Устройство для измерения электризации диэлектриков в вакууме и в газах
Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначается для измерения контактной электризации диэлектриков в условиях вакуума и газов. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства при повышении точности измерения. Устройство содержит стержень 1, корпус 3, кривошипный механизм 4, шатун 5 и шарниры 6, 7, электрод 17, цилиндр Фарадея 29, электрометр 31, исследуемый пб,зз1 э магнитное реле 36 и ч-и мент 37. Введение в т г цилиндрической напрэьлякнщ и с пружиной 9, поршня 10, мз( нитнпго п ,v t теля 11. кнопочного еключзтеяр 12 1оы,г вого выключателя 13, ил ока 14, продилыч, выреза 15 в стенке стержня 1, консольнсч выступа 16, высокоомного изолятора .8 си штоком 19, стакана 20, пружины 21, заглушки 22, электромагнитного сточсо 23 с рабо чим подвижным элементом 24 причины 25, электромагнита 26, программного электронного реле27 времени, многоконтактного реле 28. жесткой линии 30, изоляторе 2 экрана 33 со съемной крышкой 34, отвер стия 38 в цилиндре Фарадея 29. исполнительного реле 39 и программного реле 40 времени позволяет строго контролировать и унифицировать процесс испытания образцов при реализации произвольного варианта программы функционирования устройства. 2 ил. №
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ.ГКНТ СССР. ° сад .,1 цд:1йп „,;«rim) . V F6A ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТВУ i Qp» фь (4 о, (Ql 2 «4. I 1 у | I ! I J (21) 4468504/21 (22) 29.07.88 (46) 07.05.91, Бюл, N 17 (71) Институт физики АН ЛитССР (72) B.Ï,Ìàòóoëèñ (53) 621.317.318 {088.8) (56) Авторское свидетельство СССР N 1145306, кл: G 01 R 29/24, 1983. Авторское свидетельство СССР М 1366972, кл. G 01 R 29/24, 1988. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЗАЦИИ ДИЭЛЕКТРИКОВ В ВАКУУМЕ И В ГАЗАХ (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначается для измерения контактной электризации диэлектриков в условиях вакуума и газов. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства при повышении точности измерения. Устройство содержит стержень 1, корпус 3, кривошипный механизм 4, шатун 5 и шарниры 6, 7, электрод 17, цилиндр Фарадея 29, электро Ы, 1647465 А1 метр 31, исследуемый образ : э;: .. магнитное реле 36 и испл; ь;:::ы,: мент 37, Введение в у .; цилиндрической направляю«ц :й 2.. с пружиной 9, поршня 10, магнитного!! „:. „ теля 11, кнопочного включателя 12, . о,.;е вого выключателя 13, штока 14, продольн ".. выреза 15 в стенке стержня 1, консольно. выступа 16, высокоомного изолятора !8 со штоком 19, стакана 20, пружины 21, заглушки 22, электромагнитного сто - pa 23 с рабе чим подвижным элементом 24. пру .ины 25, электромагнита 26, программного электронного реле 27. времени, многоконта ктного реле 28. жесткой линии 30, изоля«орв:2. экрана 33 со сьемной крышкой 34, отвег стия 38 в цилиндре Фарадея 29, исполнительного реле 39 и программного реле 40 времени позволяет строго контролировать и унифицировать процесс испытания образцов при реализации произвольного варианта программы функционирования устройства. 2 ил. 1647465 вырез 15 в виде узкой щели, в которую вае- 45 ден свободным концом примерно на 2/3 внутреннего диаметра стержня 1 консольный выступ 16, неподвижно закрепленный на корпусе направляющей 2. Во внутренней части стержня 1 установлен автономный узел — ускоритель отрыва, в группу элементов которого входят шарообразный электрод 17, сопряженный через высокоомный изолятор 18 со штоком 19, который жестко прикреплен к днищу стакана 20., расположенного во внутренней части стержня 1. Во внутренней части стакана 20 размещена пружина 21, верхняя часть которой упирается в днище стакана 20 (с внутренней стороны), а нижняя — в заглушку 22, Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначается для измерения контактной электризации диэлектриков в условиях вакуума и газов, Целью изобретения является повышение точности измерения и расширение функциональных возможностей устройства. На фиг. 1 и 2 схематически показано устройство. Устройство состоит из пустотелого стержня 1, длина которого значительно превышает его диаметр. Стержень 1 с возможностью возвратно-поступательного движения установлен в цилиндрической направляющей 2, которая неподвижно прикреплена к корпусу 3 устройства, Стержень 1 соединен с кривошипным механизмом 4 посредством сложного шатуна 5 и шарниров 6 и 7. Сложный шатун 5 снабжен прижимным динамометрическим узлом, включающим цилиндрический, суженный в нижней части стакан 8 с пружиной 9, который жестко прикреплен в верхней части сложного шатуна 5, и поршень 10, который с помощью резьбового соединения сопряжен с нижней частью шатуна 5, при этом поршень 10 нижней своей частью свободно входит во внутреннюю часть стакана 8, а верхней прилегает к его стенкам, образуя поверхность скольжения. Кривошипный механизм 4 имеет привод от электродвигателя (не показан) и оснащен магнитным пускателем 11 и кнопочным включателем 12 "впуск", который вы несен за пределы герметизи рующего пространства. Магнитный. пускатель 11 электрически соединен с концевым выключателем 13 "Стоп", установленным на корпусе 3 устройства, при этом его орган управления —. шток 14 фиксирует положение "Включено", когда стержень 1 находится в нижней мертвой точке. Стенка стержня 1 имеет продольный 40 которая в центральной части имеет отверстия и прикреплена в стержне 1 с помощью резьбового соединения, В зоне расположения стакана 20 и с наружной стороны стержня 1 установлен электромагнитный стопор 23, рабочий подвижный элемент 24 которого через отверстия в стенке стержня под действием пружины 25 упирается в цилиндрическую часть стакана 20. Управляющий действием стопора 23 электромагнит 26 (электромагнит 26 и стопор 23 в целом составляют прямоходовое электромагнитное тяговое реле, элементы которого разнесены в пространстве неподвижно) закреплен на корпусе 3 устройства, причем на такой высоте по параллельной вертикальной оси, чтобы оси элемента 24 и электромагнита 26 совпали, когда стержень 1 находится в нижней мертвой точке (фиг. 1). Электромагнит 26 электрически соединен с выходом программного электронного реле 27 времени, пусковой момент которого (фиксация времени начала экспозиции, т.е. контактирования электрода 17 с образцом 35) синхронизирован с моментом срабатывания концевого выключателя 13 и привода в действие электродвигателя (точнее, срабатыванием магнитного пускателя 11). Выход реле 27 времени оснащен коммутационным многоконтактным реле 28, Особенностью реле 28 является то, что оно функционирует в импульсном режиме, т.е, когда на его входные зажимы поступает пусковой управляющий сигнал от выхода реле 27 времени, то исполнительное реле срабатывает на время 2-3 с, Напротив нижней части стержня 1 на корпусе устройства установлен: цилиндр Фарадея 29, который электрически подсоединен с помощью жесткой линии 30 к электрометру 31. Цилиндр Фарадея 29 закреплен посредством изолятора 32 к нижней части экрана 33, который снабжен съемной крышкой 34. Исследуемый образец 35 крепится концентрически на дне цилиндра Фарадея 29 (крепление не показано). Минимальное расстояние от внутренней плоской части цилиндра Фарадея 29 до рабочей нижней части электрода 17 (нижняя ее точка) определяется при уложенном образце 35. При этом стержень 1 находится в нижней мертвой точке, шток 19 максимально выдвинут из внутренней части стержня 1 (пружина 21 максимально сжата), а нижняя точка электрода 17 только соприкасается с поверхностью образца 35. В этих условиях пружина 9 прижимного узла сжата минимально, т.е. поршень 10 во внутренней части стакана 8 находится в крайнем нижнем положении, что достигается регулировани1647465 ем положения поршня 10 на теле нижней части шатуна 5 с помощью резьбового соединения, На внешней стороне цилиндрической стенки крышки 34 наружного экрана цилиндра Фарадея 29 закреплено электромагнитное реле 36 с выдвижным контактом, Исполнительный элемент 37 электромагнитного реле 36 расположен на уровне горизонтальной центральной оси электрода 17, когда он находится в нижней мертвой точке (фиг. 2в). Исполнительный элемент электромагнитного реле 36 расположен концентрически по отношению к отверстию 38, выполненном в цилиндрической стенке цилиндра Фарадея 29, Входные зажимы электромагнитного реле 36 подсоединены к исполнительному реле 39 (реле задержки), которое управляется программным реле 40 времени, пусковой момент времени отсчета которого синхронизирован с моментом срабатывания концевого выключателя 13 и моментом привода в действие электродвигателя, точнее срабатыванием магнитного пускателя 11. Особенностью исполнительного реле 39 является то, что оно функционирует в импульсном режиме, т,е. когда на его входные зажимы от реле 40 времени поступает пусковой управляющий сигнал, исполнительное реле 39 остается в рабочем состоянии на более длительное время, определяемое длительностью в несколько секунд, т.е, работает с задержкой, Устройство работает следующим образом. B исходном положении (фиг. 2а) стержень 1 находится в нижней мертвой точке, нижняя точка электрода 17 — на наибольшем расстоянии от поверхности образца 35, так как поддействием пружины 21 шток 19 максимально увлечен во внутреннюю часть стержня 1, при этом рабочая часть подвижного элемента 24 только упирается в наружную цилиндрическую часть стакана 20, при этом не фиксирует его пространственное положение, При нажатии длительностью 1-2 с кнопочного выключателя 12 "Пуск" (фиг, 1), который находится вне вакуумного или газонаполненного замкнутого пространства, срабатывает магнитный пускатель 11, начинает работать электродвигатель (не показан) и кривошатун ная па ра (кри воши и 4, шатун 5) приводится в действие (начинает вращаться по часовой стрелке). Длительность нажатия включателя 12 на время 1-2 с определяется инерционностью механической системы, приводящей стержень 1 в возвратно-поступательное 55 движение. В указанный промежуток времени срабатывает концевой выключатель 13 (фиг. 2б), так как его орган управления— шток 14 сдвигается по стрелке N < В результате контакты концевого выключателя 13 замыкаются, В условиях, определяющих движение стержня 1 (фиг. 2б) вверх по стрелке М1, верхняя плоская часть стакана 20 достигает уровня расположения консольного выступа 16, жестко закрепленного на корпусе устройства, пружина 21 начинает сжиматься и шток 19, а следовательно, и электрод 17 выдвигаются наружу. Когда стержень 1 находится вблизи верхней мертвой точки (фиг. 2б), а верхняя часть стакана спускается ниже уровня горизонтальной части элемента 24 электромагнитного стопора 23, пространственное положение стакана 20 фиксируется под действием пружины 25 (фиг. 1). При дальнейшем вращении кривошипа 4 (фиг. 2в) в момент времени, когда стержень 1 находится вблизи от нижней мертвой точки, рабочая поверхность электрода 17 приводится в соприкосновение с поверхностью исследуемого образца 35, При достижении стержнем 1 нижней мертвой точки (фиг. 2г) сила сжатия пружины 9 прижимного динамометрического узла (фиг. 1) определяет величину рабочего давления в месте соприкосновения поверхностей электрода 17 и образца 35. Величина этого давления предварительно устанавливается подбором упругости пружины 9. В момент времени, когда стержень 1 находится в нижней мертвой точке (фиг. 2г), срабатывает концевой выключатель 13 "Стоп" (его контакты размыкаются), т.е. его орган управления — шток 14 передвигается по стрелке Nz, так как его перемещению не препятствует борт цилиндрической части стержня 1. Следовательно, магнитный nycKBT8Jlb 11 обесточивается и электродвигатель, приводящий систему в движение, останавливается. В это же время из блока магнитного пускателя (фиг. 1) на входные зажимы программного реле 27 времени и реле 40 поступают пусковые электрические сигналы, в результате чего реле 27 и 40 времени приводятся в исходные состояния отсчета времени, Длительность экспонирования обоих программных реле времени предварительно устанавливается по шкале отсчета реле времени с таким расчетом, чтобы исполнительное реле 39, приводящее в действие электромагнитное реле 36, управляемое реле 40 времени сработали раньше (конец экспонирования), чем реле 27 времени, 1647465 30 40 Особенность реле 39, заключается в том, что оно функционирует в режиме задержки, т.е. к1 гда на его .-ходные зажимы (от реле 40 . ремени) поступает пусковой управляющий сигнал, то исполнительное реле 39 срабатывает на время, исчисляемое несколькими секундами, Например, если время контактирования электрода 17 с образцом 35 устанавливается с помощью программного реле 27 времени (время экспонирования) на время 3 мин, то вь::держка реле 40 времени устанавливается на 2 мин 30 с. В этот промежуток времени входит и время функционирования и реле 39 (время задержки), Таким образом, вследствие последовалы-:Ости указанных коммутаций свобод -:ый конец исполнительного элемента 37, управляемыЙ электромагн IToM реле 36, дос гигает тела элект зода 1 и контактирует с :-.им в ечени;-:, нескольких секунд (рекомендуется 5 c), что достаточно для перераспределения электрического заряда в области дзойного электрического слоя (в контактной паре металл — диэлектрик), а также перерасГ1ределения электрического заряда в токопроводящих частях в целом, По истечении времени экспонирования (врем" выдержки программного реле 27), т.е, когда срабатывает и многоконтактное исполнительное реле 28, установленное на выходе реле 27 времени, в системе происходят два процесса. При первом процессе на вход электромагнитного реле 26 подается силовой управляющий импульс (длительность 1-2 с), в результате чего стопор 23 приводится в действие (его рабочий элемент 24 передвигается по стрелке М2 (фиг. 2д). В результате пространственное положение стакана 20 во внутренней части стержня 1 перестает быть фиксированным и он под действием пружины 21 мгновенно устремляется вверх, увлекая за собой шток 19, а следовательно, и электрод 17, В результате почти мгновенно завершается акт отрыва рабочей поверхности электрода 17 от поверхности образца 35, Прижимной узел (группа элементов 8— 10) при этом принимает свое исходное положение (фиг. 2д). В результате двойной электрический слой в области контакта электрод 17 — образец 35 разрушается, а так как электрод 17 выводится из цилиндра Фарадея 29 (совершается работа перемещения), то его зеркальный заряд — противополо>кного знака и регистрируется самописцем электрометра 31. При втором процессе во время действия рабочего цикла электромагнитного реле 26 нормально разомкнутые контакты "Пуск" замыкаются, что тождественно непосредственному приводу в действие устройства ручным способом, Это происходит вследствие срабатывания многоконтактного исполнительного реле 28 при использовании его автономной нормально разомкнутой контактной пары (не показана). Вследствие завершения указанных коммутаций вторично срабатывает магнитный пускатель 11, исполнительный электродвигатель приводится во вращение и стержень 1 начинает двигаться в направлении к верхней мертвой точке (фиг. 2е), а в дальнейшем возвращается в исходное состояние (фиг, 2а). Последующим нажатием кнопочного включателя 12 "Пуск" возможно необходимое число раз повторить акт отрыва рабочей поверхности электрода 17 от поверхности образца 35, Эта операция может быть автоматизирована путем введения программного устройства, управляющего действием кнопки 12 "Пуск". П реимущество и редл ага ем о го устройства по сравнению с известным заключается в расширении функциональных возможностей при одновременном повышении точности измерений. Это достигается путем реализации асимметричной временной программы испытания образцов. Прежде всего создается возможность выбора длительности экспонирования, т,е. времени контактирования измерительного электрода с образцом. Создается возможность медленного Опускания измерительного электрода на поверхность образца, что позволяет избежать резких сдвигов и толчков (ударов), а следовательно, исключить риск его разрушения, Быстрый, почти мгновенный отрыв измерительного электрода от поверхности l образца прежде всего фактически исключает протекание процесса нейтрализации электрического заряда в поверхностной области соприкосновения двух фаз вещества, Особенно это касается испытания образцов с ворсистой структурой. Применение устройства позволяет также согласовать длительность экспонирования с моментом и длительностью отвода электрического заряда на землю перед совершением акта отрыва. Таким образом, возникает возможность строго контролировать и унифицировать процесс испытания образцов при реализации произвольного варианта программы функционирования устройства, Формула изобретения Устройство для измерения электризации диэлектоиков в вакууме и в газах, содер1647465 10 жащее установленный на основании корпуса устройства держатель исследуемого образца в виде экранированного цилиндра Фарадея, электрически соединенного с электрометром, возбуждающий статическое электричество, электрод, расположенный над . образцом на стержне, сопряженном с механическим приводом возвратно-поступательного движения, а также блок коммутации, первый вывод которого через реле времени соединен с электромеханическим исполнительным механизмом, рабочий элемент которого в виде контактного стержня заземлен и прикасается к возбуждающему электроду в его крайнем нижнем положении, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей устройства, оно дополнительно содержит установленный внутри полого стержня ускоритель отрыва, активный элемент которого с одной стороны с помощью штока через изолятор соединен с возбуждающим электродом, а с другой — c помощью пружины сопряжен с основанием стержня через отверстие, в котором прохо5 дит шток, при этом напротив верхней части активного элемента ускорителя отрыва по направлению расположения его вертикальной оси к корпусу устройства неподвижно прикреплен консольный выступ, который 10 своим незакрепленным концом входит через паз во внутреннюю часть полого стержня, на теле полого стержня установлен электромеханический стопор для фиксации через отверстие в нем активного элемента 15 ускорителя отрыва в нижнем положени. электромагнит электромеханического с,:: пора подключен к блоку комму ::..;,: программное реле времени.,а; —.д ер нг, . возбуждающего электрода, обр.";.ц=, 20 исследуемому образцу, име: форму, 1647465 Составитель В. Куча Техред М.Моргентал Редактор И. Шулла Корректор А.Галицкая Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 Заказ 1396 Тираж 426 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР .113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5
