Merilni sistem za samodejno visokotemperaturno in nizkofrekvenčno karakterizacijo dielektričnih materialovKOS, TOMAŽ (Avtor) Klančar, Gregor (Mentor) Rojac, Tadej (Komentor) dielektrična spektroskopijadielektričnostdielektrične izgubelock-in ojačevalnikojačevalnik električnega nabojaPID-regulatorLabVIEWPiezoelektrični materiali se kot senzorji, aktuatorji in pretvorniki mehanskih signalov v električne veličine in obratno uporabljajo v širokem območju industrijskih in znanstvenih področij. Trenutno se nekateri najbolj uporabljeni piezoelektrični materiali z visokim piezoelektričnim odzivom depolarizirajo oziroma izgubijo piezoelektrično aktivnost že pri relativno nizkih temperaturah (~ 200 °C), kar onemogoča njihovo uporabo v visokotemperaturnih aplikacijah. Nedavno so različni industrijski sektorji izrazili potrebo po uporabi piezoelektričnih materialov z visoko učinkovitostjo v višjem temperaturnem območju (> 200 °C). Pri razvoju takih piezoelektričnih materialov je potreben vpogled v dinamične električne lastnosti, ki jih je mogoče spremljati z meritvami dielektričnega odziva pri nizkih frekvencah (< 1 kHz). Zaradi visokih cen merilnih sistemov, ki omogočajo vpogled v dielektrični odziv pri nizkih frekvencah, poskušamo v magistrskem delu razviti merilni sistem, ki omogoča samodejno visokotemperaturno in nizkofrekvenčno dielektrično karakterizacijo materialov v frekvenčnem razponu 2 mHz–1 kHz in temperaturnem razponu 25 °C–450 °C. Istočasno mora biti izdelani merilni sistem cenovno ugoden, kvaliteten, omogočati mora vpogled v zahtevane dinamične dielektrične lastnosti materialov, hkrati pa natančen, fleksibilen in z možnostjo karakterizacije velikega obsega merjenih vzorcev. Na osnovi temeljite preučitve prednosti in slabosti poznanih metod dielektrične spektroskopije smo najprej določili primerno metodo nizkofrekvenčne dielektrične karakterizacije. V osrednjem delu prikažemo realizacijo merilnega sistema iz obstoječih elektronskih naprav in sestavnih delov. Ob tem pojasnimo princip delovanja posameznih elektronskih naprav in sestavnih delov, njihove prednosti in slabosti ter njihov namen v izdelanem merilnem sistemu. Nadalje predstavimo izdelano programsko opremo, ki v namen samodejne izvedbe dielektrične karakterizacije v odvisnosti od temperature in amplitude ter frekvence vsiljene napetosti upravlja s strojno opremo realiziranega merilnega sistema. Pri tem so predstavljene izvirne rešitve, ki omogočajo natančno karakterizacijo dielektričnih materialov kljub nekaterim slabostim uporabljenih elektronskih naprav. Nazadnje predstavimo karakterizacijo in testiranje izdelanega merilnega sistema, s čimer so bile preverjene ustreznost delovanja, kvaliteta izdelave in natančnost ter možne izboljšave izdelanega merilnega sistema. V ta namen je bila izvedena meritev dielektričnih vzorcev pri sobni in povišani temperaturi ter primerjava merilnih rezultatov z referenčnim merilnim sistemom in podatki iz strokovne literature. V sklopu tega dela smo pokazali, da so pri karakterizaciji kondenzatorja za profesionalno uporabo z izdelanim merilnim sistemom izmerjene vrednosti faznega zamika (v frekvenčnem območju 2 mHz–100 Hz) v območju vrednosti, ki jo je definiral proizvajalec, in izmerjene vrednosti kapacitivnosti znotraj definirane tolerance kondenzatorja 1 %.20162016-09-09 14:05:02Magistrsko delo/naloga85005VisID: 36461sl