DE2641574A1

DE2641574A1 - Zylinderkondensator

Info

Publication number: DE2641574A1
Application number: DE19762641574
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Dipl Ing Freygang; Holger Dipl Ing Wittich
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1976-09-13
Filing date: 1976-09-13
Publication date: 1978-03-16

Description

Zylinderkondensator
Die Erfindung bezieht sich auf einen Zylinderkondensator mit einer inneren Elektrode und einer diese koaxial umgebenden äußere ren Elektrode. Derartige Kondensatoren, die in ATM Z 131-1, Oktober 133, beschrieben sind, werden in der Meßtechnik verwendet. Sie haben den Nachteil, daß sich ihre Kapazität in Abhängigkeit der Temperatur je nach den verwendeten Materialien unterschiedlich ändert.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zylinderkondensator zu finden, dessen Kapazitätsänderungen aufgrund von Temperaturänderungen wählbar sind. Insbesondere soll ein Kondensator mit temperaturunabhängiger Kapazität gefunden werden.
Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß die äußere Elektrode aus demselben Material wie die innere Elektrode besteht und von einem Außenzylinder umgeben ist, an dessen Stirnseiten Abschirmteile einseitig befestigt sind, die zwischen die äußere Elektrode und die innere Elektrode ragen, und daß die lltärmeausdehnungen des Außenzylinders und die der Abschirmteile verschieden sind.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen des Kondensators gemäß der Erfindung beschrieben.
Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, werden im folgenden die Erfindung sowie weitere Vorteile und Ergänzungen näher beschrieben und erläutert.
Eine stabförmige innere Elektrode 1 ist von einer äußeren Elektrode 2 umgeben. Die beiden Elektroden. 1, 2 sind koaxia@ angeordnet. Ein Außenzylinder 3 umgibt die äußere Elektrode 2. An dessen einer Stirnfläche 6 ist ein Abschirmteil 4 befestigt, das mit seinem anderen Ende in den Raum zwischen der inneren Elektrode 1 und der äußeren Elektrode 2 ragt. Entsprechend ist an der Stirnfläche 7 des Außenzylinders 3 ein Abschirmzylinder 5 befestigt. Der Außenzylinder 3 besteht aus einem Material, das einen anderen linearen ärmeausdehnungskoeffizienten besitzt als die Abschirmteile 4 und 5. Er dient nicht nur zur Halterung der Abschirmteile 4 und 5, sondern auch zur Abschirmung und ist daher vorzugsweise aus einem elektrisch leitenden Material gef ertigt. Er kann aber auch aus einem Isolator, z. B. Porzellan, mit kleihem linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufgebaut sein, auf den zur Abschirmung eine elektrisch leitende Schicht aufgebracht ist. Die innere Elektrode 1, die äußere Elektrode 2 und die Abschirmteile 3, 4, 5 sind an Kontaktstellen 8, 9 und 10 mit Zuleitungen 11, 12, 13 verbunden.
Der Durchmesser der inneren Elektrode 1 betrage d, der innere Durchmesser der äußeren Elektrode 2 D, die Länge des Zylinders 3 11, die des Abschirmzylinders 4 12 und die des Abschirmzylinders 5 13. Damit ist die wirksame Länge des Kondensators L = 11 1 12 - 13. Seine Kapazität beträgt: 2# # # ##O # L C = -- -D - (1) log(D) Nach.einer Temperaturänderung um At ist die Kapazität: 2# # # # #O # L = (2) log #D'/d'# Die innere Elektrode 1 und die äußere Elektrode 2 sind aus demselben Material hergestellt; dessen linearer Wärmeausdehnungskoeffizient sei a. Der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient des Materials, aus dem der Zylinder 3 gefertigt ist, sei a1, der des Materials des Abschirmteiles 4 a2 und der des Materials des Abschirmteiles 5 a3.
Damit ist 2# # # # #O # L L' = = 2# # # # #O (3) D (1+α #t) log# # log D/d d (1+α #t) Die relative Kapazitätsänderung ist: C' - C #C L' - L #L = = = (4) C C L L Unter den oben gemachten Voraussetzungen ist = (l1 # α1 - l2 # α2 - l3 # α3) #t (5) Sind die Abschirmzylinder 4, 5 gleich lang und bestehen sie aus demselben Material, so ist 12 = 13 und a2 = a3. Die Längenänderung beträgt dann AL = (11 a, a1 - 2 12 α2) #t (6) Die obigen Gleichungen zeigen, daß die relative Kapazitätsänderung gleich der relativen Änderung der wirksamen Länge des Kondensators ist. Die relative Längenänderung ist abhängig von den Längen des Außenzylinders 3 und den Abschirmteilen 4 und 5 sowie den linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Materialien, aus denen der Außenzylinder und die Abschirmteile gefertigt sind.
Durch geeignete Wahl der Längen und der Temperaturkoeffizienten kann daher eine gewünschte Temperaturabhängigkeit der Kapazität erhalten werden.
Von besonderem Interesse ist die Temperaturunabhängigkeit der Kapazität. Diese wird dann erreicht, wenn AL Null ist, d. h. wenn l1 # α1 = l2 # α2 + l3 # α3 ist, oder, falls 12 = 13 und α2 = a3 ist, α1 2 12 α2 = l1 ist. Fertigt man z. B. den Zylinder 3 aus Eisen, dessen Wärmeaus- dehnungskoeffizienten 1,23 . 10 5 ist und die Abschirmteile 4 und 5 aus Aluminium mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von 2,38 . 10 # 10-5, so ergibt sich ein Längenverhältnis 11 : 12 von 3,87. Eine temperaturunabhängige Kapazität ist somit mit üblichen Materialien möglich. Durch Änderung dieses Verhältnisses kann man positive und negative Temperaturgänge der Kapazität einstellen.
Ein größeres Verhältnis, d. h. kürzere Abschirmzylinder 4, 5, lassen sich erreichen, wenn der Außenzylinder 3 aus einem Material gefertigt wird, das einen kleineren Temperaturkoeffizienten als Eisen hat. Dieses Material kann auch ein Nichtleiter, z. B. Porzellan, sein. In diesem Falle hat der Kondensator den Nachteil, daß bei einer raschen Temperaturänderung das Metall schnel'er die Temperatur ändert als der Isolator und sich daher kurzfristige Kapazitätsänderungen ergeben können.
5 Patentansprüche 1 Figur L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche Zylinderkondensator mit einer inneren Elektrode und einer diese koaxial umgebenden äußeren Elektrode, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Elektrode (2) aus demselben Material wie die innere elektrode (1) besteht und von einem Außenzylinder (3) umgeben ist, an dessen Stirnseiten (6, 7) Abschirmteile (4, 5) einseitig betestigt sind, die zwischen die äußere Elektrode (2) und die innere Elektrode (1) ragen, und daß die Wärmeausdehnungen des Außenzylinders (3) und die der Abschirmteile (4, 5) verschieden sind.
2. Zylinderkondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt der Abmessungen des Außenzylinders (3) mit dem linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten seines Materials gleich der Summe der Produkte der axialen Abmessungen der Abschirmteile (4, 5) mit den linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten aeren Materialien ist.
3. Zylinderkondensator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmteile (4, 5) aus demselben Material bestehen und das Verhältnis der axialen Abmessung (l) des Außenzylinders (3) zur Summe der Längen (12, 13) der Abschirmteile (4, 5) gleich dem Verhältnis des linearen TTärmeausdehnungskoeffizienten (cm2) des Materials der Abschirmteile (4, 5) zu dem (ai) des Materials des Außenzylinders (3) ist.
4. Zylinderkondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenzylinder (3) aus einem elektrisch leitenden Material besteht und zumindest über einen Kondensator geerdet ist.
5. Zylinderkondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenzylinder (3) aus einem elektrischen Isolator und einer auf diesen aufgebrachten, zumindest kapazitiv geerdeten elektrisch leitenden Schicht besteht.