[其他]高低温介电性能和电阻率测量用电极装置

说明书

本发明属于一种物理参数测量仪器的改进。

电介质，尤其是高分子电介质材料的广泛应用，迫切需要能够在不同温度（如－180℃至＋250℃）、频率和气氛条件下测定其性能的仪器设备。这种设备一般包括两个部份：测定一些基本物理量的仪器，如精密电桥、静电计或微电流计等，和一个完善的电极装置。后者的功能是保证试样能根据需要处于各种不同的条件下进行测量，而在试样电极和测量仪器的输入端之间不会引进附加的讯号和干扰。

为了减少试样室温度变化对测量的干扰，已有的办法是将电极设置在很大的加热箱中〔1，2〕，或用石棉层隔热〔3〕。这种办法使设备体积大、变温慢，耗能大，不易控制试样室的气氛。另一种办法是在电极和出线端之间加入大块陶瓷烧结件来消除试样室温度变化的影响，这样使材料选择和加工工艺复杂化，对生产带来不便。

本发明的目的是通过改进结构设计，采用新的方式抑制由于试样室的温度变化对测量带来的影响，以得到结构小巧、加工容易、操作方便、适于高指标测量的（温度范围宽，环境气氛可控，高精度，弱讯号）电极装置。

本发明采用金属的电极线引出器来达到避免试样室温度变化对测量带来的干扰。所用金属材料可以是常见的金属材料，如碳钢、不锈钢、铝、黄铜、紫铜、德银合金。这种引出器的结构示意图如图1所示，它是由紧接试样室（1）的传热较慢的热阻段（2）和装有电极装置出线端（4）的散热器形端块（3）构成的。热阻段选用传热较差的金属材料和采用各种细管状结构，可以由一根或数根、相同或不同直径的管子组成，其直径和长度可分别在3－30毫米和5－300毫米间变动。端块可用与热阻段相同或不相同的金属材料制成，具有较大的热容量和良好的散热性。端块可采用园盘形或其它形状的散热器结构。若采用圆盘形，其直径和高度可分别在30－200毫米和10－80毫米之间变动。

采用这种电极线引出器，配以密闭式的试样室套筒结构制成的电极装置（图2）可满足在－180℃到＋250℃温度范围内各种电性能（如介电常数，介电损耗和电阻率）精确测量的要求。图2所示的电极装置中电极（8）的引出线（5）从密闭的试样室（1）中穿过作为热阻段的细管（2）接到端块（3）的引出线端（4）上。热电偶（7）亦穿过细管（2）从试样室顶部引出。图中（9）是电极支架，（10）是电炉，（6）是绝缘管。

当试样室的温度在－180℃到＋250℃之间变化时，在端块顶部的电极装置出线端处温度可保持在室温附近。这样在低温测量时，不会因结霜短路；而在高温测量时，也不会损坏连接导线的高分子绝缘层。

电极线引出器可用常见金属材料制成，所以对加工工艺和材料都没有特殊的要求。由于试样室体积小，液氮用量和加热器功率可以降低。

实施例1

按图2结构用长度为140毫米，而直径为8和5毫米的不锈钢管（1Cr18Ni9Ti）各两根和散热盘形黄铜端块，其直径为60毫米，高30毫米，构成的电极线引出器制成电极装置。与变压器式电桥测量系统联接，可进行介电常数和介电损耗测定。

在电极间空气间隙为0.268厘米时测得的电容值在30Hz－100KHz频率范围内保持稳定，与按电极间距计算的电容值间的差值一般为1.5％，最大不超过2.6％。在同样频率范围内电极系统的空白损耗值tanδ一般小于2×10^－5，仅100KHz时空白损耗tanδ为3.4×10^－5。

在10³Hz下电极间为空气间隙时，介电常数ε′和ε″随温度的变化见图3和4。ε′的变化小于1％，ε″保持低值（＜2×10^－5）。

实施例2

按例1结构尺寸制成的电极装置与静电计测量系统相连可测量微电流和试样的体电阻等。室温下测得的开路（试样室抽真空后充入干燥氮气，电极间距2毫米，不放样品）电流背景燥声小于1×10^－15安。从室温到＋200℃升温时，基线的平均漂移值小于2×10^－17安·度^－1。

实施例3

按图2结构用长度为90毫米而直径分别为8和5毫米的不锈钢管（1Cr18Ni9Ti）各两根和散热盘形黄铜端块（直径50毫米，高20毫米）构成的电极线引出器制成电极装置。用动电容静电计测量开路时的电流基线漂移和燥声，条件同实例2。由室温到＋200℃升温时，在接近＋200℃的高温区基线平均漂移为1.6×10^－16安·度^－1。最大燥声为1.1×10^－14安。