Устройство для определения электрической прочности и электропроводности смазочных сред

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<ц932379 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 10.06. 80(21) 2939044/18-25 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 30.05.82, Бюллетень ¹ 20

Дата опубликования описания 30.05.82

Р4 М Кп з

G N 27/02

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

153} УДК 543. 257 (088. 8) с (72) Авторы изобретения

Н.К.Иышкин и В.В.Кончиц

Институт механики реталлополимерных систеМ---=:

АН Белорусской ССР (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

ПРОЧНОСТИ И, ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ СИАЗОЧНЫХ

СРЕД

1 2

Изобретение относится к устройствам для физико-химических исследований.

Для исследования ряда проблем 5 граничного трения, а также электрических скользящих контактов; эксплуатирующихся в присутствии смазочной среды, важным является определение электрических характеристик (электрическая прочность, удельное сопротивление и др.) смазочных веществ в

-7 -5 тонких граничных слоях (10 +10 M).

В частности, установление достоверных данных об электрических свойст-. вах жидкостей в граничных слоях имеет принципиальное значение при использовании различных электрических методов для определения толщины, несущей способности, сплошности граничных смазочных слоев; изучении закономерностей передачи электрического тока через смазанный электрический контакт; разработке новых смазок для электрических контактов; изученин физической сущности прсцессов эрозии при электроэрозионном способе обработки материалов.

Получаемые в настоящее время данные об электрических свойствах смазочных материалов в тонких слоях малодостоверны и противоречивы. Это обусловлено тем, что стандартное оборудование, используемое для определения электрических характеристик жидких диэлектриков в объеме, в данном случае не пригленимы из-за большой погрешности, возникающей при ".оздании и измерении микронных зазоровмежду испытательными эле*тродами.

Известно устройство, в котором в качестве одного из электродов использована концевая мерительная плита, .Укрепленная на рабочем столике вертикального оптиметра, а вторым электродом служит цилиндрик диаметром б мм, укрепленный на вертикальной оси оптиметра.

Измерение величины зазора между электродами осуществляется за.счет перемещения вертикального стержня, на один конец которого прикреплено отражательное зеркало, а другой конец опирается на перемещающийся электрод. Устройство позволяет производить измерения с точностью до

1 мкм (1).

Однако для ° известных устройств характерны следующие недостатки: при зазорах 10 +10 м практически

-б -7 невозможно избежать нарушения плос932379 о лс х и (" и+"4) .

ЙОЬ (2) Етох =.{+ ф ь Ь (2и . ),О+ и=о 6

60

65 копараллельности, приводящего к большим погрешностям при измерении величины зазора и даже возникновению местных контактов между электродами; б) для определения электрических характеристик нежелательно использование переменного напряжения, поскольку плоские электроды, разделенные тонким слоем жидкого диэлектрика, представляют собой плоский конденсатор, обладающий емкостным сопротивлением, способным исказить результаты измерений; в) узел относительного перемещения электродов в данных устройствах дает большую погрешность при установлении и регистрации величины зазора между электродами.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее установлен- 20 ные с зазором друг относительно друга плоский и выпуклый электроды и мехайизм относительного перемещения электродов. В данном устройстве выпуклый электрод выполнен в виде 25 шара. Фиксированный зазор между электродами создается путем переме- щения шарового электрода на две пластинки слюды, расположенные на плос" ком электроде, на некотором рассто- 30 янии друг от друга. Изменение величины зазора производится путем раздвига пластинок слюды. Применение шарового электрода позволяет избежать влияния несоосности электродов, прак-35 тически исключает появление емкостного сопротивления при использовании переменного напряжения (2).

Однако данное устройство обладает тем недостатком, что максимальная 40 напряженность поля на участке наибольшего сближения электродов должна быть рассчитана по выражению, которое получается из теоретического рассмотрения задачи о поле шара и плоскости

45 где U — потенциал шарового электрода;

R — его радиус,, A 2.(и+ ),а+SQ (2g+q)

+2- h 0

Ч = 1,{42;

>=A).ccrc (е ), где 1 — зазор между электродами.

В области малых 8 ряды для емкостных коэффициентов Ч { . и Ч .{ сходятся очень медленно и поэтому Е„„д можíо вычислить лишь приближенно. Кроме того, суцествуют особые точки, где расчет требует особых допущений. Таким образом, определение напряженности, а следовательно и удельного сопротивления среды в зазоре дпя описанной комбинации электродов, требует громоздких вычислений, которые в случае малых зазоров приходится проводить приближенно. .Цель изобретения -, повышение точности и определения измерений электрических характеристик смазочных материалов в тонких граничных слоях.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для определения электрических характеристик смазочных сред, включающем установленные с зазором друг относительно друга плоский и выпуклый электроды, соединенные с механизмом перемещения и.источником напряжения, выпуклый электрод имеет форму половины двухполос ного гиперболоида вращения, а электроды установлены с зазором, определяемым из соотношения

В

=О9- / 1

Д I / / где — расстояние между электродами, d — длина действительной полуоси гиперболоида.

При приложении напряжения U между гиперболоидом и плоскостью (фиг. 1) наименьшее расстояние между которыми равно действительной полуоси гиперболоида d, напряженность поля в любой точке зазора определяют из решения уравнений Лапласа для по-тенциала, например, 2-{)Ьй - (i)

Л.({з -k )ln(b+dlb-ä) где - — координата точки в зазоре;

b — мнимая полуось гиперболоида.

Максимальная напряженность поля, достигаемая на конце гиперболоида (X=d) Удельное сопротивление среды в зазоре между гиперболоидом и плоскостью может быть определено по ве,личине общего сопротивления промежутка R с использованием метода электростатической аналогии по известной емкости система гиперболоид-плоскость.

Гиперболическая форма электрода является единственной, при которой параметры поля в зазоре могут быть точно рассчитаны. При этом напряженность и потенциал в любой точке зазора определяются только одним параметром Х и могут, быть найдены аналитически из решения уравнения

Лапласа. В случае любой другой фор

932379

Для определения требуемой электрической характеристики подбираются необходимые параметры электрической цепи и соответствующий блок электри ческих измерений 9.

Предлагаемое устройство используют для измерения электрической прочности некоторых технических масел в микрослоях толщиной 2 мкм.

Берут стальной электрод в форме гиперболоида вращения с параметрами й= 2мкм, Ь=4мкм, плоские полированНЫЕ ОбраэцЫ (Гг11) ИЗ СЕрЕбра И МЕДИ.

Значения электрической прочности г.яР определены по величине напряжения пробоя, используя формулу (2). Оче- видно, что, применяя плоские электроды или комбинацию шар-плоскость, получить достоверные данные об электрической прочности в микронной области толщин невозможно.

В случае необходимости измерений электрических свойств смазочных сред в некотором диапазоне толщин удобно иметь набор электродов с действительной полуосью d, перекрывающей данный диапазон. Получение электродов в форме. гиперболоида возможно путем электрополирования, поскольку при данном способе обработки заостренных стержней последние естественным образцом приобретают форму гиперболоида.

Использование предлагаемого устройства позволяет повысить точность

55 мы выпуклого электрода поля не определяются одним параметром и их расчет возможен только сложными методами в приближенном виде.

Таким образом, использование данной комбинации электродов поз- 5 воляет производить точные измерения электрических характеристик среды при заданной толщине слоя путем выбора электрода с соответствующигли геометрическими параметра- 10 ми. Этот выбор облегчается. тем, что для заданного промежутка может быть выбран электрод с гиперболическии профилем в широком диапазоне длин мнимых полуосей b. При малых (микронных) зазорах этот диапазон ограничивается значениями

0,5d

Оптимальной.для расчета является установка межэлектродного промежутка 6, равного d. Однако расчетная оценка показывает, что при отклонении величины промежутка г, от значения действительной полуоси гиперболоида d íà < 0,1 d использование формул (1) и (2) вызывает погрешность не выше 5%. -В связи с этим возможно выбирать исходя иэ соотношения (/d=0,9-1,1.

Данная комбинация электродов позволяет также как и в случае шарплоскость исключить влияние несоос- Зэ ности на результаты измерений, поскольку изменение угла наклона иглы в пределах нескольких градусов не сказывается существенно на величине зазора и электрическом поле. между 40 электродами. Емкостное сопротивление системы пренебрежимо мало, поэтому для изглерения электрических характеристик возможно использование пеРеменных или импульсных напряжений. 45

Для точного и плавного перемещения электродов друг относительно друга и установления требуемого зазора рекомендуется использовать механизмы, действие которых основано на расширении твердых тел при нагревании. Регистрация величины зазора осу. ществляется с помощью индукционных или емкостных датчиков.

На фиг.l представлена система гиперболоид-плоскость; на фиг.2— схема устройства.

Устройство содержит плоский. полированный образец-электрод 1 со смазочной средой 2 и электрод 3 в форме гиперболоида вращения, установленную на расстоянии 6 =(0,9-1,1)d от образца. Электрод 3 крепится в коромысле 4 головки профилографа, связанной с индуктивным датчиком 5 и электронныгл блоком б профилографа, 65 используемых для регистрации величины зазора. Механизм относительного перемещения электродов включает узел

7 микрометронного движения, жестко связанный с ним металлический цилиндр

8 и стержень 9, прикрепленный к цилиндру. Электрод 3 и образец 1 включены в электрическую цепь источника регулируеиого напряжения. Для определения требуемой электрической характеристики используется соответствующий блок 10 электрических измерений.

Устройство работает следующим образом.

При неподвижном положении электрода 3 на образце 1 (показывающий прибор электронного блока б профилографа находится в нулевом положении).

Стержень 9 с помощью узла 7 подводится под коромыслом 4, после чего производится тонкая регулировка требуеглого зазора Р путем изменения линейных размеров цилиндра 8 за счет его нагревания, Регистрация величины зазора осуществляется с помощью электронного блока б профилографа.

При использовании стандартного записывающего прибора профилографа максимальная чувствительность системы при измерении зазора составляет

0,05 икм/см.

932379

Формула изобретения

ВНИИПИ Заказ 3773/63 Тираж 833 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 и достоверность измерения электрических характеристик смазочных

-7 сред в микрослоях толщиной до 10 м.

Предлагаемое устройство может быть использовано в любых областях науки и техники, где необходимо определение электрических характеристик жидких сред В .TOHKHx cJIORx

Устройство для определения электрической прочности и электропроводности смазочных сред, содержащее плоский и выпуклый электроды, установленные с зазором один относительно другого и соединенные с механизмом перемещения и источником напряжения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности определения, выпуклый электрод имеет форму половины двухполостного гиперболоида вращения, а электроды установлены с зазором, определяеьим из соотношения г- = 0,9-4,1 и где — расстояние между электродами;

d — длина действительной полуоси гиперболоида.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Елин > ° i Захаржевская В. Электрическое сопротивление пленок сма15 зочного масла "Машинное-2" и трансформаторного, 1949, Труды ОПИМФа, вып.8, с. 120.

2. С.Siripongse et a0 Thin fibrin ,Cubrication Engineering 1958, Мпд.

2р р. 146 (прототип) .