Способ определения удельного электрического сопротивления поверхностного слоя материала

Авторы патента:

G01R27/16 - для измерения полного сопротивления элемента или цепи, через которые проходит ток от другого источника, например сопротивления кабеля, линии электропередачи

Владельцы патента RU 2426137:

Учреждение Российской академии наук Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения РАН (ИФПМ СО РАН) (RU)

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно к области системы мероприятий по контролю качества поверхности изделий после механической обработки. Измеряют электрическое сопротивление (r) контакта поверхностного слоя материала с металлической плитой методом амперметра-вольтметра. Измеряют силу прижима (N) поверхностного слоя материала к металлической плите в контакте. Измеряют параметр шероховатости (R_a) и твердости поверхностного слоя материала (НВ_с). Затем вычисляют удельное сопротивление (ρ_c) поверхностного слоя материала по формуле:

, где ρ_n - удельное электросопротивление плиты. В предлагаемом способе поверхность металлической плиты имеет твердость больше, чем твердость поверхностного слоя материала, а шероховатость поверхности металлической плиты меньше шероховатости поверхностного слоя материала. Измерение электрического сопротивления контакта поверхностного слоя материала с металлической плитой методом амперметра-вольтметра осуществляют, пропуская электрический ток перпендикулярно плоскости упомянутого контакта. Технический результат заключается в возможности определения удельного электрического сопротивления поверхностного слоя материала, содержащего структурные дефекты. 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно к области системы мероприятий по контролю качества поверхности изделий после механической обработки, а также к области измерительной техники, в частности к измерению электрического сопротивления, например сопротивление контактов (коммутационных аппаратов, скользящих электроконтактов).

Известен способ определения электрического сопротивления, имеющий название «метод амперметра-вольтметра» (Б.Г.Лифшиц. Физические свойства металлов и сплавов. М.: Изд-во машиностроительной литературы, 1959. - 368 с.). В способе применяется 2 токовых подвода и 2 потенциальных измерительных вывода.

Известна методика измерения сопротивления поверхности детали, содержащая в своей основе метод амперметра-вольтметра и реализующаяся с помощью устройств, имеющих 2 токовых подвода и 2 потенциальных измерительных вывода (1. А.В.Чистяков и др. «Оптимизация эксплуатационно-технологических процессов в машиностроении», Новочеркасск, НГТУ, 1997. - 228 с.; 2. Патент на ПМ, RU 76708, G01B 7/06, G01R 23/16; опубл. 27.09.2008).

Принципиальным недостатком известной методики является пропускание тока параллельно поверхности детали, что приводит к невысокой точности определения электросопротивления поверхностного слоя.

Известен способ измерения электрического сопротивления (патент RU 2137144, G01R 27/00, опубл. 10.09.1999), который заключается в том, что через измеряемое сопротивление пропускают электрический ток, выполняют первое измерение тока и падение напряжения на измеряемом сопротивлении и по их значениям определяют первое значение сопротивления, после первого измерения тока и падения напряжения изменяют ток через измеряемое сопротивление путем включения последовательно с измеряемым сопротивлением дополнительного сопротивления, выполняют второе измерение тока и падение напряжения на измеряемом сопротивлении и по их значениям определяют второе значение сопротивления, а измеряемое сопротивление определяют по приведенной формуле с учетом значений внутреннего сопротивления устройства измерения сопротивления без дополнительного сопротивления и дополнительного сопротивления. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей.

Недостатком этого способа является невозможность определения удельного электросопротивления поверхностного слоя материала, который является показателем состояния поверхности материала.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа определения удельного электрического сопротивления поверхностного слоя материала.

Техническим результатом изобретения является определение удельного электрического сопротивления поверхностного слоя материала, содержащего структурные дефекты после нагружения внешним воздействием (механической обработкой, трением, электрическим током, радиационным излучением, ионной бомбардировкой и т.п.).

Указанный технический результат достигается тем, что в способе определения удельного электрического сопротивления поверхностного слоя материала, включающем измерение электрического сопротивления (r) контакта поверхностного слоя материала с металлической плитой методом амперметра-вольтметра, дополнительно измеряют силу прижима (N) поверхностного слоя материала к металлической плите в контакте, параметр шероховатости (R_a) и твердость поверхностного слоя материала (НВ_с). Затем определяют удельное сопротивление (ρ_с) поверхностного слоя материала по формуле:

, где ρ_n - удельное электросопротивление плиты.

В предлагаемом способе поверхность металлической плиты имеет твердость больше, чем твердость поверхностного слоя материала, а шероховатость поверхности металлической плиты меньше шероховатости поверхностного слоя материала.

Измерение электрического сопротивления контакта поверхностного слоя материала с металлической плитой методом амперметра-вольтметра осуществляют, пропуская электрический ток перпендикулярно плоскости контакта.

На чертеже авторами представлена модель контакта для определения удельного сопротивления поверхностного слоя материала, содержащего структурные дефекты, где: 1 - образец, 2 - поверхностный слой, содержащий структурные дефекты, 3 - гладкая твердая металлическая плита, 4 - источник питания.

Для определения удельного электрического сопротивления поверхностного слоя образец материала 1 прижимают к гладкой твердой металлической плите 3 с усилием N, пропускают ток i перпендикулярно плоскости контакта образца материала 1 и гладкой твердой металлической плите, измеряют контактное падение напряжения u. Далее вычисляют сопротивление контакта по закону Ома r=u/i.

С другой стороны, аналитическое выражение для сопротивления r должно содержать удельное сопротивление контактирующих материалов, чтобы учесть их природу. Это можно выполнить, если ввести сопротивление стягивания на пятнах фактического электроконтакта (Р.Хольм. Электрические контакты. Пер. с англ. М.: Иностранная лит-ра, 1961. - 123 с.) и шероховатость поверхности. Тогда можно записать

где ρ_с и ρ_n - удельное электросопротивление поверхностного дефектного слоя материала и плиты соответственно, s - площадь фактического контакта (сумма площадей пятен фактического контакта), R_a - параметр шероховатости поверхностного слоя. Сопротивление материала, расположенного в глубине, превышающей R_a, пренебрежимо мало. В предлагаемой модели принято, что контакт осуществлен по трем пятнам (см. чертеж) и усилие N достаточно для того, чтобы вызвать в пятнах контакта пластическую деформацию. Тогда s=N/HB_c (Справочник по триботехнике / Под общ. Ред. М.Хебды, А.В.Чичинадзе. T.1. Теоретические основы. - М.: Машиностроение, 1989. - 111 с.), где НВ_с - твердость по Бринеллю более мягкого контактирующего материала, т.е. поверхностного слоя образца материала. С учетом вышеизложенного можно найти ρ_с из (1)

Определение НВ_с производят путем измерения микротвердости поверхностного слоя материала на шлифе поперечного сечения и нахождения соответствующего ему значения НВ по таблице перевода чисел твердости (А.П.Гуляев. Металловедение. - М.: Металлургия, 1986. - 537 с.).

Возможным вариантом применения предлагаемого способа является определение удельного электросопротивления поверхностного слоя материала после скольжения с токосъемом. В приведенной таблице представлены удельное электросопротивление, твердость композитов с исходной структурой и свойства поверхностного слоя после нагружения трением с токосъемом со скоростью скольжения 5 м/с по стали 45 (50 HRC). Композиты 1 и 2 скользили при плотности тока i/s_н=300 А/см², композиты 3 и 4 (промышленная щетка марки МГ) скользили при плотности тока около 70 А/см². Видно, что твердость НВ_с и удельное электросопротивление ρ_с композитов 1-3 имеют после трения более высокие значения по сравнению с исходными свойствами (см. таблицу). Видно также, что ρ_с модельных композитов 1 и 2 (на стальной основе) меньше, чем ρ_с композитов 3 и 4 (на медной основе). Это указывает на то, что поверхность трения композитов на стальной основе содержит меньше структурных дефектов, чем у композитов на медной основе. Способность материала поверхности релаксировать напряжения с образованием минимального количества дефектов позволяет достигать более высокую износостойкость, и ρ_с может служить показателем перспективности в создании износостойких материалов.

Таблица
Удельное электросопротивление и твердость композитов с исходной структурой и свойства поверхностного слоя после нагружения трением с токосъемом
Композит/свойство	Cu+10%Гр+70%ШХ Композит 1	Cu+10%Гр+70%Г13 Композит 2	Cu+10%Гр+40%ШХ Композит 3	МГ Композит 4
ρ, мкОм м	0,25	1	0,15	0,16
НВ, ГПа	2	1,67	0,57	0,09
НВс, ГПа	4,16	4,85	1,3	0,09
r, Ом	0,35	1	0,31	0,35
R_a, мкм	1,8	4,5	2,98	0,3
ρ_с, мкОм м	17,43	31,09	28,32	166,39

1. Способ определения удельного электрического сопротивления поверхностного слоя материала, включающий измерение электрического сопротивления (r) контакта поверхностного слоя материала с металлической плитой методом амперметра-вольтметра, отличающийся тем, что дополнительно измеряют силу прижима (N) поверхностного слоя материала к металлической плите в контакте, параметр шероховатости (R_a) и твердость поверхностного слоя материала (НВ_с) и определяют удельное сопротивление (ρ_c) поверхностного слоя материала по формуле:
, где ρ_n - удельное электросопротивление плиты.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что поверхность металлической плиты имеет твердость больше, чем твердость поверхностного слоя материала.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что шероховатость поверхности металлической плиты меньше шероховатости поверхностного слоя материала.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что измерение электрического сопротивления контакта поверхностного слоя материала с металлической плитой методом амперметра-вольтметра осуществляют, пропуская электрический ток перпендикулярно плоскости контакта.

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к автоматизированным системам контроля. .

Устройство для бесконтактного измерения удельного сопротивления кремниевого сырья // 2421742

Изобретение относится к области измерительной техники. .

Устройство для бесконтактного измерения удельного сопротивления полупроводниковых материалов // 2420749

Изобретение относится к области измерительной техники. .

Устройство для измерения электрического сопротивления изоляции // 2377580

Изобретение относится к области электроизмерительной техники, в частности к автоматизированным системам контроля электрического сопротивления изоляции двухпроводных сетей, находящихся под напряжением постоянного тока, и может быть использовано при контроле сопротивления изоляции электрических цепей электро- и радиотехнических изделий.

Система распределения электроэнергии // 2334335

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах распределения электроэнергии, например, в составе самолета, корабля или космического аппарата (КА).

Система распределения электроэнергии // 2331959

Система распределения электроэнергии // 2331958

Способ неразрушающей диагностики предаварийного состояния электрооборудования с обмотками высокого напряжения // 2330297

Способ испытания электрических сетей // 2329517

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для периодического контроля состояния различных электрических сетей. .

Способ измерения сопротивления изоляции электрических сетей (варианты) // 2321008

Изобретение относится к электрическим измерениям, а именно к измерениям сопротивления изоляции электрических сетей любого рода тока, находящихся под рабочим напряжением или обесточенных и изолированных от "земли".

Преобразователь приращения сопротивления резистивного датчика в напряжение // 2431854

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано, в частности, в тензометрии, Преобразователе содержит источник опорного напряжения, первый вывод которого подключен к общей тине преобразователя, резистивный датчик, первый вывод которого через первый потенциальный провод соединен с инверсным входом первого операционного усилителя и через первый токовый провод соединен с одним выводом источника тока, другой вывод которого подключен к общей шине преобразователя, а второй вывод резистивного датчика соединен с вторым потенциальным проводом и вторым токовым проводом, при этом выход первого операционного усилителя соединен с выходом преобразователя

Способ контроля электрического сопротивления изоляции взрывоопасных объектов // 2433415

Устройство и способ для определения электрических параметров // 2437108

Изобретение относится к измерению электрических параметров

Способ диагностики электрических цепей с переменной структурой // 2453855

Изобретение относится к области технической диагностики сложных технических систем с переменной структурой электрических цепей и может быть использовано для диагностики технического состояния электрических цепей электроподвижного состава железнодорожного транспорта

Способ измерения сопротивления изоляции рельсовой линии // 2484485

Изобретение относится к железнодорожной автоматике и телемеханике и может быть использовано для измерения сопротивления изоляции рельсовой линии

Многоканальное устройство для измерения сопротивления изоляции в жгутах и кабелях // 2507523

Изобретение относится к электроизмерительной технике. Устройство содержит N входных точных резисторов, первый аналого-цифровой преобразователь, к средней точке питания которого подключен первый полюс нестабилизированного источника измерительного напряжения постоянного тока, и резистор, являющийся токовым шунтом, вторым выводом соединенный со входом первого аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к входу микропроцессорного элемента, соединенного с источником измерительного напряжения, с блоком цифровой индикации результатов измерений и режимов работы, с блоком кнопочной клавиатуры, с блоком интерфейса, с блоком сигнализации и с управляющими входами блока коммутации. Также устройство содержит второй аналого-цифровой преобразователь, входы которого через делитель соединены с полюсами источника измерительного напряжения, а выход - с входом микропроцессорного элемента, а блок коммутации содержит N управляемых микропроцессорным элементом коммутирующих узлов, имеющих в своем составе по два коммутирующих элемента, выходы которых первыми контактами объединены и подключены ко второму выводу одного из N входных резисторов, а вторые контакты первого коммутирующего элемента соединены со вторым полюсом источника измерительного напряжения, а второго - с входом первого аналого-цифрового преобразователя. Технический результат заключается в возможности измерения сопротивления изоляции каждой цепи как относительно «земли», так и относительно других контролируемых цепей, в повышении точности измерений, в возможность контроля метрологической характеристики в процессе эксплуатации. 2 ил.

Устройство для непрерывного контроля сопротивления изоляции кабеля // 2510033

Изобретение относится к области электротехники, в частности к контрольно-измерительной технике, и предназначено для использования в качестве технического средства непрерывного контроля сопротивления изоляции и электрической прочности цепи «погружной электродвигатель (ПЭД) - трехжильный силовой кабель» с рабочим напряжением 1-2,5 кВ, применяемого в устройствах электроцентробежного насоса (УЭЦН). Устройство включает в себя источник постоянного напряжения 3, измеритель утечки тока 7, блоки световой 1 и звуковой сигнализации 4, повышающий трансформатор 11, компаратор разряда источника постоянного напряжения 5, микроконтроллер 2, источник опорного напряжения 6, компаратор сброса генератора 8, генератор опорной частоты 9 и усилитель мощности 10, конденсатор 14, резистивный делитель 13, выпрямительный диод 12, эталонный резистор 17, один из выводов которого подключен к тестовой клемме 16; измерительный шунт 15 с возможностью соединения с шиной 19 корпуса и оплеткой контролируемого кабеля, зажим 18 для подключения к жилам контролируемого кабеля. Элементы конструкции соединены определенным образом согласно фиг.1. Технический результат изобретения заключается в создании обладающего высокой надежностью и оперативностью устройства, обеспечивающего непрерывный контроль сопротивления изоляции и электрической прочности цепи «ПЭД - трехжильный силовой кабель». 1 ил.

Способ измерения электрического сопротивления изоляции между группой объединенных контактов и отдельным контактом и устройство его реализации // 2514096

Изобретение относится к области электроизмерительной техники, в частности к автоматизированным системам контроля электрического сопротивления и прочности изоляции, и может быть использовано при контроле сопротивления изоляции электрических цепей электро- и радиотехнических изделий. Способ измерения электрического сопротивления изоляции между группой объединенных контактов и отдельным контактом и устройство для измерения электрического сопротивления изоляции предполагают вначале измерение сопротивления R1 между первой шиной с подключенной к ней группой объединенных контактов и второй шиной, затем измерение сопротивления R2 между первой шиной с подключенной к ней группой объединенных контактов и второй шиной с подключенным к ней отдельным контактом и по результатам измерений определение сопротивления и прочности изоляции. Устройство для измерения электрического сопротивления изоляции содержит измеритель сопротивлений, первую и вторую группу из n ключей, блок управления, включающий в себя запоминающее устройство, процессор и программируемую логическую интегральную схему. За счет такой реализации и учета сопротивления утечки средств измерения достигается увеличение точности измерения сопротивления и прочности изоляции и расширение функциональных возможностей, позволяющих вести измерения в автоматическом режиме. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Устройство и способ для детектирования короткого замыкания на землю // 2542494

Изобретение относится к устройствам детектирования короткого замыкания на землю в электрической цепи переменного тока, содержащей электрическую машину и имеющую нейтральную точку. Устройство содержит блок (20) подачи сигнала, трансформатор (30) напряжения, имеющий первичную обмотку (31), подключенную к стороне выводов (13) электрической машины, и вторичную обмотку (32), которая соединена разомкнутым треугольником. Измерительный трансформатор (40, 45), имеющий первичную обмотку (48), подключенную к нейтральной точке (14) электрической машины, и вторичную обмотку (49). Блок (50) детектирования короткого замыкания на землю. Блок (20) подачи сигнала сконфигурирован с возможностью подачи сигнала на вторичную обмотку (32) трансформатора (30) напряжения. Измерительный трансформатор (40, 45) сконфигурирован с возможностью измерения результирующего подаваемого сигнала на его вторичной обмотке (49), а блок (50) детектирования короткого замыкания на землю сконфигурирован с возможностью детектировать короткое замыкание на землю на основании измеренного сигнала. Технический результат заключается в упрощении устройства. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ контроля качества проводов воздушной линии электропередачи // 2542597

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для непрерывного контроля качества проводов воздушной линии электропередачи. Измеряют напряжение и ток в первом и втором местоположениях на линии электропередачи. При этом измеренные напряжения и токи в первом и втором местоположениях синхронизированы по времени. По измеренным напряжениям и токам определяют полное сопротивление линии электропередачи между первым и вторым местоположениями. Определяют температуру проводов линии электропередачи. При температуре То проводов линии электропередачи определяют эталонные продольное активное Ro, индуктивное XLo и емкостное ХСо сопротивления линии электропередачи между первым и вторым местоположениями. При температуре Т1 определяют эталонное активное сопротивление линии электропередачи R1 между первым и вторым местоположениями. Определяют эталонный температурный коэффициент αо активного сопротивления проводов линии по формуле αo=(R1-Ro)/(Ro·(T1-To)). При температуре Т проводов линии электропередачи определяют текущие продольное активное R, индуктивное XL и емкостное ХС сопротивления линии электропередачи между первым и вторым местоположениями. При температуре Т′ проводов линии электропередачи определяют текущие продольное активное R′ сопротивление линии электропередачи между первым и вторым местоположениями. Определяют текущий температурный коэффициент α активного сопротивления проводов линии по формуле α=(R-R′)/(R·(T-T′)). В качестве параметров, характеризующих качество проводов воздушной линии электропередачи, используют разницу текущих и эталонных сопротивлений (R-Ro), (XL-XLo), (XC-XCo) и разницу текущего и эталонного температурного коэффициента активного сопротивления проводов линии (α-αo). Технический результат заключается в расширении возможностей способа контроля качества проводов воздушной линии электропередач. 1 ил.