Устройство для испытания диэлектриков

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к приборам для определения механических, термических , электрических, оптических и пр. характеристик диэлектриков, и может быть использовано з электротехнической промышленности , в производстве электроизоляционных материалов, для научных исследований . Цель изобретения - расширение технологических возможностей. Это достигается тем, что устройство, содержащее электродную систему с высоковольтным электродом 7 и заземленными электродами 3, нагреватели 4 и датчики 8 температуры, снабжено герметичной термокамерой 1, установленной на амортизаторах 22, блоком механических испытаний, датчиками механических нагрузок, охладителями 5, а также оптоэлектрической системой, соединенной каналом с полостью термокамеры . Электродная система установлена посредством регулируемых подвесок 10. Термокамера выполнена разъемной и снабжена уплотнением 2 по периметру разъема. 1 з.п. ф-лы, 7 ил. &

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

20 (21) 4732267/21 (22) 24.08.89 (46) 07.04.92 Бюл, М 13 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электромашиностроения (72) Ю.А.Бобков, Г.И.Боброва, В,С,Бородин и В.Н.Тарабанов (53) 621.396 (008.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N . 676951, кл. G 01 R 31/16, 14.09.77 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ДИЭЛ Е КТРИ КО В (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к приборам для определения механических, термических, электрических, оптических и пр. характеристик диэлектриков, и может быть использовано з электротехнической про.. Ж, 1725172 А1

К 13/00 мышленности, в производстве электроизоляционных материалов, для научных исследований. Цель изобретения — расширение технологических возможностей. Это достигается тем, что устройство, содержащее электродную систему с высоковольтным электродом 7 и заземленными электродами

3, нагреватели 4 и датчики 8 температуры, снабжено герметичной термокамерой 1, установленной на амортизаторах 22, блоком механических испытаний, датчиками механических нагрузок, охладителями 5, а также оптоэлектрической системой. соединенной каналом с полостью термокамеры. Электродная система установлена посредством регулируемых подвесок 10.

Термокамера выполнена разъемной и снабжена уплотнением 2 по периметру разъема. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

1725172

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к приборам для определения механических, термических, электрических, оптических и других характеристик диэлектриков, и может быть использовано в электротехнической промышленности, в производстве электроизоляционных материалов, для научных исследований.

Целью изобретения является расширение технологических воэможностей.

На фиг. 1 изображено устройство, разрез; на фиг. 2 — узел 1 на фиг. 1; на фиг. 3— узел II на фиг. 2; на фиг, 4 — устройство, вид сверху; на фиг. 5 — разрез А-А на фиг. 4; на фиг. 6 — оптоэлектрическая система устройства; на фиг. 7 — устройство с блоком механизма нагрузки в момент сжатия.

Устройство содержит герметичную термостойкую камеру 1 с подвижным универсальным уплотнением 2, в которую встроены заземленные электроды 3, между которыми и в которые встроены нагреватели 4, охладители 5, испытуемые диэлектрики 6, высоковольтный электрод 7, датчики 8 температуры, высокотемпературный мягкий теплоизоляционный наполнитель 9, упругие регулируемые подвески 10, блок 11 механических испытаний. В блок механических испытаний встроены узел 12 механических испытаний диэлектрика на срез, датчик

13 линейных перемещений, узел 14 технологических испытаний, датчик 15 твердости, датчик 16 сил, датчик 17 деформаций, узел 18 испытаний диэлектриков на термомеханическое расслаивание(фиг. 5). Герметичная камера встроена в ферромагнитный сердечник 19, состоящий из двух половин с зазором, на каждой из которых имеются по две обмотки

20 возбуждения постоянного тока, Устройство установлено на опоре 21 на амортизаторах 22 с регулируемой жесткостью. С внешней стороны на устройство воздействует знакопеременная сила (Р1) источника 23 пульсирующих механических нагрузок.

Герметичная термостойкая камера состоит из двух частей, в одной из которых имеются направляющие штифты 24, а в другой — отверстия для них. Герметичная термостойкая камера имеет сквозные отверстия 25 для создания форвакуума и отверстие 26 для выхода продуктов термического разложения (фиг, 5), На фиг, 2 и 3 показаны основные элементы подвижного универсального уплотнителя. К обеим частям термостойкой камеры болтами 27 закреплены несущие детали 28. К несущим деталям закреплены винтами 29 две оболоч5

55 ки 30, между которыми находится высокотемпературная теплоизоляционная вата, например каолиновая. Под нижней оболочкой находится керамическая опора 31.

Оболочка представляет собой слоеную структуру, состоящую из тонкой высокотемпературной металлической фольги 32 и высокотемпературной ткани 33. Число таких сдвоенных слоев выбирается расчетным путем. Металлическая фольга и высокотемпературная ткань скрепляются между собой высокотемпературной связкой, например алюмохром фосфатной, затем каждая оболочка гофрируется, Высоковольтный электрод 7 соединен токоподводом 34 с регулируемым источником высокого напряжения (ИВН).

У отверстия герметичной термостойкой камеры для продуктов 35 термического разложения расположена оптоэлектрическая система с оптической осью FF<, на которой расположены оптический излучатель 36, диафрагма 37, ограничивающая лучевой поток

38, линза 39 и оптический приемник 40.

Оптический приемник, например спектрометр, содержит коллиматор 41 с входной щелью 42, преобразующий исходный луч от оптического излучателя в длинный узкий луч

43. Длинный узкий луч 43, попадая на дифракционную решетку 44, разлагается в ней в спектр 45 и отражается от параболического зеркала 46. Отраженные спектральные лучи 47, разложенные по частоте 48, попадают на пластину 49 с фотоэлектрическими датчиками 50(ФД1, ФД2, ФДЗ, ..., ФДП), которые установлены по линиям 51 спектра (11,!2, 13, ")

В ферромагнитном сердечнике выполнены каналы 52 и гибкий соединитель 53, по которым пропускается регулируемый поток хл ада гента.

Устройство используется следующим образом.

Испытуемые диэлектрики помещают в термостойкую камеру 1 и уплотняют подвижным универсальным уплотнителем 2.

При подаче на электроды высокого электрического напряжения определяют электрическую прочность Е р. В случае подсоединения электродной системы, например, к мосту Шеринга можно определять удельные объемное р, и поверхностное р сопротивление, Этой же электродной системой при подключении ее, например, к кулометру и мосту постоянного тока можно определять емкость С, угол потерь цд и прочие характеристики диэлектриков.

При одновременном сжатии сверху и снизу корпуса герметичной термостойкой камеры 1 источником 23 пульсирующих меха1725172

30

40

55 нических нагрузок на испытуемые диэлектрики воздействует усилие Т, вызванное усилием Р, а при воздействии электромагнитным сердечником 19 с обмоткой 20 возбуждения постоянного тока испытуемые диэлектрики воспринимают воздействие постоянной механической нагрузки сжатия

P.

Источником 23 пульсирующих механических нагрузок может быть, например, управляемый пневмогидроцилиндр, жестко связанный с внешних сторон герметичной термостойкой камерой 1. При этом в совокупности с амортизаторами 22 и подвесками 10 можно регулировать амплитуду и частоту механических колебаний электродной системы.

B заземленные электроды 3 встроен сменный блок 11 механических испытаний с узлами 12, 14 и 18 для механических испытаний и соответствующими датчиками 13, 15 — 17. B сменный блок принципиально можно встроить и другие узлы для механических испытаний. В зависимости от природы испытуемых диэлектриков можно подбирать и испытательные узлы с соответствующими энергетическими возможностями и техническими параметрами.

Узел 12 механического испытания на срез может представлять собой нож, прочно присоединенный к одному из заземленных электродов 3. Датчиком 13 линейных перемещений может быть, например, пьезокристалл, встроенный в лезвие ножа в зоне скоса. В режиме сжатия нож узла 12 врезается в испытуемый диэлектрик 6, и в зависимости от сопротивляемости механическому воздействию отрезаемой части испытуемого материала подается соответствующий сигнал на вторичный прибор (не показан).

Узел 14 испытания диэлектрика на технологический изгиб может быть выполнен в виде тарированной полусферы, встроенной в один из заземленных электродов 3, В исходном состоянии перед испытанием колец испытуемого образца диэлектрика опирается на эту полусферу и отгибается на заданный угол. При сжимании электродной системы в районе полусферы конец образца начинает слегка прогибаться, Отклонение от заданного угла отгиба фиксируется датчиком 15, например тензодатчиком линейных перемещений.

Регулируемые упругие подвески 10 могут быть выполнены, например, в виде цилиндрических пружин с винтом для регулирования жесткости пружин. Подвеска 10 может обеспечивать вибрационные колебания электродной системы с переменными частотой и амплитудой, отличающиеся от параметров механических колебаний термостойкой камеры.

Таким образом, предлагаемым устройством можно испытывать диэлектрики на сжатие и определять механическую прочность на сжатие сгсж, на срез О р, относительную деформацию на сжатие есж, модуль упругости на сжатие на сжатие Есж и другие характеристики, При подаче на обмотки возбуждения регулируемого постоянного электрического тока в ферромагнитном сердечнике образуется магнитный поток Ф, зазоры между составными его частями могут уменьшаться с увеличением магнитодвижущей силы. В сердечнике составные части термостойкой камеры, охваченные ферромагнитным сердечником, передают механическое усилие на электроды и на испытуемые образцы диэлектриков. В этом случае на них действует сила Р, равная сумме сил магнитного притяжения Т в зазоре d сердечника. Узлы сменного ме1 ханического блока 11 при механическом сжатии частей корпуса термостойкой камеры в осевом направлении позволяют определять следующие механические характеристики: твердость НВ, механическое разрушение (срез), касательные напряжения тк с, технологический изгиб на заданный угол, появление первой трещины и другие.

В результате контролируемых колебаний P от источника импульсных колебаний корпуса в термостойкой камере регулируемыми амортизаторами 22 электродная система на упругих подвесках 10 совершает заданные циклические механические колебания относительно диэлектриков. Вибрационная система позволяет испытывать диэлектрики на усталостную прочность.

При работе нагревателей 4 диэлектрики можно испытывать на термостарение, на сублимационную стойкость при высоких температурах. В совокупности с работой охладителей 5 диэлектрики можно испытывать на циклическое термостарение и другие теплофизические характеристики.

При нагреве испытуемых диэлектриков, к которым приклеены металлические пластины узла 18 с термическим коэффициентом линейного расширения, большим, чем коэффициент термического расширения диэлектрика, изменяются линейные размеры диэлектрика по слоям (в пределах толщины), что позволяет определять деформационные характеристики при расслоении, 1725172

B результате воздействия на испытуемые диэлектрики либо температуры, либо механических усилий, либо высокого электрического напряжения и прочих предельных нагрузок, либо одновременного (многофакторного) воздействия всех нагрузок диэлектрики разлагаются, продукты 35 разложения выходят из отверстия 26 в термостойкой камере. Облучая газообразные продукты, например, световым потоком 38, .оптический приемник 40, в который поступает световой поток с информацией о продуктах разложения, фиксирует длины волн колебаний молекул, ионов и атомов. Для повышения чувствительности оптического приемника зеркало 46 желательно иметь параболическим. Однако цилиндрическая форма зеркала проще в изготовлении, и в то же время погрешность измерения находится в пределах допустимого. Так как протяженность лучевого потока можно выбирать в широких пределах, то располагать датчики необходимо в соответствии с линией нужной длины волны х, что не представляет трудностей, даже если эти линии находятся достаточно близко (т.е. на расстоянии менее

1 мм). Фотоэлектрические датчики 50 можно настраивать на срабатывание определенных длин волн. Фотоэлектрические датчики связями соединены с источниками питания всех элементов устройства.

Таким образом, с помощью устройства можно изучать физико-химический состав испытуемых диэлектриков, последовательность их деструктуирования, энергетических колебаний частиц. Можно испытывать диэлектрики по многим параметрам: механическим, тепловым, физико-химическим и другим как индивидуально по каждой характеристике воздействия, так и в многофакторном режиме.

Уплотнение 2 является универсальным, так как может воспринимать и боковые, и вертикальные механические нагрузки. Металлическая фольга 32 является вакуумным уплотнением, высокотемпературная (кварцевая) стеклоткань 33 — несущим элементом. Уплотнение обладает высокой де монти руемостью, Для проведения термоциклических испытаний в заземленные электроды кроме нагревателей встроены охладители 5. Охладители могут быть изготовлены, например, в виде па раис парител ей (можно испол ьзовать явление испарения жидких металлов), а излучатели — с использованием тепловых трубок. Такие охладители позволяют быстро отводить большие тепловые потоки.

Формула изобретения

1. Устройство для испытания диэлектриков, содержащее электродную систему с высоковольтным электродом, размещенным между пластинами заземленного электрода, нагреватели и датчики температуры, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расши40 рения технологических возможностей, оно снабжено герметичной термокамерой, установленной на амортизаторах, блоком механических испыта,ий, датчиками механических нагрузок и охладителем, разме45 щенными в термокамере, а также оптоэлектрической системой с оптическим приемником и излучателем, соединенной каналом с полостью термокамеры, причем электродная система установлена в полости

50 термскамеры посредством регулируемых подвесок, а термокамера выполнена разьемной в горизонтальной плоскости и снабжена уплотнением по периметру разъема.

2. Устройство пои, 1, о тл ич а ю ще ес я тем, что оптический приемник оптоэлектрической системы снабжен спектрометром с вогнутым зеркалом в виде полуцилиндра или параболоида.

Ферромагнитный сердечник в случае необходимости охлаждается регулируемым потоком хладагента (например, дистиллированной водой или жидкими металлами), проходящим по герметичным каналам 52 и соединителю 53, который выполнен, например, в виде гофра и имеет возможность сжиматься при стягивании частей сердечника.

Устройство благодаря наличию в нем датчиков позволяет исследовать и испытывать диэлектрики в различных комбинациях, определяемых заданной программой испытаний, Можно испытывать диэлектрики при температурах в широком диапазоне (до 1100 С) и производить термоциклирование благодаря наличию термостойкой камеры, подвижного уплотнения и охладителя.

Можно проводить многофакторные испытания одного или двух одновременно диэлектриков и обеспечить получение более полной информации об испытуемых материалах. Многофакторные испытания позволяют имитировать эксплуатационные условия проектируемой конструкции изоляции.

Применение устройства увеличивает эффективность исследований за счет получения более качественных результатов многофакторных испытаний, за счет сокращения времени для изготовления образцов, подготовки испытательного оборудования и сокращения сроков испытаний.

1725172

28

602,2

1725172

Фи,5

1725172

1725172 лнаджтхо Яиашэт ц

Составитель Г.Падучин

Редактор О.Юрковецкая Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Л.Бескид

Заказ 1174 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

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