Датчик для контроля диэлектрических свойств полимерного материала



Датчик для контроля диэлектрических свойств полимерного материала
Датчик для контроля диэлектрических свойств полимерного материала
Датчик для контроля диэлектрических свойств полимерного материала

 


Владельцы патента RU 2547349:

Открытое акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" (RU)

Изобретение относится к области неразрушающего контроля полимерных материалов и может быть использовано для контроля и измерений физико-химических процессов, происходящих в отверждаемом связующем при производстве изделий из полимерных композиционных материалов. Датчик согласно изобретению содержит выполненный из полиимидного или эпоксидного связующего, армированного стеклотканью, корпус прямоугольной формы, состоящий из двух одинаковых частей, склеенных между собой вне рабочей зоны. В каждой части корпуса запрессован электрод, каждый из которых имеет плоскую форму. В корпусе электроды помещены параллельно друг другу и расположены один под другим на расстоянии друг от друга. К одному из торцов каждого электрода припаян монтажный провод, причем оба монтажных провода выведены в одну сторону. Каждый из электродов выполнен из меди или аналогичного материала в виде пластины Г-образной формы. Оба электрода имеют одинаковые размеры и являются зеркальным отображением друг друга, при этом электроды расположены так, что их Г-образный выступ находится один над другим, а их удлиненные части расположены параллельно друг другу. Прокладка, помещенная между электродами, выполнена из фильтровальной ткани с плотностью 80-160 г/м2 и содержит расположенную между Г-образными выступами электродов рабочую зону и расположенную между удлиненными частями электродов нерабочую зону, в которой фильтровальная ткань пропитана клеем, использованным для склеивания одинаковых частей корпуса, при этом фильтровальная ткань выступает за пределы передней и задней частей корпуса датчика на 5-10 мм. Толщина датчика может составлять 1,2-2,0 мм. Изобретение обеспечивает упрощение конструкции датчика и его изготовления, а также расширение области его использования. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля полимерных материалов с помощью электрических полей широкого частотного диапазона и может быть использовано для контроля и измерений физико-химических процессов полимеризации, структурирования, степени отверждения связующих, используемых для пропитки сухого, например, стеклянного или угольного наполнителя (преформы), или имеющихся в составе препрегов, при термическом отверждении связующих по тангенсу угла диэлектрических потерь, сопротивлению и емкости в зависимости от влияющего фактора, например, температуры, скорости нагрева, времени выдержки, концентрации компонентов и т.п. при производстве изделий из полимерных композиционных материалов (ПКМ) для авиакосмической техники. Кроме того, оно может найти применение при исследовании и разработке новых ПКМ на основе стеклянных и угольных наполнителей.

Известен диэлектрический датчик для мониторинга характеристик среды (патент US №4710550, оп. 1987), который содержит два химически устойчивых гребенчатых электрода, помещенных в переплетающе-гребенчатой конфигурации на особых непроводящих подложках. Каждый электрод имеет проводящие дорожки, находящиеся на одинаковом расстоянии друг от друга. Электроды могут быть изготовлены из меди или золота, платины, хрома, титана, вольфрама, палладия или их сплавов. Электроды прикреплены к подложкам вакуумным напылением и/или связующим. Для получения качественного сигнала необходимо как минимум 33 штырька на дюйм, а общее их количество должно быть в пределах от 100 до 200 штук.

Недостатками данного устройства являются:

- невозможность его использования для мониторинга среды при производстве изделий из ПКМ на основе угольных наполнителей, т.к. угольный наполнитель не является диэлектриком и возможное попадание его в рабочую зону датчика вызовет сбой в работе системы в целом.

- большие габариты датчика, обусловленные тем, что для получения качественного сигнала необходимо как минимум 33 штырька на дюйм, а общее их количество должно быть в пределах от 100 до 200 штук, что обуславливает большие геометрические размеры датчика.

- сложность изготовления датчика, связанная с тем, что технология его производства требует наличия сложного оборудования.

Наиболее близким к предлагаемому датчику является устройство для мониторинга диэлектрических изменений в полимерных материалах (патент US №4777431, оп. 1988) - прототип. Известное устройство состоит из полого прямоугольного корпуса, выполненного из полиимидного материала, с рабочей зоной в виде полости в его центральной части, внутри корпуса имеется полость, в которой помещены верхний и нижний электроды плоской формы, выполненные из листового проводящего материала и расположенные на расстоянии один под другим параллельно друг другу, к одному из торцов каждого электрода припаян монтажный провод, причем оба монтажных провода выведены в одну сторону, а между электродами помещена прокладка, выполненная из пористого инертного материала. Прокладку предпочтительно изготавливать из стекла, кварца или керамики. Сверху по всему раскрытию полости корпуса расположена выборочно-проницаемая крышка, которая обеспечивает попадание исследуемого материала - неотвержденной смолы в полость под крышкой, исключая попадание наполнителя, который может отрицательно повлиять на измерения диэлектрических свойств исследуемого материала.

Недостатками данной конструкции являются:

- большая толщина датчика, что не позволяет использовать его при производстве тонкостенных изделий из ПКМ и изделий из ПКМ, в которых в качестве наполнителя используются преформы;

- трудоемкость изготовления данного датчика, что в свою очередь ведет к его высокой себестоимости.

Задачей изобретения является расширение области использования датчика, удешевление и упрощение его конструкции.

Задача решается тем, что датчик для контроля диэлектрических свойств полимерного материала содержит выполненный из полимерного материала корпус прямоугольной формы с рабочей зоной, внутри корпуса имеется полость, в которой помещены верхний и нижний электроды плоской формы, выполненные из листового проводящего материала и расположенные на расстоянии один под другим параллельно друг другу, к одному из торцов каждого электрода припаян монтажный провод, причем оба монтажных провода выведены в одну сторону, а между электродами помещена прокладка, выполненная из пористого инертного материала, согласно предлагаемому изобретению, корпус датчика выполнен из полиимидного или эпоксидного связующего, армированного стеклотканью, и состоит из склеенных между собой вне рабочей зоны двух одинаковых частей, в каждой из которых запрессован электрод, каждый из электродов выполнен из меди или алогичного материала в виде пластины Г-образной формы, оба электрода имеют одинаковые размеры и являются зеркальным отображением друг друга, при этом электроды расположены в корпусе так, что их Г-образный выступ находится один над другим, а удлиненные части расположены параллельно друг другу, прокладка, помещенная между электродами, выполнена из фильтровальной ткани с плотностью 80-160 г/м2 и содержит расположенную между Г-образными выступами электродов рабочую зону и расположенную между удлиненными частями электродов нерабочую зону, в которой фильтровальная ткань пропитана клеем, использованным для склеивания одинаковых частей корпуса, при этом фильтровальная ткань выступает за пределы передней и задней частей корпуса датчика на 5-10 мм, а толщина датчика может составлять 1,2-2,0 мм.

В предлагаемой конструкции прокладка обеспечивает поступление исследуемого материала (связующего) через ее рабочую зону внутрь датчика. Уменьшение рабочей зоны прокладки сокращает площадь ее взаимодействия с исследуемым материалом, что снижает вероятность попадания частиц наполнителя при производстве изделий из ПКМ в рабочую зону датчика и тем самым позволяет исключить отрицательное влияние частиц наполнителя на измерение диэлектрических свойств исследуемого материала. Предлагаемое выполнение прокладки и электродов и их расположение относительно друг друга позволяет сделать датчик максимально тонким, а также возможность изготовления датчика небольшой толщины (1,2-2,0 мм), что расширяет область его использования. Выполнение электродов в виде тонких пластин из меди или аналогичного материала предлагаемой формы и их расположение в полости корпуса предлагаемым образом существенно упрощает конструкцию датчика и позволяет использовать для изготовления датчика ряд материалов, непосредственно используемых в производстве изделий из ПКМ, что снижает себестоимость изготовления датчика. Упрощение конструкции датчика позволяет снизить трудоемкость изготовления и себестоимости датчика.

На фиг.1 изображена схема датчика, вид спереди (сечение).

На фиг.2 изображено сечение А-А фиг.1.

На фиг.3 изображен электрод Г-образной формы.

Датчик содержит корпус 1, выполненный из двух одинаковых частей прямоугольной формы, склеенных между собой. Два электрода 2 в виде пластин Г-образной формы расположены в полости корпуса 1 таким образом, что в каждой части корпуса имеется один электрод 2 с монтажным проводом 3, припаянным к нему. Каждый электрод 2 запрессован внутри соответствующей ему части корпуса 1. Между электродами 2 расположена прокладка, выступающая на 5-10 мм за пределы передней и задней частей корпуса и имеющая рабочую зону 4 и нерабочую зону 5. Рабочая зона 4 прокладки расположена между Г-образными выступами электродов, нерабочая зона 5 прокладки, расположенная между удлиненными частями электродов 2. Обе части корпуса 1 склеены между собой в нерабочей зоне 5 прокладки.

Датчик работает следующим образом.

При изготовлении изделий из ПКМ во время выкладки заготовки изделия датчик вставляется в контролируемый участок между слоями препрега или сухого наполнителя (преформы). Электропровода 3 датчика подсоединяются к микрокомпьютеру для измерения диэлектрических параметров.

Затем проводится процесс:

в случае использования препрега - процесс формования изделия;

в случае использования сухого наполнителя (преформы) - процесс пропитки наполнителя (преформы) и термостатирования изделия.

Формование: при нагреве заготовки изделия полимерное связующее, имеющееся в препреге, снижает свою вязкость и начинает течь. Попав в рабочую зону 4 прокладки, полимерное связующее с ее помощью (пропитывая ее) поступает в полость датчика 1 между электродами 2. Датчик 1, представляющий собой плоский конденсатор, выступает в роли диэлектрика и меняет свои исходные диэлектрические параметры: емкость (С), сопротивление (R) и тангенс угла диэлектрических потерь (tgδ) по мере отверждения поступающего в него полимерного связующего, что позволяет судить о степени полимеризации связующего в изделии.

Пропитка: в процессе осуществления пропитки сухого наполнителя (преформы) полимерным связующим, которое, попав в рабочую зону 4 прокладки, поступает в полость датчика 1 между электродами 2. Датчик 1, представляющий собой плоский конденсатор, выступает в роли диэлектрика и меняет свои исходные диэлектрические параметры: емкость (С), сопротивление (R) и тангенс угла диэлектрических потерь (tgδ) по мере отверждения полимерного связующего в процессе термостатирования, что позволяет судить о степени полимеризации связующего в изделии. Изменение исходных диэлектрических параметров датчика 1 снимается микрокомпьютером в момент прохождения полимерным связующим участков, на которых эти датчики установлены. Аналоговый сигнал с датчика поступает на микрокомпьютер, запрограммированный так, чтобы отбрасывать случайные электрические сигналы и ненадежные данные, например, из кратковременных пакетных шумов.

Предлагаемый датчик позволяет обеспечить контроль степени полимеризации связующего во время процесса его отверждения, а также определить начало пропитки наполнителя полимерным связующим.

Также при изготовлении из ПКМ изделий, применяющихся в качестве полуфабрикатов, в которых использован препрег или, например, преформы из стекловолокна или углеволокна, датчик позволяет осуществлять контроль процессов их формования.

1. Датчик для контроля диэлектрических свойств полимерного материала содержит выполненный из полимерного материала корпус прямоугольной формы с рабочей зоной, внутри корпуса имеется полость, в которой помещены параллельно друг другу верхний и нижний электроды плоской формы, расположенные один под другим на расстоянии друг от друга, к одному из торцов каждого электрода припаян монтажный провод, причем оба монтажных провода выведены в одну сторону, а между электродами помещена прокладка, выполненная из пористого инертного материала, отличающийся тем, что корпус датчика выполнен из полиимидного или эпоксидного связующего, армированного стеклотканью, и состоит из двух одинаковых частей, склеенных между собой вне рабочей зоны, в каждой из которых запрессован электрод, каждый из электродов выполнен из меди или аналогичного материала в виде пластины Г-образной формы, оба электрода имеют одинаковые размеры и являются зеркальным отображением друг друга, при этом электроды расположены так, что их Г-образный выступ находится один над другим, а их удлиненные части расположены параллельно друг другу, прокладка, помещенная между электродами, выполнена из фильтровальной ткани с плотностью 80-160 г/м2 и содержит расположенную между Г-образными выступами электродов рабочую зону и расположенную между удлиненными частями электродов нерабочую зону, в которой фильтровальная ткань пропитана клеем, использованным для склеивания одинаковых частей корпуса, при этом фильтровальная ткань выступает за пределы передней и задней частей корпуса датчика на 5-10 мм.

2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что толщина датчика составляет 1,2-2,0 мм.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано в сельском хозяйстве, медицине, биологии, пищевой и химической промышленности. Способ определения содержания анионов в растворах и влагосодержащих продуктах осуществляется в электрохимической ячейке при прохождении через нее переменного тока.

Изобретение относится к области измерения параметров жидкостей, в частности электрической проводимости в жидких средах, и может быть использовано непосредственно в морской воде.

Изобретение относится к методу определения доли адсорбированного вещества, которое содержится в формованном теле, грануляте или порошке из цеолита, цеолитного соединения или силикагеля в качестве адсорбирующего материала, а также к соответствующему устройству и применению устройства для определения или мониторинга степени насыщения адсорбирующего материала, заложенного на хранение в емкость.

Изобретение может быть использовано в химической, нефтехимической, нефтегазовой, пищевой и других отраслях промышленности. Анализатор газожидкостного потока содержит измерительный участок 1 и соединенные с ним газосборную камеру 2 и отстойник 3, основной измерительный датчик 5, дополнительные измерительные датчики 4, блок сравнения 6, подключенный к регистратору 7.

Изобретение относится к технологии строительства и может быть использовано для определения количества цемента в грунтоцементном материале при создании строительных конструкций посредством струйной цементации.

Изобретение относится к области нефтехимии. Способ управления компаундированием товарных бензинов включает измерение диэлектрической проницаемости и удельной электропроводности, а также температуры и давления компонентов товарного бензина и готового товарного бензина на различных стадиях технологического процесса, дальнейшее приведение измеренных электрофизических параметров компонентов и товарного бензина к единым условиям с контролем значений октанового числа и выработкой рекомендаций по внесению изменений в технологический процесс.
Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам определения физических свойств материалов путем тепловых и электрических измерений, и может быть использовано для оперативного контроля теплотехнических качеств ограждающих конструкций зданий и сооружений в натурных условиях.

Изобретение относится к текстильной промышленности и представляет собой емкостный способ определения неравномерности линейной плотности продуктов прядения. Образец пропускают между двумя пластинами конденсатора, измеряют реактивное сопротивление конденсатора, определяют изменение емкости, которое пропорционально изменениям диэлектрической проницаемости образца и регистрируют их как коэффициент вариации по линейной плотности или коэффициент неровноты по линейной плотности.

Изобретение относится к области нефтехимической промышленности и может быть использовано в промысловых и научно-исследовательских лабораториях для разработки технологий увеличения нефтеотдачи пластов и при отсчете запасов нефти, оперативном контроле за разработкой нефтяных месторождений.

Изобретение относится к оборудованию для подводной добычи нефти. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения различных физических свойств (концентрации, смеси веществ, влагосодержания, плотности и др.) жидкостей, находящихся в емкостях (технологических резервуарах, измерительных ячейках и т.п.). В частности, оно может быть применено в пищевой промышленности для измерения концентрации водно-спиртовых растворов. Техническим результатом настоящего изобретения является упрощение реализации устройства и повышение точности измерения. Технический результат достигается тем, что в предлагаемом устройстве для измерения физических свойств жидкости, содержащем отрезок коаксиальной длинной линии, два чувствительных элемента, рабочий и эталонный, в виде отрезков коаксиальной линии, заполняемых, соответственно, контролируемой жидкостью и эталонной жидкостью, электронный блок и подсоединенный к его выходу регистратор, каждый чувствительный элемент подсоединен в качестве оконечной нагрузки к соответствующему концу отрезка коаксиальной длинной линии, к которому подключен электронный блок, причем центральный проводник и внутренняя поверхность внутреннего цилиндра подсоединены, соответственно, к внутреннему и наружному проводникам на одном конце отрезка коаксиальной длинной линии, а наружная поверхность внутреннего цилиндра и наружный цилиндр подсоединены, соответственно, к внутреннему и наружному проводникам на другом конце отрезка коаксиальной длинной линии. 1 ил.

Изобретение может использоваться для экспресс-контроля соответствия качества исследуемого бензина параметрам эталонного образца. Устройство для оперативного контроля октанового числа бензинов содержит автономный блок питания, основной емкостной датчик, конструктивно совмещенный с камерой пробоотборника контролируемого бензина, блок обработки данных, выход которого подключен к входу цифрового индикатора, аналого-цифровой преобразователь, выход которого соединен с входом блока обработки данных, при этом в устройство введен дополнительный емкостной датчик, конструктивно совмещенный с камерой пробоотборника эталонного бензина, соединенный с одним из входов измерителя разности двух емкостей, второй вход которого соединен с основным емкостным датчиком, а его выход подключен к входу аналого-цифрового преобразователя. Изобретение обеспечивает повышение достоверности оперативного контроля качества бензина и чувствительности к диэлектрическим свойствам топлива. 1 ил.

Изобретение касается способа измерения емкости датчика с емкостью (С). Датчик имеет рабочий электрод, который покрыт изолирующим слоем и лигандом, образующим аффинную поверхность. Способ содержит шаги приведения электрода в контакт с аналитом, подачи постоянного первого тока (I1), постоянного второго тока (I2) противоположного направления относительно первого тока (I1) и постоянного третьего тока (I3) того же направления, что и первый ток (I1), на датчик в течение заданных периодов времени. Далее способ содержит взятие замеров потенциала (V), созданного на датчике, и вычисление емкости датчика по наклону (В, D, F, Н) кривой потенциалов, полученной в ответ на подачу тока. Кроме того, изобретение относится к применению предложенного способа для обнаружения взаимодействия между лигандом и аналитом. Изобретение обеспечивает улучшенный способ измерения изменений емкости с использованием биодатчика и более стабильную систему измерения емкости биодатчика для повышения чувствительности и точности. 13 з.п. ф-лы, 5 ил., 3 табл.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано при проведении исследований для определения состава продукции отдельных пластов и в целом скважины. Техническим результатом является повышение точности определения содержания воды в восходящем потоке водонефтяной смеси в стволе скважины. Способ определения содержания воды в водонефтяной смеси в стволе скважины путем измерения величины электрической емкости датчика, состоящего из центрального электрода, покрытого диэлектриком, и струенаправляющей трубы, служащей в качестве второго электрода. При этом измерения величины электрической емкости датчика осуществляют с остановками в каждой точке в двух режимах, один из которых при протекании восходящего потока водонефтяной смеси через кольцеобразное пространство, образованное между электродами датчика, а другой - в процессе гравитационного разделения отдельных компонентов в пробе водонефтяной смеси, заключенной в измерительной полости датчика путем закрывания окон для пропуска потока водонефтяной смеси через датчик. Также предложено устройство для осуществления способа. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Использование: для определения объемного содержания воды в нефти. Сущность изобретения заключается в том, что способ основан на определении изменений параметров электромагнитного поля в потоке исследуемой жидкой среды при изменении ее компонентного состава, поток жидкости в зоне измерений разбивают на множество изолированных потоков, каждый из которых взаимодействует с резонатором электромагнитного поля через выделенный участок поверхности контакта, в результате чего в резонаторе формируется электромагнитное поле, обобщающее влияния всех изолированных потоков жидкости, параметры которого принимают за среднее взвешенное для совокупности потоков в изолированных каналах и сопоставляют с соответствующими показателями продукта-аналога, обладающего известными свойствами, которые могут быть эмпирически идентифицированы как доля воды в смеси с углеводородной жидкостью. Технический результат: обеспечение возможности повышения эффективности влагомера и повышения точности определения содержания воды в нефти, перекачиваемой по трубопроводу. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 8 ил.

Группа изобретений относится к медицине и может быть использована для определения электрической емкости биосенсорной камеры. Для этого инициируют электрохимическую реакцию пробы после ее внесения в биосенсорную камеру, имеющей два электрода, расположенных в камере и соединенных с микроконтроллером. Прикладывают к камере осциллирующий сигнал предварительно заданной частоты. Устанавливают первый временной интервал выборки. Получают выборку выходного сигнала от камеры со вторым временным интервалом выборки, отличным от первого временного интервала выборки. Определяют фазовый угол между выходным сигналом и осциллирующим входным сигналом от камеры на основе выходного сигнала выборки. Рассчитывают электрическую емкость камеры по фазовому углу. Также предложена система для измерения аналита. Группа изобретений обеспечивает определение достаточности заполнения аналитом электрохимической биосенсорной испытательной камеры. 2 н. и 21 з.п. ф-лы, 24 ил., 2 табл.
Наверх