Устройство для контроля диэлектрических потерь в двухслойных материалах и средах
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
С ОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН
3(59 6 01 М 27 22
Смебе". l гинннннн .
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
МЬМ01Я °
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ, (21} 3513382/18-25 (22) 12.11.82 (46) 15.02.84. Бюл. Р б (72) И.A.Ñêðèïíèê, Б.A.Èâàíîâ, Н.М.Свиридов, В.И.Ручкин и П.T.Çàõàðoâ (71} Киевский технологический институт легкой промышленности (53) 551.508.7(088.8) (56) 1. Матис Vi ° Ã.Ýëåêòðoåìêîñòíûå преобразователи для неразрушающего контроля. Рига "Зинатне", 1977, с. 61-62, 195-197.
2. Авторское свидетельство СССР
Р 642639, кл. 9 01 1ч 27/22, 1979 (пюототип) . (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ
ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ В ДВУХСЛОЙНЫХ МАТЕРИАЛАХ И СРЕДАХ, содержа:.,«е диэлектрическое основание, на котором расположены высокопотенциаль ный и низкопотенциальный электроды, выполненные в виде компланарных концентрических колец, между которыми размещен дополнительный электрод так, что емкость между высокопотен„„SU„„1073679 А циальным и дополнительным электрода ми равна емкости между дополнительным и низкопотенциальным, а также переключатель, средний контакт которого соединен с дополнительным электродом, а крайние контакты— высокопотенциальным и низкопотенциальным электродами,. высокочастотный генератор и индикатор, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью автоматизации и повышения точности измерений, в него введены баластный резистор, множительная схема, фильтр низкой частоты, усилитель, управляемый выпрямитель, мультивибратор, причем балластный резистор включен между высокочастотным генератором Я и высокопоте щиальным электродом, множительная схема, фильтр низкой частоты, усилитель, управляемый выпрямитель и индикатор соединены последовательно, при этом входы множительной схемы подключены к выводам балластного резистора, а выход мультивибратора — к управляющим входам Inset переключателя и выпрямителя. (,) Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля материалов„ веществ и иэделий, и может быть ис= пользовано как для изучения глубинных свойств различных диэлектрических т( материалов с непрсводящим покрытием (защитным слоем), так и для контроля
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПОЛИМЕРИ. зации, структурообразования или твердения полимерных покрытий на непрсводящей основе по величине диэлектри- >О ческих потерь.
Известно устройство для контроля диэлектрических свойств двухслойных материалов и сред, основанное на поочередном измерении параметров
| поверхностного слоя совместно с глубинным и затем только позволяющее путем изменения глубины проникновения поля измерительного датчика в контролируемый объект исключить 1О влияние свойств поверхностного слоя на результат контроля свойств глубинного слоя, содержащее емкостнь1й датчик с переключаемыми электродами и схему измерения соответствующих параметров датчика (1 3.
Недостатками этого устройства является низкая точность из-за различия начальных емкостей комбинаций электродов датчика, подключаемых к ЗО измерительной схеме. Кроме того, значения этих емкостей изменяются под воздействием температуры или других факторов окружающей среды по разному,. и дрейф их собственных параметров йе исключается при вычитании обоих сигналов.
Наиболее близким к изобретению является устройство для контроля диэлектрических потерь в -двухслойных материалах и средах, содержащее ди.электрическое î-нование, на котором расположены высскспотенциальнь1й и низкопотенциальный электроды,.вы- . полненные в виде компланарных концентрических колец, между которыми размещен дополнительный электрод таким образом, что емкость межцу высокопотенциальным и дополнительным эдектродами равна емкости между до= полнительным и низкспотенциалыи ю1> 56 а также переключатель, средний контакт которого соединен с дополнительным электродом, а крайние контакты — с высокопотенциальным и низкопотенциальным электродами, высоко- у частотный генератор и индикатop (,2„. недостатком известного устройства является длительность процесса измерения диэлектрических потерь в контролируемом слое при поочередном 6Î подключении комбинации электродов к мосту переменного тока или куметру.
Кроме того, разновременность измерения увеличивает случайную составйяющую погрешности, связанную с темпе- 65 ратур>т>(с(.т дрейфом диэ >ек "p -::-..-.с.т>(! . i!стерь в 17одлсжке при контах е с KOHTрслируеv(IJIJ I сбъ ктс>i, ЦЕЛЬ ИэсбРЕТЕВИ.. НВТС à >13cilня
И >ПОБЫШ>ЕНИЯ ТОЧНОСТИ ИЗ .!((I>(. >(ii
ЦЕЛЬ ДОСТИГаЕтсл теМ. «I TC В "стРОЙ(ТВС>,>1 17>I КС! IT!. ;, т R i! т.:т ЛЕ =, ПОТЕРЬ B ДВУХС3 ué И,:.:(-Ic T>;!
cpå;IIHõ > ссдержаще,п иэлект ..
ОСНОВаНИЕ, H(I НОТО РОМ РНС1,.> (> "(—,Ь> высО>(ОНОтянциальный и низ. с 7 (=., ."Iit альный электрод.-::, В:Hgi:не; —, т, ДЕ КОМПЛанарйЬТХ >КО>(«1ЕН Три>Ч(.С=«.: . -: ЕС
МЕждт „(С Ot ti ИИ P:t З;!(c>>1(-H т-,;-!CЛ.
НИ «еЛаНЫИ эЛСd. А р .Д 1 (> > ме>т(ду высо>тсттстентт та.7ь1>В1>i ...(,,>Ол
НИТЕЛЬНЫМ Э17Е>(ТРОД: Ртн> Раз >а —: t t!(Оc
МЕЖДУ ДОТ>СЛНИТЕЛЬН:=э(И Н:-:ЗКO; i, ЦиаЛЬ>-1нт7(. а. Т ахж ПЕРаКЛВ«(а ТЕ.;Г т=, СРЕДНИЙ 1(С -Tc>KT> KOTOрОГС: (ЭЕГ>,"..; =:II
ДОПОЛНИ ЕЛЬНЬ7 > ЭЛ : т РОДС>„, а;„; т,;—
КОНтаK TEI — C ВЫС -,I,:...7O-. («H-;И - Л;,H.с«
И НИЗКОПСТЕНГHci JIBI: i«, . (ЕК С-„- а:.(=; высоксчастстн=-й генера ср -..:-";:1-!i(атСР, ДОПОЛНИТЕЛЬНО «ЗBCJ(7ЕН>-.т:=аЛЛ=-СТ ный резистор, мнсж=тельная схе> та„. фильтр низкой частэты, ус литель> уцрЗВЛЯЕМЫИ БЫПрЯМИT(ЛЬ > !tt jЛ= .Т)АЙВИ« - c. тор, причем балластный,7езистср включен между высокочастотным г- .-.(pàòcром и высскспстен::,>(альI- à .::=-ЛекTðñ-= дом, мнсжительная схе ;.а, < :иль-.-;
Ксй ЧНСТОТЫ> УСИЛИТЕЛЬ;,», (аз17ЯЕ>.>Ъ>й выпрямитель и индикатор сс-.д:..>(ен =1 последовательно, при этсм гхсд. жИТЕЛЬНСЙ СХЕМс«т П>СД1(Л>0«тат- >-,: .О 3 балластного резистора,, а вт=(сд му В - тивибра7:"Ора — к управляющ
ПЕ">Е>(Л>(>ЧаТЕ11>1 И ВВ ПР:-1(Р>(- ТЕЛИ, На =" =з.-рт=ж предста злен=. ма предлагаемого устрсйства
Уст«7(>1 ство сслес>(1(т и= .::> .:: Г: .!:: т ный генератор 1,, иэтл=.. т1 нов ан>(е z с у -.(Ре)1:! .=. -!- — i> (ЦИНЛЪНЫМ 3 >,Т>,С>7от(В .ТЕ кспстенциальны1.-. Б э: т(рс(-..:..
C(1ЮЩИМИ(. Я >(Qt-t (-.(,т, > —, т-; (.
С ДВуХСЛОйНОй, CTp(K ."(ЭО - .:: .. т «l.Л
Ла("ТНЫй РЕЗИСТОР B ..-..-IO7("".т,=.— —.9 фильтр 10 ни з:I.(х час .: :. : H .
Ча.СТОТН1>1йт уСИЛИТЕЛ.- 11 > П==;:- (". : тель 12, внпрямит .—. л =; . > ., В::::: . ный мультивибратс > 1:1::: >-::,,-;.:.т:., I уСТройСТВО ра т .:=.. (>,тт ( р азОм, Выхоэтнсе напряжен >е tJ., =; . . с тстногс генератора 1 Oc T".и c: с,. (:,.—
ВРР >(ЕН>>С На тт- Р 2Ы>> НХОЬ " (I,: t ЕГЬ вЂ” t tò
СХЕМЫ ="> И ЧЕРЕЗ фс= .О-СДВИ â€”; ..::, образованную балл=:.:т .-;.:.: с.—. =( и Определенной кс11бина . «>(зт: =лт-с((с:- -. дов емксстнсго датчи(а> В.-" втсрсй вход множительной (херы..1=-и..:l-,, ь указанном на че>сте. (c и.:лсж:-> ни>1 и>>=;.:,. ключателя 12 ДОПОлнительньтй элеKT-. род 4 является выссксп->т-,;.иал: вЂ,ны: и создаваемое элет(трсдаттт >ат титка
1073б79 электрическое поле проникает как в поверхностный слой б контролируемого объекта, так и в глубинный слой 7. В результате этого, фаза напряжения О,, поступающего на второй вход схемы 9, поворачивается на угол «Р относительно фазы напряжения Uo и постоянная составляющая напряжения на выходе фильтра 10 низких частот равна: 0 = K< U< U< coos V„= K„U O„siin no. „, (1) 10
И =К jR u з1 =К R P, (4) о1 1 .) о4
3 2
3 о4 2 .о2 где К вЂ” коэффициент преобразования
1 множительной схемы 9;
U — выходное напряжение высокочастотного генератора 1; 15 падение напряжения на элект родах 3, 4 и 5 накладного емкостного датчика; фазовый сдвиг между напряжениями Uo è О„ р 20 угол потерь двухслойного (5-6) объекта контроля
В противоположном положении контактов переключателя 12 дополнительный электрод 4 становится низкопотен- )5 циальным, и электрическое поле проникает только в поверхностный слой б.
При этом постоянная составляющая напряжения на выходе фильтра 10 низких частот равна . 30
0 =К„ 0 0„ жЧ =К„0 0 М "d<, (2) где U - падение напряжения на электродах 3, 4 и 5 датчиками фазовый сдвиг между напряже-35
"г н () и ()
< 2 - угол потерь в поверхностном, слое б.
Валластный резистор В выбирается больше полного сопротивления емкост- 0 ного датчика, поэтому можно считать, что ток, протекающий через электроды датчика, определяется только величиной напряжения высокочастотного генератора 1 и значением балластного резистора 8, т.е.
Ио
j = о, (3) о где Ro сопротивление баластного резистора В, 50
С учетом значения протекающего тое ка соотношения (1) и (2) для выходных напряжений фильтра 10 низких частот можно представить в виде где P =ЭУ„З1п d", --суммарная мощнос % диэлектрических потерь в поверхносном слое б и глубин ном 7;
Р2=2 4 з« вЂ” мощность диэлектрических потерь в по.верхностном слое б.
При непрерывной работе переключагеля 12, который управляется низкочастотным мультивибратором 14, на выходе фильтра 10 низких частот появляется низкочастотная составляющая напряжения
Ll-0 К R К R
2 3 1 0 1 о
2 2 (P 2) 2 3 (e) где Р =Р -Р— мощность диэлектричес3 1 2 ких потерь в глубинном слое 7.
Напряжение U поступает на низкочастотный усилитель 11 и затем выпрямляется в управляемом выпрямителе 13. Постоянная составлякщая выходного напряжения выпрямителя, измеряемая индикатором 15, равна а КЗ о Ь 2 Р =К4Р, («) где K2 - коэффицнент усиления низкочастотного усилителя 11;
К3 — коэффициент передачи выпрямителя 13;
К =уК)« Я-. Результирующий коэффициент преобразования звеньев 9, 10, ll H 13.
Из соотношения (7) видно, что шкалу индикатора можно градуировать в единицах мощности, рассеиваемой в — . глубинном слое контролируемОго объекта.
Таким образом, введение амплитудной модуляции высокочастотного напряжения на входе множительной схемы за счет автоматической коммутации дополнительного и высокопотенциального электродов емкостного датчика и использование узкополосных избирательных цепей с высокой добротностью позволяют перенести полезную информацию на низкую частоту и устранить влияние диэлектрических свойств поверхностного слоя, благодаря чему предлагаемое устройство дает возможность существенно по сравнению с известными, повысить точность измерения малых сигналов, связанных непосредственно с диэлектрическими потерями в глубинном слое материала или среды, и автоматизировать измерения. 1073679
Составитель В.Немцев
Редактор Л.Алексеенко Техред В.Далекорей Корректор И.Эрдейя
Заказ 321/43 Тираж 823 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и .открытий
113035, Москва, Ж-35р Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная, 4
