Индикатор контроля качества антистатических покрытий

 

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным злакам (21) 5020454/21 . (22) 03.01.92 (46).15.12.93 Бюл. Na 45 — 46 (71) Научно-производственное объединение "Аптай" (72) Раско СЛ. (73) Научно-производственное объединение "Аптай (54) ИНДИКАТОР КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА АНТИСТАТИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике, как одно из средств антистатической защиты и предназначено дпя контроля качества антистатических покрытий и пожаровзрывоопасных производствак Сущность изобретения: устройство . содержит генератор потенциалов, индикатор потенциалов и измерительный электрод индикатор (в) RU (» 200 (51) 5 G01R31 02 G01 R31 00 выполнен в виде конденсатора в прозрач )M диэлектрическом корпусе с обкладками, между которыми в диэгектрической жидкости размещена электропроводная частица, а генератор потенциалов выполнен в виде преобразователя силы, включающего силовводящий блок и пьезокерамический диск с металлизированными торцевыми поверхностями, одна из которых электрически соединена с обкладкой конденсатора, являющейся одновременной опорой силовводящего блока, кинематически связанного с упомянутым диском, а другая с измерительным полупроводящим эластичным электро— дом и противоположной обкладкой, шунтирующий элемент выполнен в виде подвижного металлического контакта и подключен к цепи заземления исследуемого покрытия через ограничительный резистор. 1 з.п, ф — пы,3 ил.

2004913

Изобретение относится к электроизмерительной технике как одно из средств антистатической защиты и предназначено для оперативного контроля качества антистатических покрытий и их заземления, В пожаровзрывоопасных производствах для отвода электростатических зарядов с технологического оборудования и с человека используют как средство отвода электростатических зарядов различные электропроводные покрытия (электропроводная резина, антистатическая краска, алкамон

ОС-2), которые должны быть заземлены. В процессе эксплуатации происходит или изменение электрических свойств (поверхностное удельное электрическое сопротивление, р, (Ом) их из-за старения и загрязнения или нарушения контакта с контуром заземления (отсутствие заземления), что ухудшает условия безопасности и недопустимо в помещениях с использованием пожароопасных веществ, Контроль качества электропроводности покрытий и нарушения заземления покрытий в отрасли является проблемой, т,к. простых и удобных в эксплуатации устройств для этих целей во взрыво. искробезопасном исполнении нет, а рекомендуемые "Правилами.„п, 4.2,5...

Прим.:3" мегаомметры громоздки, неудобны в эксплуатации и не имеют взрывозащищенного исполнения, Контроль электропроводности покрытий, настилов или поверхности оборудования относительно контура заземления осуществляется по определяемому с помощью различных устройств сопротивлению заземления или переходному сопротивлению данного образца.

Известны устройства для определения электропроводности покрытий и материалов по удельному электрическому сопротивлению этих образцов, Однако при определении электропроводности покрытий данными устройствами не учитывается сопротивление заземления данной поверхности, кроме того, определение сопротивления rio таким методам невозможно провести непосредственно в производственных условиях. Для определения сопротивления заземления электропроводных поверхностей в производственных условиях "Правила защиты от статического электричества", рекомендуется устройство состоящее из мегаоомметра и измерительного электрода. Мегаомметр представляет собой в общем виде источник напряжения (потенциалов) в виде генератора тока и измерительную систему (индикатор потенциа10

55 лов) в виде логометра. Данное устройство принимается за прототип, Данное устройство принимается за прототип.

Устройство работает следующим образом, Измерительный металлический электрод устанавливается на исследуемую поверхность, которая должна быть заземлена. По величине тока, протекающего по цепи электрода и напряжения на источнике находят переходное сопротивление по закону Ома, Переходное сопротивление заземления представляет собой суммарный эффект, и.е, сумму объемного и поверхностного сопротивлейия материала и сопротивление заземляющего проводника.

Недостатком данного устройства является неудобство в эксплуатации, громоздкость и сложность конструкции. Мегаомметр, например, M-4100 представляет собой громоздкую тяжелую конструкцию, имеющую генератор тока, проводимый во вращение рукой, логометр магнитоэлектрической системы.и элементы схемы. Кроме того, на практике принятия оперативных решений по замене,или дальнейшему использованию антистатических покрытий достаточно знать величину сопротивления покрытий OT носительно контура заземления, удовлетворяющую антистатическим свойствам. Такая величина вполне может удовлетворить требованиям покрытий, имеющих "хорошие" антистатические свойства, т,е. р = 10" Ом (см. О.Н, Шевердяев, Антистатические полимерные материалы. M., Химия. 1983., стр, 13). Правилами защиты от статического электричества )и. 4.2.5.) данная величина несколько занижена и составляетр 10

Ом. Таким образом, в производственных условиях нет смысла определять громоздкими приборами точную величину электросопротивления покрытий, а достаточно знать граничное значение сопротивления покрытия относительно "земли", т,е. р < Roon или ps Roon (Roon — допустимая величина сопротивления покрытий, регламентируемая инструкцией или правилами), В первом случае проверяют исправность цепи заземления покрытия или производят его замену, во втором случае продолжают эксплуатацию покрытия.

Целью настоящего изобретения является повышение удобства эксплуатации в производственных условиях и упрощение конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем генератор потенциалов, индикатор потенциалов и измерительный электрод, индикатор выполнен в

2004913" виде конденсатора в прозрачном диэлектрическом корпусе с обкладками, между которыми в диэлектрической жидкости размещена электропроводная сферическая частица, а генератор потенциалов выполнен в виде пьезоэлектрического преобразователя силы, включающего блок и пьезокерамический диск с металл изованными торцевыми поверхностями, одна из которых электрически соединена с обкладкой конденсатора, являющейся одновременно опорой силовводяшего блока, кинематически связанного с упомянутым диском, а другая — c измерительным полупроводящим эластичным электродом и противоположной обкладкой, причем устройство дополнительно снабжено шун ирующим элементом, выполненным в виде подвижного металлического контакта и подключенным к цепи зг"."..мления исследуемого покрытия через ограничительный резистор. Использование пьезоэлектрического преобразователя cur÷ в качестве генератора потенциалов и индикатора на базе конденсатора с частицей в качестве логометра, а так же их параллельное соединение значительно упрощает конструкцию устройства в целом, Соединение измерительного полупроводя щего эластичного электрода непосредственно с обкладкой конденсатора и с металлизированной торцевой поверхностью пьезокерамического диска, исключает наличие соединительных проводов и позволяет выполнить устройство компактным. Введение в устройство подвижного металлического контакта позволяет быстро определить значение сопротивления исследуемого покрытия по наличию (или отсутствию) колебания частиц.

Простота конструкции и удобство в эксплуатации позволяет оперативно определить исправность исследуемого покрытия в производственных условиях. В ышеперечисленным достоинствам в совокупности достигается поставленная цель — повышение удобства эксплуатации в производственных условиях и упрощение конструкции, Новизна предлагаемой конструкции по сравнению с прототипом заключается в специальной компоновке элементов устройства (параллельное соединение генератора и индикатора потенциалов и последовательное соединение полученного элемента с последовательно соединенным электродом, исследуемым покрытием, ограничительным резистором, шунтирующим элементом) и в использовании эффекта шунтирования конденсатора с частицей суммарным сопротивлением: сопротивление исследуемого покрытия и сопротивления ограничительного резистора. В результате этого, определя20

50 етс неисправность цепи заземления или неисправность самого покрытия, Данный эффект осуществляется с помощью подвижного металлического контакта, подключенного к цепи заземления через ограничительный резистор, что является существенным отличительным поизнаком от прототипа и подсобных устройств для определения сопротивления заземления, Подключение контакта через ограничительный резистор озволяет настраивать устройство на заданное значение индикации сопротивления покрытия подбором величины ограничительного резистора, На фиг,1 представлена конструкция устройства; ча фиг,2 — эквивалентная электрическая схема, поясняющая принцип,"зботы.

Индикатор контроля качества антистатических покрытий содержит заполненный диэлектрической жидкостью прозрачный диэлектрический корпус 1, в котором расположен конденсатор с обкладками 2,3 и токопроводной частицей 4, металлическую крышку 5, диэлектрическую ручку 6, нижнее основание 7 корпуса 1, выполненное из капролактама, пьезокерамический диск

8, силовводящий блок, эластичный полупроводящий электрод 9 и шунтирующий элеСиловводящий 5/loK сосТоМТ М3 опорного металлического диска 10, рычажного коромысла 11, упорных роликов 12, ограничительного 13 и шарнирного 14 роликов. Шунтирующий элемент представляет собой металлический подвижный контакт в виде штока 15, соединяющего металлическую шайбу 16 с диском 10. Возвратно-поступательное движение контакта осуществляется с помощью диэлектрической кнопки 17 и пружины 18, Связь металлического контакта с "землей" через ограничительный резистор 19 осуществляется эа счет проводников 20, 21 соединяющихся болтом 22, После настройки конденсатора подвижной обкладкой 2 на заданное значение механического усилия, остаточная часть отверстия крышки 5 заливается эпоксидным компаундом 23. Нижнее основание 7, корпус 1, крышка 5 и ручка 6 соединены между собой с помощью резьбы.

Электрическая связь верхней обкладки

2 конденсатора с торцевой поверхностью пьезокерамического диска 8 осуществляется проводником 24 через цепь: коромысло

11 — упорные ролики 12 — опорный диск 10.

Электрод 9 закреплен в отверстии основания коромысла 11 и удерживается эа счет упругих свойств. Резистор 19 подсоединяется к контуру заземления с помощью зажима типа "крокодил".

2004913

Устройство работает следующим образом, Устройство устанавливается вертикально электродом 9 на поверхность исследуемого покрытия 25 и с небольшим усилием рукой надавливается на ручку 6 до появления автоколебания частицы 4, после чего, указательным пальцем нажимается кнопка 17 до упора штока 15 и диск 10, При продолжении автоколебания частицы, исследуемое покрытие считается "неудовлетворительным", т,е.

Rn > одоп, где Rn — сопротивление исследуемого покрытия, Ом;

Roon — допустимое сопротивление покрытия, Ом (в соответствии с "Правилами защиты от статического электричества" и, 4,2,5. одоп = 10 Ом). В этом случае необхо7 димо принимать меры по устранению неисправности покрытия или заземления, При прекращении автоколебаний частицы после нажатия кнопки 17 исследуемое покрытие считается "удовлетворительным", т.е, Rn — одоп (2)

Колебания частицы в зазоре конденсатора осуществляются вследствие появления разности потенциалов на обкладках за счет действия прямого пьезоэлектрического эффекта, осуществляемого ручкой 6 под воздействием механического усилия коромыслам

11 относительно "земли". При этом, пьезокерамический диск 8 будет подвергаться механическим напряжениям между нижней обкладкой конденсатора, являющейся опорой пьезокерамического диска и опорного диска 10, на который оказывают усилие подвижные ролики 12, закрепленные в пазах

0-образного рычажного коромысла 11.

Эффект шунтирования подвижным контактом S конденсатора С поясняется эквивалентной электрической схемой (см. фиг.2), Ранее, при отработке разрядных устройств на базе автоколебания частиц в зазоре конденсатора были выявлены зависимости 0 (кВ) = F (f, Гц), Поскольку в предлагаемом устройстве в качестве источника высокого напряжения является пьезокерамический диск, то частота колебания частицы f (Гц) будет зависеть также и от давления нагрузки на пьезокерамический диск, р (МПа) т.е.

1(Гц) - F(p, МПа) = F(0, kB), (3)

При экспериментальном снятии данных зависимостей выяснилось, что параллельашер = Rn+ R огр + Rg (4) R orp =- шср - (Rn + Rs). (5) Таким образом, при замыкании переключением S контактов (см. фиг.2) парал45 лельно конденсатору, подключается последовательно соединенная цепь ñîïðîтивлений Rorp+ Rn+ Re и при значении Rn, отличающегося от значения 10 Ом по колебаниям частицы (или отсутствии колеба50 ний), можно судить об исправности цепи Rn — "земля" и при необходимости принять оперативные меры по устранению неисправности. Вышеизложенный способ индикации злектропроводности покрытий

55 осуществляется за счет введения в устройство шунтирующего элемента, выполненного виде подвижного металлического контакта и подключенного к цепи заземления исследуемого покрытия через ограничительный резистор Rorp.

40 ным подключением к обкладкам конденсатора шунтирующего сопротивления RrU (Ом) максимальный потенциал на обкладках конденсатора U» (»В) при р (МПа) - const уменьшается с уменьшением шунтирующего сопротивления (см. фиг.3) т.е. существует зависимость О» (кВ) = F (Вш) и при

R < 10 -10 Ом потенциал на конденсаторе не превышает порогового значения Unop (кВ), В этом случае частица прекращает колебательное движение. Причем существует определенный (узкий) диапазон R (Ом) при меньшем значении которого частица не срабатывает (Unop < Unopmin), а при большом значении (0пор > Unopm)n) устойчиво работает. Среднее значение этого диапазона исходя из эквивалентной схемы будет равно где R> — электрическое сопротивление измерительного электрода 9;

Rn — сопротивление исследуемого покрытия 25;

Rorp — сопротивление ограничительного резистора, Электрод изготавливается иэ резиновой композиции BP-40-1 сопротивление которой составляет от 10 до 10 Ом в зависимости ат содержания композиции (сажи) и является известной величиной. Величина Rn в соответствии с "Правилами..„,п.4.2,5" задается равной Rn = 10 Ом.

Величина сопротивления шунта как элемента порогового значения при заданной нагрузке р (MIla) находится экспериментально по снятой зависимости U» - F (R ) (см, фиг,3) тогда в соответствии со схемой (си. фиг,2) и условием (4) получим величину, необходимую для значения резистора:

2004913

Опытный образец испытан в лабораторных условиях, прост по конструкции и в обращении. По сравнению с существующими аналогами, например, мегаомметр М-4100 используемым для аналогичных целей, 5 предложенный индикатор малогабаритен и может обслуживаться персоналом, не имеющим допуск к электроустановкам. Искробезопасность устройства обеспечивается разрядными процессами, проходящими внут- 10 ри корпуса и использованием полупроводящего электрода, Кроме повышения условий техники безопасности, усматривается экономическая эффективность эа счет низкой

Формула изобретения

1. ИНДИКАТОР КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА

АНТИСТАТИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ, содержащий генератор потенциалов, индикатор 20 потенциалов и измерительный электрод, отличающийся тем, что индикатор выполнен в виде конденсатора в прозрачном.диэлектрическом корпусе с обкладками, между которыми в диэлектрической жидко- 25, сти размещена электропроводная частица, а генератор потенциалов выполнен в виде, преобразователя силы, включающего силовводящий блок и пьезокерамический диск с металлизированными торцевыми З0 поверхностями, одна иэ которых электрисебестоимости по сравнени о с дорогостоящей аппаратурой для измерения сопротивления и за счет значительного уменьшения времени обслуживания.

Предлагаемое техническое решение как одно из средств обеспечения электростатической безопасности найдет широкий спрос в пожаровзрывоопасных производствах химической, машиностроительной и других отраслях народного хозяйства.

Ю (56) Шилонов M.À., Ларин В.М. Электролаборатория и ремонт приборов, М.: "Машиностроение", 1989 г., с. 309, рис, 146. чески соединена с обкладкой конденсатора, являющейся одновременно опорой силовводящего блока, кинематически связанного с упомянутым диском, а другая - с измерительным полупроводящим эластичным электродом и противоположной обкладкой, при этом индикатор снабжен шунти рующим элементом.

2. Индикатор по п.1, отличающийся тем, что шунтирующий элемент выполнен в виде подвижного металлического контакта и подключен к цепи заземления исследуемого покрытия через ограничительный резистор.

2004913

)p МПц

Фиг t

Фба

Составитель С. Раско

Техред М,Моргентал

Редактор Н. Семенова

Корректор С. Лисина

Заказ 3396

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул,Гагарина, 101