Электроемкостный преобразователь для неразрушающего контроля диэлектрических характеристик материалов

 

Изобретение относится к контролю физических параметров и предназначено для неразрушающего контроля диэлектрических характеристик полимерных и других непроводящих материалов . Цель изобретения - повышение чувствительности преобразователя и точности измерений путем введения второго дополнительного электрода и подавления электрических полей между нерабочими поверхИзобретение относится к контролю физических параметров, а именно - к неразрушающему контролю диэлектрических характеристик полимерных и других непроводящих материалов и может быть использовано для определения частотных зависимостей этих характеристик. Цель изобретения - повышение чув ствительности преобразователя и точности измерений диэлектрических. костями преобразователя. Входные клеммы 12, 13 конвертора 4 отрицательного сопротивления по напряжению являются входом преобразователя , причем клемма 13 соединена с низкопотенциальным электродом 3, а клемма 12 - с выходом конвертора 4, с входом буферного усилителя 6, с выходом которого соединен второй дополнительный электрод 5, конструктивно охватывающий нерабочие поверхности высокопотенциального электрода 1, образцовый резистор 7 и схему 8 гальванической развязки, а также с выводом образцового резистора 7, второй вывод которого соединен с высокопотенциальным электродом 1, а вход схемы 8 развязки присоединен параллельно резистору 7, выходные клеммы 14, 15 схемы развязки 8 являются выходом преобразователя , причем к второму выходу конвертора 4 присоединен дополнительный электрод 2, а исследуемый материал 16 находится вблизи электродов 1,2,3,5, 1 з.п.ф-лы, 2 ил. характеристик материалов за счет введения второго дополнительного электрода и подавления электрических полей между нерабочими поверхностями высокопотенциального и низкопотенциального электродов, а также между-нерабочими поверхностями высокопотенциального электрода и общей шиной. На фиг, 1 представлена электрическая функциональная схема накладse (Л оэ со оо о СЭ ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИ4ЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1 (уц С 01 R 27/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И. ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (?1) 4627647/21 (22) 29.12.88 (46) 30.03.91. Бюл. № 12 (71) Институт механики полимеров

AH ЛатвССР (72) И.Г.Матис, А.В.Калпиньш, В.Д.Штраус, У.В..Ломановскис и И.А. Бернавс (53) 621.319.42(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1226348, кл. G 01 R 27/26, 1984. (54) ЭЛЕКТРОЕМКОСТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ НЕРАЗРУШАНЩЕГ 0 КОНТРОЛЯ

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ XAPAKTEPHCTHK МАТЕ-.

РИАЛОВ (57) Изобретение относится к контролю физических параметров и предназначено для неразрушающего контро" ля диэлектрических характеристик полимерных и других непроводящих материалов. Цель изобретения — повышение чувствительности преобразователя и точности измерений путем введения второго дополнительного электрода и подавления электрических полей между нерабочими поверхИзобретение относится к контролю физических параметров, а именно— к неразрушающему контролю диэлектрических характеристик полимерных и .других непроводящих материалов и может быть использовано для опреде.ления частотных зависимостей этих характеристик.

Цель изобретения — повышение чув" ствительности преобразователя и точности измерений диэлектрических.

2 ностями преобразователя. Входные клеммы 12, 13 конвертора 4 отрицательного сопротивления по напряжению являются входом преобразователя, причем клемма 13 соединена с низкопотенциальным электродом 3, а клемма 12 — с выходом конвертора

4, с входом буферного усилителя 6, с выходом которого соединен второй дополнительный электрод 5, конструктивно охватывающий нерабочие поверхности высокопотенциального электрода 1, образцовый резистор 7 и схему 8 гальванической развязки, .а также с выводом образцового резистора 7, второй вывод которого соединен с высокопотенциальным электродом 1, а вход схемы 8 развязки присоединен параллельно резистору 7, выходные клеммы 14, 15 схемы развязки 8 являются выходом преобразователя, причем к второму выходу конвертора 4 присоединен дополнительный электрод 2, а исследуемый материал 16 находится вблизи электродов

1,2,3,5, 1 з.п.ф-лы, 2 ил. характеристик материалов за счет введения второго дополнительного электрода и подавления электрических полей между нерабочими поверхностями высокопотенциального и низкопотенциального электродов, а также между нерабочими поверхностями высокопотенциального электрода и общей. шиной.

На фиг, 1 представлена электрическая функциональная схема накладного электроемкостного преобразователя, на фиг. 2 — электрическая принципиальная схема развязки.

Электроемкостный преобразователь для неразрушающего контроля диэлектрических характеристик материалов содержит высокопотенциальный 1, до полнительный 2 и низкопотенциальный 3 электроды, конвертор 4 отрицательного сопротивления по напряжению, второй дополнительный электрод,5, буферный усилитель 6, образцовый резистор 7 схему 8 развязки, буферный усилитель 9, резисторы 10 и 11 обратной связи, входные клеммы 12 и 13 и выходные клеммы 14 и 15. Исследуемый материал 16 находится в непосредственной близкости к электродам.

Схема 8 развязки содержит операционный усилитель 17, резисторы

18 и 19 обратной связи, оптрон 20, резистор 21 ограничения тока светоизлучающего диода оптрона и резистор 22 нагрузки.

Высокопотенциальный и низкопотенциальный электроды 1 и 3 предназначены для создания электрического поля в исследуемом материале 16.

Для этого высокопотенциальный электрод 1 через образцовый резистор 7 соединен с входной клеммой 12, а низкопотенциальный электрод 3 — с входной клеммой 13. Конвертор 4 отрицательного сопротивления по напряжению и дополнительный электрод

2 служат для создания дополнительного электрического поля в исследуемом материале .16, уменьшающего чувствительность электроемкостного преобразователя к контактным условиям между электродами и исследуемым материалом. Вход конвертора 4 отрицательного сопротивления по напряжению также присоединен к входным клеммам 12 и 13 электроемкостного преобразователя. Второй дополнительный электрод 5 предназначен дйя подавления электрического поля между нерабочими поверхностями высокопотенциального 1 и низког;.отенциального 3 электродов, а также общей шиной. Для этого второй дополнительный электрод 5 конструктивно ох ватывает нерабочие поверхности высокопотенциального электрода 1 и образцовый резистор 7. Питание второго дополнительного электрода 5

1638665

45 а также благодаря предложенному конструктивному исполнению второго дополнительного электрода 5 линии напряженности электрического поля между высокопотенциальным 1 и низкопо50

35 осуществляется при помощи буферного усилителя 6, вход которого соединен с входной клеммой 12 электроемкостного преобразователя. Так как непосредственное подключение внешнего измерительного устройства к образцовому резистору 7 вызвало бы дополнительный ток через образцовый резистор 7 и входное сопротивление измерительного устройства на общую шину, то подключение электроемко-. стного преобразователя к внешнему измерительному устройству реализуется ч рез схему 8 развязки, обеспечивающую разрыв нежелательного контура тока. Конструктивно схема развязки 8 также охвачена вторым дополнительным электродом 5.

Устройство работает следующим образом.

Электр оемкостный прео бра зов атель накладывается на исследуемый материал 16. На входные клеммы 12 и 13 электроемкостного преобразователя подается тестовое напряжение, которое создает электрическое поле между высокопотенциальным 1 и низкопотенциальным 3 электродами, а также посредством конвертора 4 отрицательного сопротивления создает дополнительное электрическое поле между высокопотенциальным 1 и дополнительным 2 электродами противоположного знака по отношению к электрическому палю между высокопотенциальным 1 и низкопотенциальным 3 электродами.

Кроме того, тестовое напряжение посредством буферного усилителя 6 подается также на второй дополнительный электрод 5, таким образом поддерживая при этом равными по времени напряжения на высокопотенциальном 1 и втором дополнительном 5 электродах, в результате чего отсутствует электрическое поле между этими электродами. Ввиду отсутствия электрического поля между электродами. 1 и 5, тенциальным 3 электродами замыкаются лишь через объект 16 контроля.

Следовательно, ток в цепи высокопотенциального электРода 1 прямо пропорционален результирующей напряжен16 ности электрического поля в исследуемом материале 16 и поэтому является выходным параметром электроемкостного преобразователя. Падение напряжения на образцовом резисторе 7, вызванное током в цепи высокопотенциального электрода 1, образует выходной сигнал электроемкостного преобразователя, который внешнему измерительному устройству передается посредством схемы 8 развязки.

В данном случае схема развязки 8 построена на .базе оптрона (фиг,2)

Входйой сигнал схемы развязки 8 усиливается в усилителе напряжения, построенном на операционном усилителе

17, и резисторами 18 и 19 обратной связи до величины, обеспечивающей оптимальный режим работы входной цепи оптрона 20. Выходной сигнал схемы развязки образуется в виде падения напряжения на резисторе 22 нагрузки, включенном последовательно в выходную цепь оптрона 20.

Введение второго дополнительного электрода позволяет осуществить подавление электрического поля между нерабочими поверхностями высокопотенциального и низкопотенциального электродов, а также между нерабочими поверхностями высокопотенциального электрода и общим проводом. Вследствие этого существенно уменьшается начальная емкость элетроемкостного преобразователя, а его чувствительность увеличивается.

Формула изобретения

1. Электроемкостный преобразователь для неразрушающего контроля диэлектрических характеристик материалов, содержащий нысокопотенциальный и низкопотенциальный электроды и расположенный между ними дополнительный

6 электрод, конвертор отрицательного сопротивления по напряжению, имеющий входные и выходные клеммы, при5 чем входные клеммы конвертора являются входом преобразователя, первая входная клемма соединена с низкопотенциальным электродом, а первый выход конвертора соединен с дополнительным электродом, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него дополнительно введены буферный усилитель с единичным коэффициентом усиления, образцовый резистор, схема развязки, второй дополнительный электрод, охватывающий нерабочие поверхности высокопотенпиального электрода, образцовый резистор и схему развязки, а на рабочей поверхности преобразователя он расположен вокруг высокопотенциального электрода, причем вторая входная клемма присоединена к входу буферного усилителя, выход которого соединен с вторым дополнительным электродом и с первым выводом образцового резистора, второй вывод которого соединен с высокопотенциальным электродом, ЗО параллельно образцовому резистору подсоединена схема развязки, выходы которой соединены с выходными клеммами преобразователя.

2. Преобразователь по и. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что, схема развязки, выполненная на базе оптрона, содержит усилитель напряжения, резистор ограничения тока светодиода и резистор нагрузки, соеди40 ненный последовательно с фотодиодом оптронной пары, причем ходами схемы развязки являются входы усилителя напряжения,.с выходом которого последовательно соединены резистор ограниче45 ния тока светодиода оптрона и светодиод оптронной пары, и второй вход усилителя напряжения.

16

14

md

Фиг. 1

Составитель И.Тарасенко

Редактор Л.Веселовская Техред А.Кравчук Корректор С.йекмар

Заказ 926 Тираж 417 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, И-35, Раущская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101