ГОСТ IEC 60384-14— 2015
Приложение G
(справочное)
Старение конденсаторов постоянной емкости с керамическим диэлектриком класса 2
G.1 Общий обзор
Большинство керамическихдиэлектриков класса 2. используемых в керамических конденсаторах, обладают
фврроэлектричвскими свойствами и демонстрируют наличие точки Кюри.
Выше этой температуры такой диэлектрик приобретает высокосиммвтричную кристаллическую структуру,
тогда как ниже температуры Кюри кристаллическая структура менее симметрична. Хотя в одиночных кристаллах
этот фазовый переход резко выражен, в промышленной керамике он часто бывает размыт по конечному
диапазону температур: тем не менее во всех случаях этот переход связывается с пиком кривой, отражающей
зависимость емкости от температуры.
Под влиянием температурных колебаний ионы в кристаллической решетке продолжают перемещаться в
позиции с низкой потенциальной энергией в течение длительного периода времени после прохождения диэлектри
ком температуры Кюри при охлаждении. Это порождает явление старения конденсатора, с развитием которого его
емкость непрерывно уменьшается.
Однако при нагреве конденсатора выше температуры Кюри имеет место процесс, обратный старению, при
котором потерянная в результате старения емкость восстанавливается, и с момента повторного охлаждения кон
денсатора процесс его старения возобновляется.
G.2 Закон старения емкости
В течение первых четырех часов охлаждения до точки Кюри потеря емкости определяется нечетко, но затем
начинает действовать логарифмическая зависимость (смотри K.W. Plessner. Ргос. Phys. Soc. vol. 69В. Р1261.1956).
которая может быть выражена константой старения.
Эта константа к определяется как относительная потеря емкости по причине процесса старениядиэлектрика
за «декаду», то есть за время, в течение которого «возраст» конденсатора увеличивается в 10 раз: например с
одного часа до 10 часов.
Так как закон уменьшения емкости конденсатора носит логарифмический характер, относительная потеря
емкости в промежутке между первым и сотым часом будет равна 2 *
к.
а между первым и тысячным часом — 3 *
к.
Этот закон может быть выражен математически следующим уравнением:
где
Cf
— емкость по истечении
I
часов с момента начала процесса старения;
С, — емкость через 1 час после начала процесса старения;
к
— константа старения, выраженная в процентах за декаду (как было определено выше);
/ — время в часах, прошедшее с момента начала процесса старения.
Константа старения для конкретного керамического диэлектрика может указываться изготовителем или
определяться путем восстановления конденсатора с последующим измерением емкости в двух известных точках.
Тогда
к
задается следующим выражением:
100(СМ-С ,2)
См ig*2 -С/2 1э*1
Если измерение емкости производится три раза или больше, то можно вывести значение
к
из наклона гра
фика зависимости емкости
С,
от десятичного логарифма lg
I.
Можно также построить график зависимости lg С от k} t .
При измерении степени старения конденсатор должен работать при постоянной температуре, чтобы колеба
ния емкости под влиянием температурных характеристик не маскировали потерю емкости в результате старения
диэлектрика.
G.3 Измерения емкости и допуски
Из-за наличия эффекта старения необходимо определять опорный возраст конденсатора, в течение кото
рого его емкость будет находиться в рамках установленных допусков. Этот период считается равным 1000 часов,
поскольку по прошествии этого периода дальнейшей потери емкости практически не происходит.
Для расчета емкости С1030 через 1000 часов должна быть известна константа старения или ее можно опре
делить методом, описанным в разделе G.2; при известной константе может быть использована следующая рас
четная формула:
43