Описание установки

Рис. 3

Изучение сегнетоэлектрика производится на лабораторном комплексе ЛКТ-3, изображенном на рис. 3.

Все элементы комплекса размещены на двух этажах каркаса (поз.1 рис. 3). Нижний этаж служебный, в нём размещена измерительная система ИСТ – 2М (поз. 2 рис. 3) и приборный блок (поз. 3 рис. 3)

Верхний этаж – рабочая зона. В нём размещена печь – термостат с теплоизолирующим кожухом. На задней стенке ИСТ-2М установлен разъем сетевого питания, предохранители на 1А и сетевая розетка 220 В.

Назначение ист-2м

Измерительная система ИСТ-2М, передняя панель которой представлена на рис. 4 выполняет следующие функции:

• Электропитание устройств для термодинамических измерений (нагреватели, электроника, вспомогательные элементы).

• Управление температурой изучаемых объектов, в частности термостатирование – режим позволяющий поддерживать заданную температуру печи.

Назначение различных элементов управления системы приведены ниже.

СЕТЬ	тумблер включения сети.
H1	4 -разрядный цифровой индикатор. Его свечение свидетельствует о включении питания прибора. Показания индикатора определяются тем, какая из кнопок переключателей нажата
Переключатели:
Uн	напряжение питания нагревателя, в вольтах
Iн	ток питания нагревателя, в миллиамперах
Т1	температура подключенного к системе датчика Д1 в °С с разрешением 0,1 градуса
Т2	температура подключенного к системе датчика Д2 в °С с разрешением 0,1 градуса
UBX	действующее значение синусоидального переменного напряжения, поданного на разъем ВХ, с разрешением 1 мВ и пределом измерения 2В
ТЕРМОСТАТ	разъем термостата.
ТЕМПЕР 40...80...120	ручка регулировки максимальной температуры датчика в пределах 40-120°С
НАГРЕВ 0...10...20	ручка регулировки напряжения питания нагревателя в пределах от 0 до 20 В.
ВКЛ	Тумблер включения нагревателя. При поднятой рукоятке включен ТВЭЛ устройства, подключенного к разъему ТЕРМОСТАТ, и подается на­пряжение на гнезда НАГР.
Н2, НЗ	индикаторы режима работы термостата.
АМПЛИТУДА	ручка регулировки выходного напряжения изолированного источника питания.
=/	тумблер переключения вида выходного напряжения: -вниз, постоянное -вверх переменное с частотой 1-2 кГц. При среднем положении рукоятки питание отключено.
НАГР и ОБЩ	выход источника питания нагревателя, параллельный выведенному на разъем ТЕРМОСТАТ. Полярность: ОБЩ  «-», НАГР  « + «
-/~, +/~	выходы изолированного источника питания.

Рис. 4

Регулировка температуры осуществляется следующим образом.

• Если температура подключенного к системе и выбранного для измерений датчика ниже установленной регулятором «ТЕМПЕРАТУРА» то нагреватель включен, о чем свидетельствует свечение зеленого индикатора Н2.

• Если температура подключенного к входу Д1 датчика приближается к установленной регулятором «ТЕМПЕРАТУРА», то включается автомат управления температурой, и напряжение на нагревателе снижается: система переходит в режим термостатирования. При этом светятся два индикатора: зеленый Н2 и красный НЗ. Выход на режим термостатирования легко определить по прекращению роста температуры объекта. Режим термостатирования реализуется, только если датчик нагреваемого объекта подключен к входу Д1 или через разъём «ТЕРМОСТАТ».

• Если температура датчика Д1 выше установленной регулятором «ТЕМПЕРАТУРА», то нагреватель отключен, и светится только красный индикатор НЗ. Система переходит в режим термостатирования при остывании объекта.

ПЕЧЬ–ТЕРМОСТАТ (рис. 5) состоит из плиты, установленной на основании прибора 6, и окруженной теплоизолирующим кожухом 1. В плиту встроены два тепловыделяющих элемента (ТВЭЛ) и датчик температуры. Плита может охлаждаться встроенным вентилятором.

Сопротивление ТВЭЛ печи равно 10 Ом, максимальное напряжение питания – 20 В, максимальная мощность – 40 Вт.

Рис. 5

Изучаемый (нагреваемый) объект 8 устанавливается на плите и прижимается к

ней стержнем 9 с помощью двух пружин 10. Пружины прицеплены к двум штырям 11 и при необходимости могут быть сняты. На объект надевается теплоизолирующий кожух (на рис. 5 не показан).

Через разъем 12 модуль подключается к ИСТ-2. Тумблер «ВЕНТ» включает вентилятор. Гнезда «H1» и «Н2» включены параллельно нагревателю и используются для измерения напряжения на нагревателе при необходимости точного определения выделяемой в нагревателе мощности (вольтметр измерительной системы ИСТ-2 не учитывает падение напряжения на проводах кабеля, что приводит к небольшой погрешности в определении мощности).

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МОДУЛИ (рис.6) предназначены для изучения электрических и магнитных свойств материалов в диапазоне температур. Внешний вид модуля представлен на рис. 6 а). Исследуемые образцы 1 (рис. 8 б) закреплены на плате 2 и размещены в тигле 3. Контакты образцов подключены к гнездам 4, через которые образцы подключаются к внешним устройствам. Плата прижата крышкой 5. На плате нанесена маркировка, по которой различаются модули. Место маркировки (вид сверху) и принятая нумерация гнезд показаны на рис. 8 в). Тигель размещается на печи термостата, закрывается теплоизолирующим кожухом и прижимается к печи стержнем с пружинами. Для лучшего теплового контакта тигля с печью на поверхность печи наносят 2-3 капли глицерина. Для лучшего теплового контакта образца с тиглем в тигель залит парафин.

КОМПЛЕКТ КАБЕЛЕЙ (рис. 7) обеспечивает необходимые соединения при сборке схем.

Кабель К01	Кабель К02	Кабель К03
	Рис. 7

Кабель К01 используется для соединения разъемов источника питания с контактами модуля; кабель К02 используется для подключения осциллографа к исследуемому модулю (конец «А» подключается к выходному разъему осциллографу, конец «Б» к исследуемому модулю); кабель К03 используется для подключения разъема «термостат» с аналогичным разъемом печи (поз. 12 рис. 5).

МОДУЛЬ «СЕГНЕТОЭЛЕКТРИК» (маркировка «С»)

Электрическая схема модуля «Сегнетоэлектрик» показана на рис. 8, внешний вид – на рис. 9.

Модуль содержит:

• конденсатор С, заполненный изучаемым диэлектриком (сегнетоэлектриком),

• измерительный (эталонный) резистор R₀=3,0 кОм,

• интегрирующий конденсатор С₀ =1,0 мкФ,

• 

  Рис. 8

  повышающий трансформатор L₁/L₂, отношение чисел витков обмоток которого N₂/N₁=4. При подаче на контакты 4—5 переменного напряжения амплитудой до 20 В от изолированного источника питания ИСТ, на контактах 4—2 получаем напряжение до 100 В.

Параметры исследуемого конденсатора с сегнетоэлектриком следующие:

• площадь обкладок конден­сатора S=2,0 см²,

• толщина слоя сегнетоэлектрика d = 0,45 мм.

Сравнивая напряжения на исследуемом конденсаторе и эталонном резисторе, определяют емкость конденсатора, и тем самым – диэлектрическую проницаемость в диапазоне температур.

Частота колебаний напряжения источника питания =1038 Гц.

Конденсатор С₀ нужен для наблюдения петли гистерезиса сегнетоэлектрика на экране осциллографа.