DE2641574A1 - Cylindrical capacitor with inner electrode - has coaxial outer electrode of identical material surrounded by screened outer cylinder - Google Patents

Abstract

The outer electrode (2) of the cylindrical capacitor is of the same material as its inner electrode (1). An outer cylinder (3) surrounds the outer electrode and carries screen elements (4, 5) on its front faces (6, 7). The screening elements penetrate between the outer and inner electrodes. The heat expansion of the outer cylinder and the screening elements is different. Preferably the product of the outer cylinder dimensions with its linear heat expansion coefficient equ 1s the sum of the products of the screening elements axial dimensions with the linear heat expansion coefficient of their material. The type of materials and dimensions are specified.

Description

ZylinderkondensatorCylinder capacitor

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.The invention relates to a cylindrical capacitor having a inner electrode and an outer electrode surrounding this coaxially. Such Capacitors, which are described in ATM Z 131-1, October 133, are in the Measurement technology used. They have the disadvantage that their capacity is dependent the temperature changes differently depending on the materials used.

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.The present invention is based on the object of a cylinder capacitor to find whose capacity changes due to temperature changes can be selected are. In particular, a capacitor with a temperature-independent capacitance is to be found will.

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.According to the present invention, this object is achieved by that the outer electrode is made of the same material as the inner electrode and is surrounded by an outer cylinder, with shielding parts on one side on its end faces that protrude between the outer electrode and the inner electrode, and that the thermal expansion of the outer cylinder and that of the shielding parts are different are.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen des Kondensators gemäß der Erfindung beschrieben.The subclaims contain advantageous configurations of the capacitor described according to the invention.

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.Based on the drawing, in which an embodiment of the invention is shown, the invention and other advantages and additions are shown below described and explained in more detail.

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.A rod-shaped inner electrode 1 is of an outer electrode 2 surrounded. The two electrodes. 1, 2 are arranged coaxially @. An outer cylinder 3 surrounds the outer electrode 2. On one end face 6 of which there is a shielding part 4 attached, the other end in the space between the inner electrode 1 and the outer electrode 2 protrudes. Correspondingly is on the end face 7 of the outer cylinder 3 a shielding cylinder 5 is attached. The outer cylinder 3 consists of a material which has a different linear thermal expansion coefficient than the shielding parts 4 and 5. It is used not only to hold the shielding parts 4 and 5, but also for shielding and is therefore preferably made of an electrically conductive material made. But it can also consist of an isolator, e.g. B. porcelain, with small linear Thermal expansion coefficients be built up, on the one for shielding an electrical conductive layer is applied. The inner electrode 1, the outer electrode 2 and the shielding parts 3, 4, 5 are at contact points 8, 9 and 10 with leads 11, 12, 13 connected.

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.The diameter of the inner electrode 1 is d, the inner diameter of the outer electrode 2 D, the length of the cylinder 3 11, that of the shielding cylinder 4 12 and that of the shielding cylinder 5 13. This is the effective length of the capacitor L = 11 1 12 - 13. Its capacity is: 2 # # # ## O # L C = - -D - (1) log (D) After a temperature change of At, the capacity is: 2 # # # # #O # L = (2) log # D '/ d' # The inner electrode 1 and the outer electrode 2 are made of the same material manufactured; its linear thermal expansion coefficient is a. The linear coefficient of thermal expansion of the material from which the cylinder 3 is made is a1, that of the material of the Shielding part 4 a2 and that of the material of the shielding part 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.So 2 # # # # #O # L L '= = 2 # # # # #O (3) D (1 + α #t) log # # log D / d d (1 + α #t) The relative change in capacity is: C '- C #C L' - L #L = = = (4) C C L L Under the assumptions made above, = (l1 # α1 - l2 # α2 - l3 # α3) #t (5) Are the shielding cylinders 4, 5 of the same length and if they consist of the same material, then 12 = 13 and a2 = a3. The change in length then AL = (11 a, a1 - 2 12 α2) #t (6) The above equations show that the relative change in capacitance is equal to the relative change in the effective Length of the capacitor is. The relative change in length depends on the lengths of the outer cylinder 3 and the shielding parts 4 and 5 and the linear thermal expansion coefficient the materials from which the outer cylinder and the shielding parts are made.

Durch geeignete Wahl der Längen und der Temperaturkoeffizienten kann daher eine gewünschte Temperaturabhängigkeit der Kapazität erhalten werden.By suitable choice of lengths and temperature coefficients, you can therefore, a desired temperature dependency of the capacitance can be obtained.

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.The temperature independence of the capacity is of particular interest. This is achieved when AL is zero, i.e. H. if l1 # α1 = l2 # α2 + l3 # α3, or if 12 = 13 and α2 = a3, α1 2 12 α2 = l1. If you manufacture z. B. the cylinder 3 made of iron, whose heat expansion coefficient 1.23. 10 5 and the shielding parts 4 and 5 made of aluminum with a coefficient of thermal expansion of 2.38. 10 # 10-5, the result is a length ratio 11: 12 of 3.87. One temperature-independent capacity is thus possible with common materials. By Changing this ratio can be positive and negative temperature curves of the Set capacity.

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.A larger ratio, i. H. shorter shielding cylinders 4, 5, leave achieve when the outer cylinder 3 is made of a material that has a smaller temperature coefficient than iron. This material can also a non-conductor, e.g. B. porcelain. In this case the capacitor has the Disadvantage that with a rapid change in temperature the metal reaches the temperature more quickly changes than the isolator and therefore there are short-term changes in capacitance can.

5 Patentansprüche 1 Figur L e e r s e i t e5 claims 1 figure L e r s e i t e

Claims (5)

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.Claims cylinder capacitor with an inner electrode and an outer electrode surrounding this coaxially, characterized in that the outer electrode (2) made of the same material as the inner electrode (1) and is surrounded by an outer cylinder (3), on its end faces (6, 7) shielding parts (4, 5) are attached on one side, between the outer electrode (2) and the inner Electrode (1) protrude, and that the thermal expansion of the outer cylinder (3) and the the shielding parts (4, 5) are different. 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. 2. cylinder capacitor according to claim 1, characterized in that the product of the dimensions of the outer cylinder (3) with the linear thermal expansion coefficient its material equal to the sum of the products of the axial dimensions of the shielding parts (4, 5) with the linear thermal expansion coefficients of other materials. 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. 3. cylinder capacitor according to claim 2, characterized in that the shielding parts (4, 5) consist of the same material and the ratio of axial dimension (l) of the outer cylinder (3) to the sum of the lengths (12, 13) of the shielding parts (4, 5) equal to the ratio of the coefficient of linear thermal expansion (cm2) of the Material of the shielding parts (4, 5) to the (ai) of the material of the outer cylinder (3) is. 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. 4. cylinder capacitor according to one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the outer cylinder (3) is made of an electrically conductive material exists and is grounded at least via a capacitor. 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. 5. cylinder capacitor according to one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the outer cylinder (3) consists of an electrical insulator and a on this applied, at least capacitively grounded electrically conductive layer consists.