和裝有電極裝置出線端(4)的散熱器形端塊(3)構成。
文檔編號G01R1/06GK85203393SQ85203393
公開日1986年5月7日 申請日期1985年8月16日
發(fā)明者劉尚琪, 張賢, 徐懋 申請人:中國科學院化學研究所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan