Laboratorium Inżynierii Materiałowej
Numer kolejny ćwiczenia: 2	Numer ćwiczenia w skrypcie: 6		Skład zespołu: 1. Paweł Grzegrzółka 2. Grzegorz Barnik
Temat : Badanie stabilności temperaturowej kondensatorów i cewek indukcyjnych		Wydział ETI Kierunek: AiR	Grupa dziekańska: 1
Termin odrabiania ćwiczeń:			Data oddania sprawozdania: 2003.11.17

1. Wykreślić charakterystyki badanych kondensatorów C = f(T)

Aby uzyskać charakterystyki C=f(T) dokonaliśmy pomiarów pojemności czterech kondensatorów w zależności od temperatury. Pomiarów dokonywaliśmy w zakresie temperatur 22-90°C co 10°C, ich wyniki zebraliśmy w tabelach dołączonych do tego sprawozdania..

Wykres C = f(T)

C1 kondensator 47 nF X7R 1m. / 50 V (ceramika drugiego rodzaju)

Wykres C = f(T)

C2 kondensator 47 nF Z5U 1m. / 50 V (ceramika II rodzaju)

Wykres C = f(T)

C3 kondensator 4,7 nF kondensator ceramiczny I rodzaju

Wykres C = f(T)

C4 kondensator 470 pF kondensator ceramiczny I rodzaju

Wykres C = f(T)

C5 kondensator 470 pF kondensator ceramiczny I rodzaju

Wykres C = f(T)

C6 kondensator 6,2 nF KFPmII - IIC (ceramika II rodzaju)

2. Obliczyć TWC dla kondensatorów o charakterystykach liniowych. Obliczyć
dla kondensatorów o charakterystykach nieliniowych zaznaczając przedział temperatury, dla którego wykonano obliczenia. Przedyskutować otrzymane wyniki i porównać z danymi katalogowymi (patrz część VI instrukcji).

Można stwierdzić, że zmiany pojemności kondensatorów z temperaturą wynikają głównie ze zmian geometrycznych rozmiarów oraz zmian przenikalności elektrycznej. Stabilność temperaturowa kondensatorów jest liczbowo określona temperaturowym współczynnikiem pojemności TWC:

gdzie:

C - pojemność kondensatora badanego (w naszym przypadku przyjęliśmy, że jest to pojemność kondensatora w temperaturze 22°C)

dc/dT - w przypadku, gdy przebieg zależności C=f(U) jest zbliżony do liniowego czyli opisującą go funkcją może być y=ax+b, możemy przyjąć, że dc/dt=a.

Jednak w przypadku, gdy kondensator jest bardzo nieliniowy to wtedy przyjmuje się zamiast współczynnika TWC zależność ΔC/C opisaną poniższą zależnością:

gdzie:

C_/Tn/ - pojemność w temperaturze pomiaru

C_/T20/ - pojemność w temperaturze 20°C.

Dla kondensatorów ceramicznych typu I obliczyliśmy następujące wartości TWC:

TWC3	10^-6 1/°C	4.14
TWC4	10^-61/°C	-362.15
TWC5	10^-61/°C	-369.16

Dla kondensatorów ceramicznych typu II (ferroelektrycznych) obliczylismy względne przyrosty pojemności:

ΔC1/C1	-0.118
ΔC2/C2	-0.535
ΔC6/C6	-0.178

C₁ i C₂

Charakterystyki C=f(T) tych kondensatorów wskazują, że mają nieliniową zależność pojemności od temperatury. Ich względne przyrosty temperatur dla X7R 11.8 % i dla Z5U 53.5% są przybliżone do wartości katalogowych.

C₃

Dla tego kondensatora w wyniku obliczeń uzyskaliśmy, że TWC=-4.14*10^-6 1/°C co oznacza, że współczynnik ten jest bardzo bliski zeru. Wynik obliczeń potwierdza przypuszczenia o wielkości TWC na podstawie wykresu zależności C=f(T) dla C₃. Z wykresu widać bowiem, że charakterystyka jest zbliżona do linii prostej równoległej do osi T. W związku z otrzymaną wartością TWC dla tego kondensatora można stwierdzić, że najprawdopodobniej jest to kondensator typu NPO. Co oznacza, że TWC jest równe zeru.

C_{4 i} C₅

Oba kondensatory wykazują się liniowością charakterystyki C=f(T). A ich TWC jest zbliżone do danych katalogowych, gdzie jest równe -330. Wynika z tego ze są to kondensatory typu N330.

C₆

W przypadku tego kondensatora charakterystyka C=f(T) wskazuje, że kondensator ten ma bardzo nieliniową zależność pojemności od temperatury. Jest to zgodne ze stanem faktycznym, okazuje się bowiem, że kondensator ten jest typu IIC, a w związku z tym wykazuje on dużą nieliniowość zależności pojemności od temperatury. W związku z tym ,że jest kondensator typu IIC, więc zamiast obliczać TWC obliczyliśmy współczynnik ΔC/C i otrzymaliśmy, że wynosi on ΔC/C=17.8% jest to więc zgodne z danymi katalogowymi, gdyż kondensator typu IIC wykazuje maksymalną zmianę pojemności równą 20%.

3. Wykreślić charakterystyki temperaturowe badanych cewek L= f (T).

Wykres L = f(T)

L1 cewka indukcyjna 3,8 H rdzeń kubkowy F3001 AL.8700

Wykres L = f(T)

L2 cewka indukcyjna 1,5 H rdzeń kubkowy F3001 AL.800

Wykres L = f(T)

L3 cewka indukcyjna 510 mH rdzeń kubkowy F2001 AL.3400

Wykres L = f(T)

L4 cewka indukcyjna 46 mH rdzeń kubkowy F2001 AL.100

Wykres L = f(T)

L5 cewka indukcyjna 510 mH rdzeń kubkowy F604 AL.1050

Wykres L = f(T)

L6 cewka indukcyjna 52 mH rdzeń kubkowy F604 AL.160

4. Obliczyć procentowe zmiany indukcyjności w funkcji temperatury dla Tn = 40^oC i 90^oC, przedyskutować otrzymane wyniki.

Można stwierdzić, że materiały magnetyczne poddane działaniu temperatury wykazują zmiany przenikalności magnetycznej. W związku z tym element indukcyjny wykonany na rdzeniu kubkowym z materiału magnetycznie miękkiego będzie wykazywał zmiany indukcyjności wraz z temperaturą. Z kolei stabilność temperaturową elementów indukcyjnych określa przez specjalnie zdefiniowany współczynnik o postaci:

gdzie

L_/Tn/ - indukcyjność w temperaturze pomiaru

L_/T20/ - indukcyjność w temperaturze 20°C

W oparciu o to dokonaliśmy obliczeń dla dwóch temperatur: T_/Tn/=40°C oraz T_/Tn/=90°C. Wyniki obliczeń zawiera poniższa tabela:

Cewka		T/Tn/=40°C	T/Tn/=90°C
L1	%	-2.16	-12.55
L2	%	-1.09	-1.21
L3	%	-4.46	-17.39
L4	%	-0.04	-0.19
L5	%	-2.5	-7.18
L6	%	-0.44	-1.51

Z powyższych obliczeń i wykresów można wywnioskować, że przez cały czas indukcyjność cewek maleje wraz ze wzrostem temperatury, z tym, że im wyższa temperatura tym większy jest spadek indukcyjności. Wnioski te potwierdza także kształt krzywych L=f(T). Są one krzywymi malejącymi zwiększającymi swoje nachylenie wraz ze wzrostem temperatury. Przy czym warto jest zwrócić uwagę na cewkę L₂ z rdzeniem wykonanym z ferrytu F3001 AL 800 ze szczeliną powietrzną, w której to wzrost nachylenia krzywej jest nieznaczny w porównaniu z pozostałymi cewkami indukcyjnymi.

Cewka L₄ jest cewką, która różni się od pozostałych w sposób znaczący. Wartości procentowych zmian indukcyjności wskazują na to, że indukcyjność tej cewki nieznacznie zależy od temperatury. Świadczy o tym także wykres L=f(T), który jest prawie linią prostą równoległą do osi T załamująca się dopiero powyżej 70 ^oC. W związku z tym nachylenie tej prostej jest 0 czyli indukcyjność nie zależy od temperatury. Czyli cewka wykonana z ferrytu F 2001 AL 100 ze szczeliną powietrzną nie wykazuje znaczących zmian indukcyjności wraz z temperaturą.

---