Устройство для фиксации момента проникновения химически агрессивных сред через полимеры Советский патент 1984 года по МПК G01N15/08 

Изобретение относится к технике измерения неэлектрических величин электрическими методами, и предназначено для определения стойкости полимерных материалов к воздейстВИЮ агрессивных сред в жидкой или паровой фазе. Известно устройство для исследования защитных свойств лакокрасочных покрытий, состоящее из измерительного конденсатора и схемы измере ния, причем одной пластиной измерительного конденсатора является металлическая подложка, другой электролиту к которому подведен 1 электрод сравнения, а диэлектричес-г кой 1рокладкой - защитное покрытие, нанесенное на металлическую подложку, о проницаемости заветного покрытия судят по изменению емкости изме рительного конденсатора М, Недостатком данного устройства является низкая точность при испытании из-за невозможности точной фик сации момента проникновения электролита через защитное покрытие. Кроме того, за счет экстракции у поверх ности защитного покрытия может образовьгааться сзюй с иными диэлектрическими свойствеми, что приводит к дополнительным искажениям результато испытаний. Известно также устройство длш опр деления кинематики проницаемости химически агрессивных веществ через полимеры, содержащие диэлектрический кожух, камеру с испытуемым образцом, электроды,расположенные по обеим сторонам испытуемого образца, систему подвода агрессивной среды и схему измерения, причем один из электродов вьтолнен в виде тонкого слоя химически нестойкого металла 2| Недостатками этого устройства являются низкая точность, обусловленная низкой чувствительностью, при испытании, сложность подготовительных операций и узкий класс испы туемы агрессивных сред. Низкая точность при испытании обусловлена тем что при изучении кинетики проницае мости электролитов фронт воды в пол мере движется впереди электролита, Поэтому при проникновении воды чере образец полимера не произойдет разрушение измерительного электрода, выполненного в виде -тонкого слоя металла. При испытании каждой агрес сивной среды необходимо подбирать металл для вьшолнения этого электрода. Кроме того, для некоторых сред например, воды невозможно подобрать металл, который был бы химически нестоек т.е. разрушался бы сразу же после проникновения воды . Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является устройство для фиксации момента проникновения химически агрессивных сред через полимеры, содержащее цилиндрический диэлектрический кожух, в который помещена камера для исследуемой среды « с крышкой и два электрода, один из которых вьтолнен перфорированным, подключенные к регистрирующему прибору, диэлектрическую прокладку, распо,ложенную между электродами, и гигроскопическую прокладку, расположенную на перфорированном электроде з1. Недостатком известного устройства является его низкая точность, обусловленная тем, что для фиксации отклонения емкости, электродов от исходного значения промьшшенно выпускаемыми устройствами измерителями емкости необходимо достаточно большое количество проникшей среды (от 0,025 до 0,5 г). Цель изобретения - повышение точности фиксации момента проникновейия жидкости. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для фиксации момента проникновения химически агрессивных сред через полимеры, сожержащем диэлектрический кожух, в который помещена камера для исследуемых сред с крьпшсойи два электрода, один.из которых выполнен перфорированным, подключенные к регистрирующему прибору, диэлектрическую прокладку, располо -,:. женную между электродами, и гигроскопическую прокладку, расположенную на перфорированном электроде, в отверстиях перфорированного электрода расположены электропроводные пластинки, электрически изолированные от перфорированного электрода. На фиг, 1 представлено предлагае мое устройство, продольный разрез; на фиг.2 - электроды емкостного датчика, часть разреза, вид спереди; на фиг.З - перфорированный электрод емкостного датчика, вид сверху.

Устройство содержит цилиндрический диэлектрический кожух 1 и цилиндрическую камеру 2 для агрессивны сред 3 с крышкой 4. Для герметизации камеры 2 между ней и крьшкой 4 расположена резиновая прокладка 5, . Внутри диэлектрического кожуха 1 .находится диэлектрическая подложка 6, которая крепится к диэлектричекому кожуху 1 посредством пружины 7 (один конец пружины 7 прикреплен к диэлектрическому кожуху 1, Другой конец жестко прикреплен к подлрж;ке б), В диэлектрической подложке 6 расположены оба электрода 8 и 9 и диэлектрическая прокладка 10, размещенная между ними. К перфориро,ванному электроду 9, закрепленному в ;подложке 6 таким образом, что наIружная поверхность подложки 6 и электрода 9 представляет единую плоскость, примыкает гигроскопическа прокладка i1, которая другой стороной прижата к испытуемому образцу 12 К противоположной стороне испытуемог :образца 12 примыкает кольцевая ре;зиновая прокладка 13, которая установлена таким образом, что кольцевые упоры 14,сформированные на;торцовой грани камеры 2, вдавлены в резиновую прокладку 13.

Над упорами 14 расположена кольцевая полость 15 с каналом 16, расположенным в нижней части камеры 2, и который подсоединен к сливной ванне 17. В стенке камеры 2 сформирована полость 18, которая соединена через патрубки 19 и 20 с термостатом не показан . Высокочастотный раз-ьем 21 укреплен на диэлектрическо кожухе 1 таким образом, что соединительные провода пропущены внутри пружины и подсоединены к электродам 8 и 9 через отверстия, имеющиеся в подложке 6. Поверх диэлектрическог кожуха 1 расположены три фиксатора . 22 в месте соединения камеры 2 с кожухом 1 ((фиксаторы 22 показаны

в виде штырей). I,

Перфорированный электрод 9, зак-

репленный в подложке 6. выполнен с круглыми отверстиями 23, в центрах которых расположены круглые изолированные электропроводные площадки 24.

Устройство работает следующим образом.

После герметизации камеры 2с крышкой 4 с прокладкой 5, камера 2

устанавливается вертикально на крьшку 4J, патрубки 19 и 20 соединяются при помощи шлангов с термостатом. Затем во внутреннюю полость камеры 2 заливается фиксированное количество агрессивной среды 3, и поверх упоров 14 накладывается кольцевая герметичная прокладка 13 на которую устанавливается испытуемый образец 12 -с расположенной на нем гигроскопической прокладкой 11. Далее поверх камеры 2 одевается диэлектрический кожух 1 таким образом что диэлектрическая подложка 6 плотно прижимает образец 12 к кольцевой резиновой прокладке 13 (фиксация диэлектрической подложки 6 относительно кожуха 1 достигается за счет того, что прижимная пружина 7, жестко прикрепленная к кожуху 1, закреплена без перекосов к торцу подложки 6 со стороны противоположной электродам 8 и 9). При одевании диэлектрического кожуха 1 поверх камеры 2 три фиксатора 22, расположенные через 120° по окружности кожуха 1, жестко закрепляют их относи,тельно друг друга (камеру 2 относительно кожуха l). К высокочастотному разъему 21 подсоединяется соединительный кабель регистрирующего прибора (в качестве регистрирующего прибора используется цифровой измеритель емкости Е8-4 в комплекте с транскриптором и цифропечатью Ф-5033). После этого устройство устанавлива-, ется на подставку (на фиг.1 не показано таким образом, что канал 16 с выводным патрубком оказывается подсоединен к сливной ванне 17, закрепленной в подставке, . .

Электрическая емкость между электродами 8,9 остается постоянной ДО тех пор, пока не произойдет внешних измерений, которые повлекут за собой отклонение емкости CQ от начального значения, В общем случае емкость конденг-атора определяется выражением

-- ,

де Е - диэлектрическая проницаемость разделительной прокладки между электродами;

6 площадь перекрытия электродов ;

CJ

расстояние между электродами толщина разделительной прокладки . При изменении любого из трех указанных выше параметров электрическая емкость также изменяется. Действительно, при проникновении среды 3 сквозь испытуемый образец 1 греда поглощается тонкогй гигроскопи ческой прокладкой 11 (толщина 0,20,25 мм, например, в качестве гигро ркопической прокладки 11 использоза на фильтровальная бумага) , а следо вательно, она (гигроскопичная прокдадка 1l) становится электропроводной, что приводит к увеличению площ ди перекрытия электродов 8 и 9 (увеличивается площадь перфорирован ного электрода 8, за счет того, что отверстия заполняются электропроводным материалом - пропитанной электропроводной жидкостью прокладкой 1 | . Поскольку при работе с пред лагаемым устройством используются агрессивные среды: растворы кислот, щелочей - электропроводн1 е среды, то при проникновении их через йспытуемый образец I2 электропроводност гигроскопической прокладки 1J увели чивается,. В общем случае известно, что фро движения воды (для водных растворов агрессивных сред) движется быстрее, чем фронт растворенной в воде агрес сивной среды , то к за счет проникновения воды и всасывания ее в прокладку I, электропроводность увеличивается. При проникновении порогового количества среды 3, происходит отклонение емкости С, (увеличение) от номинального значения на величину ДС,- которая фиксируется регистрирующим прибором. Таким образом, это пороговое количество агрессивной среды 3 определяется разрешающей способностью регистриру щего прибора, и поэтому всегда остается постоянной. Выполнение перфорированного элек рода 8 с отверстиями , в центре которьпс расположены изолированные электропроводные пластинки, позволя ет значительно увеличить точность за счет повьшения чувствительности устройства. Действительно, при прон новении среды 3 сквозь образец 12 происходит пропитка гигроскопической прокладки 11 и при этом происходит увеличение фактической площад перфорированного электрода 9, как и в известном устройстве, В известном устройстве изменение емкости электрода происходит только за счет увеличения площади перфорированного электрода, что обусловлено появлением электропроводных пятен в окнах перфорированного электрода, В предлагаемом устройстве в окнах перфорированного электрода 9 в отверстиях 23 имеются изолированные электропроводные площадки, которые отделяются.от электродов 9 узкими щелями, заполненными, например, изоляционным материалом. Электропроводное пятно, начинающее образовываться на гигроскопической прокладке 11, приводит к замыканию перфорированного электрода 9 с площадкой 24, и при этом резко увеличивается площадь электрода 9 (фактическая площадь), В этом случае размер электропроводного пятна.на гигроскопической прокладке 11 будет на порядок меньше размера пятна, обусловливающего такое же изменение емкости между электродами в известном устройстве, Вьшолнение перфорированного электрода с отверстиями, в центре которых расположены изолированные элактро- ; проводные пластинки, позволяет повысить точность фиксации момента проникновения агрессивной среды через испытуемый образец за счет повьшения чувствительности. Действительно, как показали .экспериментальные исследования, введение изолированных электропроводных пластинок в центре отверстий электрода позволяет резко увеличить чувствительность. Так, например, при испытании на водопроницаемость стеклопластиков на основе полиэфирных смол, порог срабатывания у известного устройства состав.ляет 0 025-0,03 г в то время, как у предлагаемого устройства, при аналогичньк испытаниях, порог срабатывания составляет 0,005-0,015 г, при этом зазор между перфорированным электродом и круглой изолированной электропроводной площадкой составляет 0,5 мм, диаметр пластинки 2 мм, а заполнение перфорированного электрода круглыми отверстиями бьшо таким, что максимальное расстояние между близлежащими отверстиями равняется 2,5 мм. Снижение порога срабатывания,кроме этого, снижает длительность каждого эксперимента, а следовательно снижает длительность испытаний.

1(.5

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФИКСАЦИИ МОМЕНТА ПРОНИКНОВЕНИЯ ХИМИЧЕСКИ АГРЕССИВНЫХ СРЕД ЧЕРЕЗ ПОЛИМЕРЫ, со держащие диэлектрический кожух, в который помещена камера для исследуемых сред с крышкой и два электрода, один из которых вьшолнен перфорированным, подключенные к регистрирующему прибору, диэлектрическую прокладку, расположенную между электродами, и гигроскопическую прокладку, расположенную на перфорированном электроде, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности фиксации момента проникновения, в отверстиях перфорированного электрода расположены электропроводные (Л С пластинки, электрически изолированные от перфорированного электрода.