Способ определения линейной величины зазора между двумя электродами с электрически изолированными друг от друга проводящими поверхностями
Владельцы патента RU 2295111:
Рязанский военный автомобильный институт им. генерала армии В.П. Дубынина (RU)
Изобретение относится к способам определения линейной величины зазора между двумя электродами с электрически изолированными друг от друга проводящими поверхностями и может быть использовано для измерения зазоров между контактами и электродами в труднодоступных для линейных измерений местах. Способ определения линейной величины зазора между двумя электродами с электрически изолированными друг от друга проводящими поверхностями заключается в размещении между поверхностями калиброванного по линейному размеру объекта и определении величины зазора по величине калибра. Причем калибр формируется в виде плазменного столба газового разряда, а величина его определяется по значению потенциала зажигания разряда при известном давлении газа в пространстве зазора. Технический результат направлен на повышение точности измерения зазора между двумя электродами с электрически изолированными друг от друга проводящими поверхностями в малодоступных или недоступных местах и измерения при изменении неплоскостных зазоров поверхности. 3 ил.
Изобретение относится к способам определения линейной величины зазора между двумя электродами с электрически изолированными друг от друга проводящими поверхностями и может быть использовано для измерения зазоров между контактами и электродами в труднодоступных для линейных измерений местах.
Известен способ определения зазора между поверхностями двух тел с использованием калиброванных по линейным размерам объектов и сравнения размера измеряемого зазора с указанным объектом.
Измерения осуществляются с помощью линейных измерительных инструментов, а также калибров и шаблонов с известным линейным размером, используются также оптико-электронные контрольно-измерительные устройства, включающие оптическую систему проецирования меры измеряемой величины и оптическую систему восприятия информации о размере [Конюхов Н.Е., Плют А.А., Марков П.И. Оптико-электронные контрольно-измерительные устройства. - М.: Энергоагомиздат, 1985, 350 с. (С.117)].
Недостатком таких способов является необходимость механического или оптического доступа к измеряемому зазору.
Наиболее близким к предлагаемому является способ определения линейной величины зазора между двумя электродами с электрически изолированными друг от друга проводящими поверхностями, заключающийся в размещении между поверхностями калиброванного по линейному размеру объекта и определении величины зазора по величине калибра [Иванов А.А. Основы метрологии, стандартизации и сертификации: Учебник для вузов. - Рязань, 2004. 560 с. (С.384)].
Способ реализуется регулируемыми линейными измерительными устройствами, которые в частности изготавливаются в виде специального технологического инструмента с требуемой погрешностью измерения. Примером такого инструмента являются микрометрические устройства или штангенциркули. Нерегулируемые калибры (щупы, калибры) изготавливаются по форме измеряемого зазора с градацией измеряемой номинальной величины меньшей погрешности измерения.
Недостатками данного способа являются то, что при использовании регулируемых и нерегулируемых калибров необходима механическая доступность измеряемого зазора для размещения в ней калибра, сложность, в ряде случаев невозможность, использования механических калибров при измерении неплоскостных зазоров с поверхностями второго и более порядков зазоров с шероховатостью, подверженных эрозии, деформации, разрушению.
При использовании нерегулируемых калибров необходимо изготовление их некоторого количества в пределах неопределенного измеряемого зазора с шагом, меньшим погрешности измерения.
Технический результат направлен на повышение экспрессности, точности измерения зазора между двумя электродами с электрически изолированными друг от друга проводящими поверхностями в малодоступных или недоступных местах, измерения при изменении неплоскостных зазоров поверхности.
Технический результат достигается тем, что в способе определения линейной величины зазора между двумя электродами с электрически изолированными друг от друга проводящими поверхностями, заключающемся в размещении между поверхностями калиброванного по линейному размеру объекта и определении величины зазора по величине калибра, калибр формируется в виде плазменного столба газового разряда, а величина его определяется по значению потенциала зажигания разряда при известном давлении газа в пространстве зазора.
Отличительным признаком предлагаемого изобретения является то, что определение линейной величины зазора между двумя электродами с электрически изолированными друг от друга проводящими поверхностями заключается в размещении между поверхностями калиброванного по линейному размеру объекта и определении величины зазора по величине калибра, формировании калибра в виде плазменного столба газового разряда, а величина его определяется по значению потенциала зажигания разряда при известном давлении газа в пространстве зазора.
На фиг.1 представлена функциональная схема устройства для реализации предлагаемого способа измерения малых межконтактных расстояний.
На фиг.2 приведен график зависимости напряжения от расстояния между контактами.
На фиг.3 представлены графики зависимостей напряжения возникновения разряда от произведения p·d, рассчитанных по теории электронных лавин при d=1 см.
Устройство (фиг.1) содержит регулируемый источник питания 1, реле-ограничитель тока 2, амперметр для контроля тока разряда 3, вольтметр для измерения напряжения зажигания 4, добавочный резистор для ограничения разрядного тока 5, контакты 6 с измеряемым расстоянием между ними.
Способ осуществляется следующим образом. На измеряемые контакты подается разность потенциалов от регулируемого источника напряжения постоянного тока, с выходным напряжением от 100 до 10000В. По мере увеличения разности потенциалов до сотен вольт увеличивается энергия свободных электронов и происходит ионизация газовых молекул. Образовавшиеся при ионизации электроны ускоряются и тоже ионизируют газ. В результате формируются "электронные лавины".
где I - искомый ток через промежуток, Ie(x) - электронная составляющая тока в сечении с координатой x, d - межэлектродное расстояние.
Положительные ионы движутся к катоду и при нейтрализации на его поверхности вызывают вторичную эмиссию электронов, которые инициируют новые электронные лавины.
Ионная составляющая находится из уравнения, отражающего неизменность общего тока в любом сечении промежутка
где Iek - электронная составляющая тока на катоде, Ipk - ионная составляющая тока.
где Io - ток внешнего ионизатора, начальных свободных электронов; α - коэффициент ионизации; d - расстояние между электродами; γ - коэффициент вторичной ионно-электронной эмиссии.
Напряжение, при котором возникает газовый разряд, равно
Коэффициент ионизации α зависит от напряжения и давления газа
Экспериментальные исследования показали, что при атмосферном давлении величина напряжения зажигания газового разряда практически линейно зависит от расстояния между электродами. Это подтверждается также результатами расчета (фиг.3).
Для зажигания газового разряда необходимо, чтобы напряжение источника питания было больше, либо равно напряжению зажигания газового разряда
Напряжение зажигания измеряется вольтметром. По величине напряжения зажигания, с использованием графика зависимости напряжения U от произведения давления и расстояния между контактами p·d определяется расстояние между контактами. На фиг.2 приведена экспериментальная зависимость напряжения от расстояния между контактами при постоянном значении давления, равном атмосферному.
Сопоставительный анализ с прототипом показал, что предлагаемый способ является точным независимо от изменения формы поверхности контактов и их доступности.
В прототипе дистанционное измерение расстояний между контактами из-за коррозии и эрозии будет невозможно, либо с большими погрешностями.
Предлагаемый способ определения линейной величины зазора между двумя электродами с электрически изолированными друг от друга проводящими поверхностями, заключающийся в размещении между поверхностями калиброванного по линейному размеру объекта и определении величины зазора по величине калибра, позволяет повысить доступность измерения за счет подачи измерительного напряжения по проводникам.
Так как задаваемое линейное расстояние между электродами в ряде случаев необходимо для обеспечения заданного напряжения электрического пробоя, то, устраняя промежуточный параметр линейной величины зазора, проще устанавливать расстояние между электродами сразу на требуемую величину пробойного напряжения.
Способ определения линейной величины зазора между двумя электродами с электрически изолированными друг от друга проводящими поверхностями, заключающийся в размещении между поверхностями калиброванного по линейному размеру объекта и определении величины зазора по величине калибра, отличающийся тем, что калибр формируется в виде плазменного столба газового разряда, а величина его определяется по значению потенциала зажигания разряда при известном давлении газа в пространстве зазора.
