Способ определения напряженности электрического поля в плоскости объема твердого диэлектрика

 

Использование: изобретение относится к технике измерения электрических полей и может быть использовано для неразрушающего контроля внутренних электростатических полей в твердых диэлектриках. Сущность изобретения: способ заключается в воздействии импульсов деформации на один из торцов образца, получении электрического сигнала на экране осциллографа и определении координаты исследуемой плоскости на шкале времени осциллографа. В способе осуществляют компенсацию поля в исследуемой плоскости путем подачи напряжения на торцы образца и изменения его от импульса деформации к импульсу до установления в упомянутой координате нулевого значения сигнала, измеряют величину приложенного напряжения и определяют U напряженность поля Е по формуле Е h где U - напряжение компенсации сигнала, h - толщина диэлектрика. Повышение точности и сокращение времени определения обусловлены тем, что не требуется заряжать эталонные образцы и по ним определять электрическое поле. 2 ил. сл С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (. pen

°К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4882372/21 (22) 12;11.90 . (46) 23.12.92. Бюл, М 47 (71) Челябинский государственный университет (72) П.С.Кешин и В.Н,Гусельников (56) Бабиков М.А.. Комаров Н.С., Сергеев

А.С. Техйика высоких напряжений. Л.: Госэнергоиздат, 1963. с.46-47. — Авторское свидетельство СССР

N -890274, кл. G 01 Й 29/124, 1981. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ 8 ПЛОСКОСТИ ОБЪЕМА ТВЕРДОГО ДИЭЛЕКТРИКА (57) Использование; изобретение относитСя к технике измерения электрических полей и может быть использовано для неразрушающего контроля внутренних электростатических полей в твердых диэлектриках.

Изобретение относится к технике измерения электрических полей в твердых диэлектрических материалах и может быть использовано в радиотехнической и радиоэлектронной промышленности; а также s научно-исследовательских и заводских лабораториях для неразрушающего контроля внутренних электростатических полей в диэлектриках.

Известен компенсационный метод измерения потенциалов в жидкой среде (1), при котором в жидкость, расположенную в ванне между двумя электродами, в заданную точку помещают зонд, определяют координаты данной точки с помощью линеек, /!

Ю 1783453 А1 (s>)s G 01 R 29/12

Сущность изобретения: способ заключается в воздействии импульсов деформации на один из торцов образца, получении электрического сиГнала Н8 экране осциллОграфа и определении координаты исследуемой плоскости на шкале времени осциллографа. В способе осуществляют компенсацию поля в исследуемой плоскости путем подачи напряжения на торцы образца и.изменения его от импульса деформации к импульсу до установления в упомянутой кбординате нулевого значения сигнала, измеряют величину приложенного напряжения и определяют напряженность поля Е по формуле E - —.

h где 0 — напряжение компенсации сигнала, h — толщина диэлектрика, Повышение точности и сокращение времени определения обусловлены тем, что не требуется заряжать эталонные образцы и по ним определять электрическое поле. 2 ил., 4

ОО расположенных по бортам ванны, осуществляют компенсацию разностй потенциалов - р между зондом и одним из электродов путем подачи напряжения от внешнего источника на указанные зонд и электрод и изменения этого напряжения до получения минимального показания нуль-индикатора, включенного в цепь между зондом и внешним а источником и определяют потенциал поля исследуемой точки по вольтметру; включенному между зондом и упомянутым электродом. Потенциал точки в этом случае равен потенциалу зонда. Зонд можно поместить в любую точку в жидкости и определить ее координаты и потенциал, 1783453 координате нулевого значения сигнала, измеряют величину приложенного компенсирующего напряжения и определяют напряженность электрического поля Е по

t — время, за которое звуковая волна проходит расстояние х, определяют амплитуду электрического сигнала в координате t. Затем заряжают этаформуле

Е=—

h лонный образец от внешнего источника до .известного значения напряженности поля, снимают с него электрический сйгнал опигде U — напряжение. компенсации сигнала; санным способом и абсолютное значение

h — толщина диэлектрика, На фиг,1 представлена схема реализанапряженности поля в плоскости в исследуемогл образце определяют путем сравнения ции предлагаемого способа; на фиг.2 — схеамплитуд сигналов от эталонного и исследуматично изображены осциллограммы сигналов. емого образцов.

Недостатком известного способа являИсследуемый образец 1 диэлектрика толщиной h расположен между двумя элекется длительность процесса определения, обусловленная тем, что необходимо заряжать эталонный образец, снимать с него тродами 2 и 3, которые подключены к источ50 нику постоянного напряжения 4, Электрод

3 соединен через конденсатор 5 с осциллоэлектрический сигнал, а затем сравнивать амплитуды сигналов от эталонного и исследуемого образцов. На эти операции требуются значительные затраты времени. графом 6. На электрод 2 воздействуют импульсами деформации. Конденсатор 5

Другим недостатком приведенного способа . 55 предназначен для защиты осциллографа 6 является неточность определения абсолют- от высокого напряжения U, прикладываемоного значения напряженности поля в пло- го к электродам 2 и 3. скости в исследуемом образце. Это обусловлено тем, что процесс определения абсолютного значения поля включает в себя

Для определения электрического поля в плоскости 7, расположенной, например, на расстоянии х от электрода 2, определяют

3 4

Недостатком данного метода является много операций — выбор эталонного образневозможность йримейения для измерения ца, идентичного исследуемому образцу, занапря>кенности электрического поля в пло- . ряжение эталонного образца до известного скостивнутритвердогодиэлектрика,таккак значения напряженности поля в нем; полдля помещения зонда последовательно в 5 учение сигнала от эталонного образца, сравмножество точек в исследуемой плоскости: нение амплитуд сигналов от эталонного и необходимо сверлить каналы до этих точек, исследуемого образцов, нахождение функи образец диэлектрика практически будет циональной связи между напряженностью разрезан на две части, То есть, примени- . поля и амплитудой сигнала. Каждая оперательно к твердым диэлектрикам данный ме- 10 цйя выполняется, как правило, с определен-: тод является разрушающим. — ными погрешностями и в процессе

Наиболее близким техническим реше- . определения накапливается значительная нйем, выбранным в качестве прототипа, яв- ошйбка. В связи с этим результат определеляется способ неразрушающего контроля ния будет весьма неточным. . электрического пОля в твердых дйэлектри- 15 Целью предложенного изобретения явках (2). В данном способе для определения ляется повышение точности и сокращение .электрического поля в плоскости в объеме времени определения. диэлектрика воздействуют импульсом де- Поставленная цель достигается тем, что формации на один иэ двух электродбв, пол- в известном способе определения электриностыо закрывающих торцы образца, 20 ческого поля в плоскости объема твердого между которыми расположен объект изме-" .: диэлектрика, заключающемся в воздейстрения. С противоположного электрода сни- вии импульсов деформации на один иэ двух мают и получают íà экране осциллографа электродов,"полностьюзэкрывающихторцы элекрический сигнал, характеризу(ощий образца, между которыми расположен объраспределение электрического поля в диэ- 25 ект измерения; получении электрического лекгрике; определяют координату t иссле- сигнала на экране осциллографа и опредедуемой плбскости на шкале-времени ление координаты исследуемой плоскости осциллографа, используя формулу на шкале времени осциллографа, согласно х = Vt, -: изобретению осуществляют комп нсацию где x — расстояние от торца образца, куда 30 электрического поля внутри образца в иссвходит импульс деформации и до исследуе-. ледуемой плоскости путем подачи постоянмой плоскости; .. ного йапряжения на указанные электроды и

Ч- скорость звука вматериалеисследу- изменения его от импульса деформации к емого диэлектрика; ; -:. - " . импульсу, до установления в упомянутой

1783453 время t, за которое звуковая волна проходит заданное расстояние х в материале исследуемого диэлектрика, используя формулу

x=Vt, где х — расстояние от торца образца, куда входит импульс деформации, и до исследуемой плоскости;

V — скорость звука в материале исследуемого диэлектрика;

t — время, за которое звуковая волна проходит расстояние х.

Далее на электрод 2 и соответственно на торец образца 1 воздействуют импульсом деформации (на фиг,1 показан стрелкой), например, от электрострикционного преобразователя, Бегущая через образец 1 плоская звуковая волна индуцирует в измерительном электроде 3 электрический сигнал, величина которого однозначно соответствует значению напряженности электрического поля в деформированной области объема исследуемого образца 1.

-Электрический сигнал может быть индуцирован, например, в антенне, расположенной возле образца 1 и подключенной к осциллографу 6. Данный электрический сигнал регистрируют осциллографом 6, на котором получают кривую 8 (см, фиг.2а}, характеризующую распределение электрического поля в обьеме образца 1. Принимают за начало координат на шкале времени осциллографа 6 время входа импульса деформации в торец образца 1, в заряженном образце 1 это будет начало сигнала (начало кривой 8). Относительно этого начала (нуля) откладывают на шкале времени вычисленное время t (см. фиг.2б), за которое звуковая волна проходит расстояние х от торца и до исследуемой плоскости 7. Это и есть координата исследуемой плоскости 7 на шкале времени времени осциллографа 6, По кривой 8 определяют, что этой. координате соответствует положительное значение напряженности электрического поля, и для компенсации этого поля к электродам 2 и 3 прикладывают отрицательное напряжение

U от источника 4. При этом на торец образца воздействуют следующими друг за другом монополярйыми импульсами деформации, а напря>кение OT нулевого значения увели-. чивают от импульса деформации к импульсу. Соответственно между электродами 2 и

3, представляющими собой совместно с образцом 1 плоский конденсатор, возникает электрическое поле Е (пунктирная прямая

9), определяемое из формулы О

Е=—

h где U — напряжение, прикладываемое к электродам;

20 1 отрицательное электрическое поле по аб25

50

10

h — толщина образца диэлектрика.

Это поле суммируется с отрицательными значениями электрического поля, распределенного в образце 1, и вычитается из положительных значений распределенйого поля, т.е. относительно оси времени кривая

8 с увеличением приложенного к электродам 2 и 3 напряжения будет перемещаться вниз, а точка 10 — координата плоскости нулевого поля, будет двигаться к координате t. Все это наблюдают на экране осциллографа 6 при прохождении импульсов деформации через образец 1. Когда значение сигнала в координате становится равным нулю, т.е. когда точка 10 плоскости нулевого поля совмещается с точкой t, (cM, фиг.2б), изменение напряжения останавливают. Наличие нулевого сигнала в координате t обозначает, что приложенное к образцу солютному значению равно положительному значению собственного электрического поля в исследуемой плоскости 7 и оно компенсируют в заданной плоскости 7 имеющее там собственное электрическое поле.

Исходя из этого, измеряют напряжение компенсации сигнала, т.е. напряжение, приложенное к электродам 2 и 3, при котором сигнал в заданной координате t равен нулю, и определяют напряженйость электрического поля Е между электродами 2 и 3 по формуле

h где U — напряжение компенсации сигнала;

h — толщина образца.

Это и будет напряженность поля в исследуемой плоскости 7. Изменяя приложенное напряжение от отрицательных значений к поло>кительным, можно осуществить компенсацию сигнала so всем интервале времени от 0 до т соответствующего образцу 1 и определить электрическое поле последовательно во многих плоскостях по толщине образца 1 с заданным интервалом между ними и соответственно при малом интервале между плоскостями получить количественное распределение электрического поля по толщине диэлектрика.

Таким образом, использование предложенного способа позволяет вести прямое определение электрического поля в плоскости в объеме диэлектрика, за счет компенсации определяемого поля в заданной плоско:ти образца. Это, в свою очередь, сокращает время onðåäeëåíèë и повыаает точность определения, так как исключена необходимость заряжать эталонные образцы и по ним определять поле. Кроме того, исключена необходимость использования

1783453 дорогостоящего оборудования для заряжения эталонных образцов, исключено использование для этого электроэнергии и самих эталонных образцов, что удешевляет предложенный способ по сравнению с прототипом. фиг.J.

Составитель П. Кевин

Редактор А.Мельникова Техред М.Моргентал Корректор H.Ревская

Заказ 4513 Тираж Подписное

ВНИИПИ Госу, арственного комитета по изобретениям и открь1тиям при ГКНТ СССР

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

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

Формула изобретения

Способ определения напряженности электрического поля в плоскости объема твердого диэлектрика, заключающийся в воздействии. импульсов деформации на один из двух электродов, полностью закрывающих противоположные торцы образца, получения электрического сигнала на экране осциллографа и определении координаh ты исследуемой плоскости на шкале времени осциллографа, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и сокращения времени измерения, осуществляют

5 компенсацию поля внутри образца в исследуемой плоскости путем подачи постоянного напряжения на указанные электроды и изменения его от импульса деформации к импульсу до установления в упомянутой

10 координате нулевого значения сигнала, измеряют велйчину приложенного компенсирующего напряжения. и определяют напряженность электрического поля Е по формуле Е = О/h, где U — напряжение ком15 пенсации сигнала, h -- толщина диэлектрика.