Устройство для определения кинетики проницаемости химически агрессивных сред через полимеры

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 16. 01. 80 (21) 2869781/18-25 ()+ с присоединением заявки М

С 01 N 15/08 (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР ло делам изобретений и открытий

Опубликовано 30.0981. Бюллетень 89 36

Дата опубликования описания 30. 09. 81 (53) УДК 539 217 1 (088. 8) (72) Авторы изобретения

A Н. Щеглов, О.С. Любутин, В.Н.

Г.Л. Журавлев, B.Í. Наумец и Е.В т

1 кджовский, Васильев

1 (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КИНЕТИКИ

ПРОНИЦАЕМОСТИ ХИМИЧЕСКИ АГРЕССИВНЫХ

СРЕД ЧЕРЕЗ ПОЛИМЕРЫ ра (1 ).

Изобретение относится к технике измерения неэлектрическнх величин электрическими методами, а именно к определению стойкости полимерных материалов воздействию агрессивных веществ в жидкой или паровой фазе.

Известно устройство для исследования защитных свойств лакокрасочиых покрытий, состоящее иэ измерительно- о го конденсатора и схемы измерения, причем одной пластиной измерительного конденсатора является металлическая подложка, другой электролит, к которому подведен электрод сравнения, а диэлектрической прокладкой — защит15 ное покрытие, нанесенное на металли ческую подложку. О проницаемости защитного покрытия судят по изменению емкости измерительного конденсатоНедостатком устройства является невысокая точность из-за невозможности точной фиксации момента проникновения электролита через защитное покрытие. Кроме того, за счет экстракции у поверхности защитного покрытия может образоваться слой с иными диэлектрическими свойствами, что приводит к дополнительным погрешностям. W

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для определения кинетики проницаемости химически агрессивных веществ через полимеры, содержащее камеру с испытуемым образцом, электроды, расположенные по обеим сторонам испытуемого образца, систему подвода агрессивной среды и схему измерения, причем один из электродов выполнен в виде тонкого слоя из химически нестойкого металла (2).Недостатками данного устройства являются невысокая точность и узкий класс испытуемых агрессивных сред.

Невысокая точность устройства обусловлена применением пористого измерительного электрода, который затрудняет доставку агрессивной среды к испытуемому образцу, и поэтому проникновение агрессивной среды в испытуемый образец под пористым измерительным электродом замедлено.

В случае экстрагирования веществ из испытуемого образца.под пористым электродом и в порах образуется раствор, который снижает точность измерения. Кроме того,для разрушения тонкого металлического электрода необходимо проникновение за испытуемый образец определенного количества аг— рессивной среды, и поэтому с момента проникновения первых ее молекул до момента минимального разрушения тонкого металлического электрода, которое может быть зафиксировано,проходит какое-то время, что обуславливает наличие погрешности в определении момента проникновения агрессивного вещества через всю толщу образца.

В этом устройстве нельзя иссле- 10 довать агрессивные среды, которые растворяют материал пористого измерительного электрода (это приводит к дополнительным погрешностям), и агрессивные среды, по отношению к 15 которым измерительный электрод,выполненный в виде тонкого слоя металла, был бы химически стоек.

Цель изобретения — повышение точ ности при расширении класса испытуемых агрессивных сред.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, состоящее из диэлектрического кожуха, металлической камеры с испытуемым образцом, цилиндрического электрода, системы 1э подвода агрессивной среды и схемы измерения, дополнительно введены МДПтранзистор, два источника постоянного напряжения, индикатор и пороговое устройство с двумя выходами, причем О

МДП-транзистор помещен на цилиндрический электрод и расположен диэлектриком к образцу, при этом одна из клеим первого источника постоянного напряже- < ния подсоединена к металлической камере, а вторая — к цилиндрическому электроду, одна из диффузионных областей МДП-транзистора .соединена со схемой измерения, а другая подключена к одной из клемм второго источника постоянного напряжения и индикатору, который подключен к одному выходу порогового устройства, второй выход которого соединен со схемой измерения, а вход подключен ко второй клемме второго источника постоянного на- 45 пряжения.

На фиг.1 представлена конструкция предлагаемого устройства; на фиг. 2 выходная характеристика устройства. щ

Устройство состоит из металлической камеры 1, помещенной в диэлектрический кожух 2.Внутри диэлектрического кожуха установлен цилиндрический электрод 3, на котором расположена полупроводниковая пластина

4, Имеющая две диффузионные области

5 и б, поверх которых расположен диэлектрик 7. Поверх полупроводниковой пластины 4 на диэлектрик 7 помещен испытуемый образец 8. Агрессивную 69 среду 9 подводят к испытуемому образцу через отверстие в металлической камере 1, закрываемое заглушкой 10.

Источник 11 постоянного напряжения подсоединяют к цилиндрическому элен- Я троду 3 и металлической камере 1 с помощью токовыводов 12 и 13 соответственно. Источник 14 постоянного напряжения соединяют одной клеммой с диффузионной областью 5 и с выводом индикатора 15 (в виде электрической лампы), а другой - со входом порогового устройства 16. Второй вывод индикатора 15 подсоединен к первому выходу порогового устройства 16, второй выход которого и диффузионная область 6 подсоединены к схеме измерения.

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии агрессивной среды

9 в металлической камере 1 электрический ток между диффузионными областями 5 и б не протекает, индикатор 15 не горит, схема измерения фик-, сирует отсутствие тока на самописце прямой линией (участок выходной характеристики ОА, фиг.2). Ток между диффузионными областями 5 и б отсутствует, поскольку электрическое поле между цилиндрическим электродом

3 и металлической камерой 1 мало для того, чтобы создать токопроводящий канал на поверхности полупроводниковой пластины 4, между диффузионны-. ми областями 5 и б. После того, как химически агрессивную среду 9 подводят в металлическую камеру 1, на поверхности полупроводниковой пластины 4 создается токопроводящий канал, поскольку теперь элеКтрическое поле создается между цилиндрическим электродом 3 и агрессивной средой 9, что приводит к появлению тока между диффузионными областями 5 и б. Индикатор 15 не горит. Этому моменту на выходной характеристике (фиг.2) соответствует точка A и ток lq. С этого момента начинается процесс диффузии агрессивной среды 9 в образец

8, что приводит к изменению выходного тока 1 (фиксируется схемой измерения) в функции времени (участок AB), Величина тока 1 в момент времени, соответствующий точке A на выходной характеристике, определяется выражением ((u„-u,) u; -", u ) подвижность носителей заряда (в полупроводниковой пластине); диэлектрическая проницаемость (общая диэлектрика

7 и испытуемого образца 8); расстояние между диффузионными областями 5 и б; протяженность диффузионных

Областей 5 и б (в плоскости, перпендикулярной плоскости на фиг 1).

868483

Формула изобретения сУстройство для определения кинетики проницаемости химически агрессивяых сред через полимеры, содержа20 щее диэлектрический кожух, металли ческую камеру с испытуемым образцом, цилиндрический электрод, систему подвода агрессивной среды и схему измерения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, при расширении класса испытуемых агрессивных сред, в устройство дополнительно введены МДП-транзистор,два источника постоянного напряжения, индикатор и пороговое устройство с двумя выходами, причем МДП-транзистор помещен на цилиндрический элект" род и расположен диэлектриком к образцу, приэтом одна из клемм первого источника постоянного напряжения подсоединена к металлической камере, а вторая — к цилиндрическому электро-. ду, одна из диффузионных областей

МДП-транзистора соединена со схемой измерения, а другая подключена к од40 ной нз клемм второго источника постоянного напряжения н индикатору, который подключен к одному выходу порогового устройства, второй выход которого соединен со схемой измерения, а вход подключен ко второй клемме второго источника постоянного напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Розенфельд И.Л. и др. О Методи, ке исследования защитных свойств лакокрасочных покрытий емкостно-омическнм методом. — "Лакокрасочные материалы и их применение". 1966, М 3, с. 62-65.

2. Авторское свидетельство СССР

9 473935, кл. G 01 N 15/08, 1972 (прототнп). толщина изоляционного ма H териала (сумма толщин диэлектрика 7 и испытуемого образца 8);

U — пороговое напряжение;

U — напряжение источника 11;

U — напряжение источника 14.

Иэ приведенного уравнения следует, что с. уменьшением t> ток возрастает. С момента начала процесса диффузии агрессивной среды 9 в испытуе,мый образец 8 эффективная толщина испытуемого образца уменьшается, что обуславливает увеличение тока (участок АВ, фиг. 2). В момент времени, соответствующий на выходной характеристике точке В. первые молекулы агрессивной среды 9 проникают сквозь и пытуемый образец 8. Напряжение источника 11 постоянного напряжения при заданной толщине диэлектрика 7 подобрано таким, что в этот момент происходит пробой слоя диэлектрика, приводящий к резкому увеличению выходного тока. При резком увеличении величины тока I срабатывает порогово устройство 16, загорается индикатор

15 и отключается схема измерения.

Устройство 16 предназначено для того чтобы зафиксировать момент проникновения агрессивной среды 9 за испытуемый образец 8 (индикатор 15 зажигается), и отключить в этот момент схему измерения (защита схемы иэмере ния от резкого броска тока, возникающего в этот момент).

Хак отмечалось выше, величину напряжения источника 11 необходимо изменять для каждой агрессивной среды

- своя величина U . Величина U подбирается исходя иэ величины электрнчес кой проводимости конкретной агрессивной среды 9 и толщины испытуемого образца 8, но не ниже величины, при которой происходит пробой слоя диэлектрика 7. Например, для воды при толщине диэлектрика 1000 А и толщине испытуемого образца 0,36 мм напряжение источника 11 равно 80 B.

Предлагаемое устройство по сравнению с известным позволяеr более . точно зафиксировать момент проникновения агрессивной среды через испытуемый образец. Помимо использования в лабораторных условиях, оно может быть использовано и в производственных условиях для определения глубины проникновения агрессивной среды в стенки химических аппаратов и емкостей, выполненных из полимеров или армированных полимеров. В этом случае полупроводниковая пластина 4, установленная на электроде 3, прикладывается слоем диэлектрика 7 к стенке испытуемой емкости, а внутрь емкости вводят электрод, подключенный к клемме источника 11 постоянного напряжения.

Экономический эффект от использования предлагаемого устройства достигается за счет повышения точности фиксации момента проникновения агрессивной среды за испытуемый образец и за счет расширения класса испытуемых агрессивных сред.