Способ неразрушающего контроля объемного электрического заряда в диэлектрических материалах

 

Союз Советских

Соцмалмстмческмх

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ()976507 (61) Дополнительное к авт. свнд-ву (22)Заивлено 08,05.81 (21) 3287531/18 21 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 23.11.82. Бюллетень М 43 (Я)М. Кд.

Н 05Г 2/00

Гоеударетеенный камитет

СССР до делам наабретений и открытий (53) УД5 621.319. .74 (088.8 }

Дата опубликования описания 23.11.82 (72) Авторы изобретения

А. Г. Розно и В. В. Громов (71) Заявитель

Ордена Трудового Красного Знамени инстит химии АН СССР (54) СПОСОБ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ОБЪЕМНОГО

ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЗАРЯДА В ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

МАТ EP ИАЛАХ

Изобретение относится к технике измерения электрического заряда в диэлек трических материалах и может быть использовано в электротехнической и радиоэлектронной промышленности, а также в научно-исследовательских и заводских лабораториях для неразрушаюшего контроля внутренних электростатических зарядов в диэлектриках и разработку способов борьбы с вредными их проявлениями.

Известен способ неразрущаюшего контроля объемного заряда, основанный на измерении распределения поля или потенциала в объеме материала и последующем вычислении распределения заряда по формуле электростатики $ 1 )

Однако при этом необходимо знание параметров диэлектрика, в частности диэлектрической проницаемости, которые должны измеряться дополнительно. Это затрудняет контроль распределения заря да и снижает его точность.

Наиболее близким к предложенному является способ неразрушающего контроля объемного электрического заряда в диэлектрических материалах путем приложения к электродам, наложенным на исследуемый материал, сигнала возбуждения и измерения выходного сигнала, характеризующего реакцию материала на указанное возбуждение (2) .

Однако и этот способ не обеспечивает высокой точности контроля, так как для его реализации также необходимо знать диэлектрические свойства исследуемого материала, измерить которые не всегда удается, а задание их по аналогии дает значительные ошибки в опреде15 ленни заряда

Uenb изобретения - повышение точности контроля.

Эта цель достигается тем, что согласно но способу неразрушаюшего контроля объемного электрического заряда в диэлектрических материалах путем приложения к электродам, наложенным на исследуемый материал, сигнала возбуждения

9 16507

3 и измерения выходного сигнала, характеризующего реакцию материала на указанное возбуждение, используют в качестве сигнала возбуждения импульс напряжения между электродами, создающий в области исследования напряженность поля 10 -.10 — длительностью

3 6 В

10 - 10 с,а в качестве выходного сигнала — величину отклонений участков поверхности исследуемого материала от 1o невозмушенного состояния в различные моменты времени.

На фиг. 1 показано изменение во времени сигнала датчика продольных волн; на фиг. 2 — изменение во времени сигна- 1s ла датчика поперечных волн в кристалле

Li F при воздействии на него импульсом электрического поля.

Способ основан на том, что воздействие импульса электрического поля приводит к возникновению в объеме материала механического импульса, величина и распределение которого однозначно соответствует величине и распределению объемного заряда в образце. В результате этого в материале формируется бегущая волна деформации, а на поверхности возникает механическое смешение, величина и измерение во времени которого описывают распределение заряда в объеме материала. Смещение на поверхности объекта контроля может быть преобразовано в электрический сигнал при помощи пьезодатчиков, размещенных на по35 верхности образца. Регистрацию электрического сигнала можно производить, например, осциллографически, Чуствительность данного способа определяется величиной и длительностью прилагаемого импульса внешнего поля; пространственное разрешение определяется длительностью импульса. Таким образом, минимальная длительность импульса 10 с определяется необходимостью достаточной чувствительности, а максимальная - 10 с - требованием

-Ь достаточного пространственного разрешения для практически интересных размеров образцов (до 2,5-10 2 м) различ- о ных материалов. Максимальная величина внешнего поля определяется напряжением пробоя для диэлектриков и не превышает

10 B/ì; минимальная - 10 В/м8 3 должна быть достаточна для определения распределения заряда в образцах большого размера с необходимым разрешением.

Пример 1. Измеряют объемный электрический заряд в образце алюмоиттриевого граната в виде пластины толшиной 10 ч м. Необходимое пространственное разрешение составляет 10 м.

Амплитуда импульса внешнего электрического поля 10 В/м. При скорости

8 звука в материале 10 м/с длительность

4 импульса внешнего поля определяется пространственным разрешением и равна

10 с. B качестве датчиков деформации используется кристалл Li +< .. При этих условиях получена чувствительность измерения, равная 10 3 Кл/м . з

П р и м е,р 2. Образец полиметакри-2

;лата имеет толщину 2,5 10 м. Пространственное разрешение принимается равным 0,25.10"2 м. При данном пространственном разрешении необходимая длительность импульса составляет 10 с.

При использовании в качестве датчика кристалла „1 ЙЬО для получения чувствительности 10 3 Кл/м требуется ам3 плитуда импульса внешнего электрического поля, равная 10 В/м.

Особенностью данного способа явля ется то, что при подаче импульса возбуждения в образце генерируются как ,продольные, так и поперечные волны деформации. Следовательно, для их регистрации можно использовать датчики деформации растяжения-сжатия и датчики деформации сдвига. Таким образом, можно одновременно регистрировать распределение электрического заряда вдоль различных направлений в образце.

Пример 3. Кристалл LiF заряжен пучком электронов с энергией 1 МэВ.

Для создания внешнего импульса электрического поля используют генератор с длительностью импульса 3 ° 10 с и амплитуда 10 В, при этом создается

4 напряженность электрического поля

-10 В/м. Для измерения акустического сигнала датчик продольной волны размещается на той же поверхности, что и один из электродов возбуждения, датчик поперечной волны — на поверхности нормальной к плоскости электрода. В качестве датчика продольной волны используется кристалл Li hlb03(2 срез), датчика поперечной волны — L i f45 0 3(X срез). Скорость продольных волн в материале составляет 8 10 м/с (фиг. 1), 3 поперечных — 6-10 м/с (фиг. 2). Be3 личина сигнала датчика, равная 10 В, соответствует величине плотности объемного заряда, равной 10 Кл/м .

5 97 достоверность результатов, получен- ных данным способом, проверялась методами акустического зонда и термичес4ким. Все измерения для идентичных образцов дали сходные результаты. Ha6людавшиеся незначительные расхождения можно отнести за счет возможной неоднородности диэлектрических свойств материалов, оказывающих влияние при использовании способов акустического зонда.и термического.

Таким образом, преимушество данноro способа по сравнению с известными состоит в возможности прямого измерения объемного электрического заряда и снижении влияния свойств материала на результат измерений, что повышает точность контроля.

Формула изобретения

Способ неразрушающего контроля объ емного электрического заряда.в диэлектрических материалах путем приложения

6507 6 к электродам наложенным на исследуемый материал, сигнал возбуждения и и;эмерения выходного сигнала, характеризуюшего реакцию материала на указанное возбуждение, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения точности контроля за счет снижения влияния свойств материала на результат изме рений, используют в качестве сигнала

36 возбуждения импульс напряжения между упомянутыми электродами, создающий в области исследования напряженность поля 10 +10 -у длительностью 10 + Э 88 -9

10 Ь с, а в качестве выходного сигна1$ ла — величину отклонений участков поверхности исследуемого материала от невозмушенного состояния в различные моменты времени.

Источники инфбрмации, щ принятые во внимание при экспертизе

1. "Известия ВУЗов. Физика», 1974, № 11, с. 99.

2. Авторское свидетельство СССР но заявке № 2877401/18-21, 2$ кл. С 01 P 29/24, 1980 (прототип).

976507 Ъг.2

Составитель В. Ким

Редактор .С. Патуршева Техред М.Коштура

Корректор О. Билак

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 9016/79 Тираж 862 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

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