Способ измерения электрических параметров фольги

)5 7/26 ОПИСА Е ИЗОБ угла пот сопротив коэффици метричес цепи, вычудельной значещ исляют реаль емкости и та ряемой фольг п генса угл 6 ил.ерь из к контроль- в конденсаь использоной емкости ольги, идущей итических А л ется повыудельной отерь фольмеренияа угла ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И О 1 НРЫТИРИ ГКНТ СССР ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) ТУ-76,. Фольга алюминиеваяформованная для оксидных конденсаторов. Технические условияУМ 0.045.428,Патент ФРГ У 2246421,кл. Н 01 С 9/04, 1978.(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХПАРАМЕТРОВ ФОЛЬГИ(57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике в области конденсаторостроения и можетбыть использовано для измеренияудельной емкости и тангенса угла потерь фольги, идущей на изготовлениеэлектролитических конденсаторов.1 Цель изобретения - повышение точности - достигается путем определенияи учета параметров измерительныхэлектродов в тех же условиях, в которых находились измерительные электИзобретение относитсно-измерительной техник:торостроении и может бывано для измерения удели тангенса угла потерьна изготовление электроконденсаторов.Целью изобретения явлшение точности иземкбсти и тангенс роды при измерении параметров фольги. Способ заключается в измеренииудельной емкости и тангенса угла потерь фольги при протягивании ее вэлектролите между двумя измерительными электродами путем подключенияфольгп к одной клемме измерительногоустройства, а измерительных электродов к другой. Затем проводят второеизмерение: контрольные электроды,установленные в одной плоскости сизмерительными и охранными электродами и окружающие охранные электроды, подключают к одной клемме измерительного устройства, а измерительныеэлектроды - к другой, измеряют емкость и тангенс угла потерь образованной цепи. По результатам двух измерений с учетом емкости и тангенса рь контрольных электродов,ения объема электролита,нта, характеризующего геоие размеры измерительной ги путем определения и учета параметров измерительных электродов при тех же условиях, в которых находились измерительные электроды при измерении параметров фольги.На фиг.1 изображена измеряемая цепь при первом измерении; на Аиг.2- эквивалентная схема цепи при первом измерении; на фиг,З в .измеряемая цепь при втором измерении; на фиг.4. 1619197эквивалентная схема цепи при втором измерении, фна Фнг.5 - измеряемая цепь при измерении. параметров конт" рольных электродов; на фиг.6 - эквивалентная схема измеряемой цепи при измерении параметров контрольных электродов.Способ измерения электрических параметров Фольги осуществляют следующим образом.Фольгу . 1, находящуюся в электро" лите 2, помещают симметрично на рас" стоянии 1 между двумя датчиками 3, каждый из которых состоит из диэлектрического основания 4 и размещенньм . на нем в одной плоскости контрольно" го электрода 5, охранного электрода 6 и измерительного электрода 7. К одной клемме измерительного устройства 8 подключают измерительные электроды 7 датчиков 3, а к другой через контактирующее устройство 9 Фольгу 1. Охранные электроды 6 датчиков 3 подключают к выходу схемы 10 балансировки поценциала, вход которой подключают к измерительным электродам 7 датчиков 3 (Фиг.1), Проводят первое измеренне емкости и определение тангенса угла потерь образованной цепи измерительным устройством 8, например, по схеме поляризованного моста для измерения емкости и тангенса угла потерь, причем тангенс угла потерь определяется какСК ( = 2( КС, К (1) где Й - частота сигнала, на которой.производят измерение;С в .последовательная емкостьХизмеряемой цепи;К - последовательное эквивалентХное сопротивление потерьизмеряемой цепи.Охраннь 1 е электроды 6 служат для устанения краевых эффектов и создания однородного электрического поля в зоне измерения между измерительными электродами 7 и Фольгой 1 бла годаря чему ограничивается измеряемый участок Фольги 1, площадь которого при однородном электрическом поле равна видимой геометрической площади измерительных электродов 7.Измеряемая цепь (Фиг.2) представляет собой два параллельно соединенных электролитических конденсатора, одной обкладкой которых являются измерительные электроды , а другой- участки фольги 1, противолежащиеЗО С И СэС =2 --- -, (4)С+С ф1(Ки + К,+ К ), (5)2где С (,и К- измеренные параметрыцепи при первом измерении50 а Сд о определяется по Формуле (1).Таким образом, измеренная емкостьС кроме емкости измеряемого участ"19ка Фольги 1, содержит н емкость измерительных электродов 7, а сопротивление активных потерь К, кромесопротивления активных потерь измеряемого участка. фольги 1, содержитсопротивление объема электролита 45 измерительным электродам 7, Экви"валентную схему такой цепи можнопредставить в виде параллельного соединения двух цепей, одна нэ которыхсостоит из последовательного соединения емкости измерительного электро(да 7 С, сопротивления активных по(.терь измерительного эЛектрода 7 КИ,сопротивления объема электролита 2,ограниченного измерительным электродом 7 и Фольгой 1, К , сопротивле"ния активных потерь измеряемогоучастка фольги 1 К,1 и емкости изме 15 ряемого участка Фольги 1 С , другая -И ( и физ С, К, К,; К, С,",Обычно С Ф С и КР, нотак как при двусторонйем измерениипараметров Фольги получают усредненур ные значения параяетров, характеризующие фольгу в целом, а не с однойи другой стороны, то можно принять(Су=С(=С, К=К =К. К иС - парачетры измеряемого участкаг 5 .Ф ьги, приС, = С.Р Я, (2)К = -"ДБ(3)где Б - площадь измеряемого участкаФольги;С (. " удельная емкость фольги;К - удельное поверхностное сопВФротивление активных потерьФольги.(Равенство К 9 = К= К 1 обеспечивается симметричным размещениемдатчиков 3 по обе стороны Фольги,.Равенство С = Си = Си и Кр = К" =И= К обеспечивается технологией иэгоИ40 товления датчиков и одинаковыми условиями их эксплуатации, поэтомуможно записать.потерь измерительных электродов 7,что особенно сказывается при измере"нии высокоемкой фольги, когда становятся соизмеримыми величины Си иС, Ки и К. Тогда, если параметрыСи, Ки и Кзл известны, то емкостьизмеряемого участка фольги 1 можновычислять по формулеСиСС,= - , --- (6)2 СИ- С 1 фсопротивление активных потерь измеряемого участка фольги 15(7)а тангенс угла потерь по формуле (1),С целью оперативного измеренияпараметров измерительных электродовбез применения дополнительных средств 2 Оцелесообразно ввести контрольныеэлектроды в датчики для измеренияэлектрических параметров фольги.Для определения параметров Си иКИ контрольные электроды 5 датчиков 253 подключают к одной клемме измерительного устройства 8, а измерительные электроды 7 - к .другой (фиг,3),причем контрольные электроды 5включают анодом, а измерительные 30электроды 7 - катодом. Измеряют параметры образованной цепи, причемток,:протекающий через измеряемуюцепь, должен быть такой .же величины,что и ток, протекающий через измеряемую цепь при первом измерении.Эквивалентная схема цепи при вто.ром измерении показана на фиг.4,где С к и Кк - емкость и сопротивление активных потерь контрольныхЮэлектродов 5 датчиков 3, К- сопротивление объема электролита привтором измерении, причем К л Ф КэлскИ оС и Ки - емкость и сопротив ление активных потерь измерительных электродов при втором измерении, причем С" = Си, Ки = Ки(так как через измерительные электроды 7 протекает такой же ток, чтои при первом измерении). Измеренные 5 рпараметры цепи С и К определяютсяформулами2 е евоеСк Си(8)С+ СЕ = (Кк + Кэл + Ки) э (9) 55откуда легко определить при извест-.ф, ных Скв Кк и Кзл реальные параметры измерительных электродов С 2 Ск(10)2 Ск-С фК,= 2 К - К- К е (11)Так как измерения производятся при стабильных составе и температуре электролита 2, то сопротивления Ки Кпри одинаковых значениИях 1 (фиг.1 и 3) можно связать коэффициентом 1, который определяется геометрическими размерами датчика 3 и расстояниями 1, то есть можно записатьКэл = К Кэлум (12) тогдаК и = 2 К К к - 1 сК эл(13)Теперь по результатам двух измерений можно вычислить реальные значения емкости и сопротивления активных потерь измеряемого участка Фольги С 1 С 2 СкЧ 2 С(с - С,) - С 2 С, (14)2(К - К) - Кэл (1 - К) + К,(15) а по формуле (1) - тангенс угла потерь измеряемойФольги.Сопротивление Клегко определить по формуле 1(16)8 Игде 1 - расстояние от поверхностиэлектродов датчиков 3 дофольги 1;ИБ - видимая геометрическая площадь измерительного электрода 7;лэл - удельное сопротивлениеэлектролита. Для реализации способа параметры С к и Кк контрольных электродов 5 должны быть стабильны, одинаковы для обоих датчиков 3 и известны. Первые два требования удовлетворяются выбором материала электродов н технологией их изготовления.Измеряют параметры контрольных электродов следующим образом.Контрольный электрод 5 устанавливают на датчике 11, который содержит диэлектрическое основание. 12 с размещенными на нем электродами 13 и 14, играющими роль охранных электродов, причем контрольный электрод 5 окружает электрод 13, а электрод 14 окружает контрольный электрод 5 (фиг.5). Датчик 11 в электролите2 устанавливают ноэле платинированной пластины 15 на расстоянии 1(как и при основных двух измерени-ях), контрольный электрод 5 подключаЮт к одной клемме измерительногоустройства 8, а платинированнуюплатину 15 через контактирующее устройство 9 - к другой, Электроды 13и 14 подключают к выходу схемы 10балансировки потенциала, вход которой подключают к контрольному электроду 5, причем последний включаютанодом, а платинированную платину 15 -катодом. Электрический режим электрода 5 устанавливают таким же, как ипри втором измерении. Материал и технология изготовления электродов 13и 14 должны быть такими же, как иконтрольного электрода 5 Эквивалентная схема измеряемой цепи показанана Фиг.б, где Си К- параметры участка платинированной пластины15, участвующего в измерении (ограничивается видимой поверхностьюэлектрода 5), К- сопротивлениейобъема электролита, ограниченногоэлектродом 5 и участком платинированной платины 15, Ки Ск - параметры контрольного электрода 5. Измеряют параметры образованной цепи,получаютс,= ----- ,Спп Ск(17)с+ скКЗ Кпп + Кэ + Ккэ (18)где С и Кэ - измеренные параметрыцепи.Так как платинированная платинаимеет очень развитую поверхность,что СппСк КппКэ и КР, поэтомуС 3 Сэ(19)Къ Кэ + Кк(20)ЛКопределяют по известнымр , 1, Б., где Бк - видимая геометрическая площадь контрольного электрода 5. Таким образом, это измерениепозволяет определить параметры С к иК контрольных электродов 5. При соответствующем выборе материала, технологии изготовления и эксплуатацииконтрольных электродов 5 эти параметры стабильны, поэтому для реализации способа параметры контрольныхэлектродов 5 измеряют только при из"готовлении датчиков 3.Коэффициент 1(, характеризующийгеометрические размеры датчиков 3совместно с расстоянием 1 между из меряемой фольгой 1 и поверхностью электродов и связывающий сопротивления объемов электролита 2 при первом и втором измерениях, определяют следующим образом.Проводят измерение, аналогичное первому .измерению, при этом вместо фольги 1 устанавливают платинированную платину 15. В этом случае результатами измерений являются 10 15 35 аКэ 4Кэ 40 2(К -К - - К)+Р 1( - -+ ) 1 . 1 1 И 2 3 )э . 88 и Р 1(25) Таким образом, по результатамдополнительных измерений, проводимых при изготовлении датчиков, определяют параметры С, Ки Е. Сопротивление Ктакже является.постоянной величиной для измерений,проводящихся в электролите одинаковых состава и концентрации при одинаковой температуре. При этом все измерения необходимо производить при 55одинаковых расстояниях .". Датчикиобычно крепятся на дополнительныеоснования, имеющие выступающие бурти"ки, предназначенные для исключениясоприкосновения поверхности электроС = 2 (21)ф С 1 + С п,п1К = 2 (Ки + Кэл + Кп.п )учитывая, что Сп иС кэ К п.пККК можно аписатьС = 2 Си, (23)К; = (Ки + Кэл )(24)120при этом К. определяют по Формуле(18).Из Формул (8), (9), (16) и (24)определяют К , а затем .по извести25 ным значениям Кзи К э по Формулам(12) - (24) определяют коэффицент 1(,характеризущий геометрические размеры измерительной цепи и связывающий сопротивление объема электролита между измерительными электродамии Фольгой и сопротивление объемаэлектролита между измерительнымиэлектродами и контрольными электродами по Формуле1дов с фольгой и фиксации расстоянияот электродов до фольги, При измерениях фольга фиксируется симметричномежду датчиками именно этими буртиками,Размеры пластины платинированнойплатины. должны быть такими, чтобыэлектрическое поле в зоне измеренийбыло однородным. Так, например,пластина платинированной пластиныможет быть зафиксирована по отношению к датчику с одной стороны припомощи буртиков и дополнительнойровной поверхностью с другой стороны,Наиболее эффективно применение способа при автоматическом непрерьвном неразрушающем контроле параметров фольги непосредственно при ее обработке (травлении, формовке), что позволяет сократить технологические потери фольги и повысить ее каче ство.,ф о р и у л а изобретенияСпособ измерения электрических параметров фольги, заключаюшийся в том, что измеряют удельную емкость и тангенс угла потерь фольги при протягивании ее в электролите между двумя измерительными электродами и окружающими их охранными электродами, установленными в одной плоскости с измерительными электродами, путем подключения фольги к одной клемме измерительного блока, а измерительных электродов - К другой, приэтом фольгу подключают анодом, измерительные электроды - катодом, апотенциалы измерительных и охранныхэлектродов поддерживают равными другдругу, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения точности измерения удельной емкости и тангенсаугла потерь фольги, размещают контрольные электроды в одной плоскостис измерительными и охранными электродами так, чтобы контрольные электроды окружали охранные, подключаютконтрольные электроды к одной клеме,а измерительные в к другой и осуществляют второе измерение емкости и тангенса .гла потерь образоьанной цепи,причем величину измерительного напряжения той же частоты устанавливаюттакой, чтобы через измерительнуюцепь протекал ток, равный по величине и направлению току, протекающемучерез измерительные электроды при25 первом измерении, и по результатамизмерений, с учетом предварительноизвестных значений емкости и тангенса угла потерь контрольных электродов, сопротивления объема электролита между измерительными электродамии измеряемыми участками фольги, атакже коэффициента, характеризующегогеометричесике размеры измерительнойцепи при двух измерениях, вычисляютдействительные значения удельнойемкости и тангенса угла потерь измеряемой фольги, а также измерительныхэлектродов,орректор Н.Ревск изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород Гагарина аказ 44 Тираж ПодписноеНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5