Способ определения параметров диэлектрических материалов Советский патент 1990 года по МПК G01N27/22 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для неразрушающего контроля диэлектрических материалов и изделий, определения их диэлектрической проницаемости, влажности, неоднородности, степени полимеризации и др., а также их толщины и толщины диэлектрических покрытий на них.

:Целью изобретения является повышение точности измерений за счет уменьшения влияния свойств окружающей среды.

На фиг,1 представлена схема устройства для реализации способа; на фиг. 2 - графики зависимости выходной величины от расстояния между . электродами и материалом; на фиг.З - графики зависимости выходной величины .от толщины материалов.

Устройство (фиг.1), реализующее способ, состоит из первичного емкостного преобразователя, содержащего высоко- и низкопотенциальный элект- роды 1 и 2 и электроды 3 и 4 нулевой защиты (последние при жестком соединении составляют один электрод) :источника (генератора) 5 периоди- ческого напряжения и измерительного блока 6. Электроды 3 и 4 соединены с общей точкой электросхемы и обычно заземлены.

Способ реализуется следующим образом.

При удаленном исследуемом материале 7 измеряют в электрической цепи электрода 2 начальное значение сигнала (например, напряжения) VQ. Приближают электроды к материалу 7, перемещают совместно все электроды отноСД 00

00 СД

сительно материала или толвко первые: три электрода, а электрод 4 оставляют

ia поверхности материала, используя го дополнительно для направления еремещения,измеряют в процессе пв- 1 емещения экстремальное значение сигнала Ugxtr-По соотношению Ufxir в определяют . диэлектрический или геометрический параметр материала, В ка- честве критерия можно использовать Величину отношения ,,/Up или величину (UQ - UpytrVUp 1 - - (Up r-/Uo) в зависимости от удобст Ьа и величины получаемой относитель- ной погрешности. Первый критерий При исследуемого материала боль- , чем окружающей среды, являет- :я минимумом выходной величины, вто-- ой - максимумом.

Пример. Преобразователь померцают на перемещающее устройство,расстояние d измеряют индикатором часо- Ього типа с ценой деления 0,01 мм. Кривым 8-11 соответствуют материа- лы: фторопласт-А ( Е lj9-2,2), оргстекло ( 3), гетинакс ( 7) и этиленгликоль ( 34,5).

Из результатов измерений следует, что выходной сигнал имеет экстре- альный характер как функция расстояния и величина экстремума однозначно связана с величиной , чувствительность способа к . стремится к максимуму при -, а асимптотически - к нулю при -ео . Экстремумы существуют в диапазоне, составляющем несколько десятков единиц .

Критерием оценки параметра является отношение Ujxtro/ o гдехиех1го и U(j - экстремальное и начальн значения напряжения низкопотенциального электрода или вообще сигнала в его измерительной цепи. Выразим эти напряжения или сигналы через ко- эффииценты передачи К gxir о (экстремальный и начальный), напряжение на высокопотенциальном электроде им:е ет вид Uj,: (Uextr/Uo)

X U5.) KgKtr/ e. Если Kgxtr воэрас- тет,например, при увеличении влажное ти окружающей среды, то согласно прелагаемому способу возросший К extv делится на возросший же , поскольку они Имеют одинаковое направление изменения; в случае отсутствия материала изменение К определяется только изменением свойств окружающей среды, так как она полностью занима

Q П

5

. 0

0

55

ет рабочий объём преобразователя.Изменение Kfxtr определяется также изменением свойств окружающей среды, но эта среда занимает теперь лишь часть рабочего обьема (остальное занимает исследуемый материал), поэтому в данном примере Ко возрастет не. ровно на 10%, а например, на 5-15% (различие в величинах изменений-Кр и Кр тем меньше, чем тоньше исследуемый материал). Величина критерия при этом соответственно:

1,1 Kg,/l,05 Kg

1,046 К,/К„ . Ke,tr/l. 5 К,

0,968 .

Погрешности измерения определяются как

I Oi Kixij/Ko ; Ki,WKj -ПП 7 V -/V °

.й

4,6%.

и

(0,968 - 1)/1 .100% -3,2%,

т.е. в 2-ЗрЛ , чем при определении по -известному способу.

Возможность определения толщины материала иллюстрируется графиком 1|иг.З. Кривым 8, 10 и 17. соответствуют материалы: фторопласт -4(6 1,9 - 2,2), т екстолит (), и резина мягкая ( - 2,6 - 3). Горизонтали, обозначенные пунктиром, являются асимптотами кривых 8 и 10, т.е. при толщине материала, большей глубины зоны контроля. Из.графиков следует, что при толщинах р (в данном случае до р 0,8-0,9 мм) материалов, на порядок меньших, чем поперечные размеры преобразователя (09 мм), зависимость между выходной величиной и р является линейной и чувствительность способа в этом диапазоне толщин максимальная. При величине р порядка поперечных размеров преобразователя чувствительность близка к нулю, и, следовательно, глубина зоны контроля имеет такой же по- рядок величинь.

Использование предлагаемого способа по сравнению с известными позволяет повысить в несколько раз точкость измерения в диапазоне

от

единицы до нескольких десятков единиц за счет уменьшения погрешностей от изменения свойств окружающей среды, повышения чувствительности,уменьшения влияния окружающих тел и внешних электромагнитных полей, позволяет использовать перемещения не только по нормали к исследуемой поверхности, но и другие виды перемещений, упростить измерительное устройство и повысить чувствительность при перемещении части электродной системы,

Способ позволяет контролировать с помощью лишь одного устройства твердые (с неровными и загрязненными поверхностями), эластичные,жидкие и сыпучие материалы, толщину пленочных материалов (в том числе трудно поддающиеся контролю замкнутые оболочки, колеблющиеся в процессе их изготовления, например, при рукавном способе производства полиэтиленовой и др. пленок и диэлектрических пок589

1856

рытий на них), причем в линейном Iдиапазоне выходного сигнала.

|Ф о р мул

а и 3 о б р е т

е н и я

Способ определения параметров диэлектрических материалов с помощью двух механически связанных электродов, на один из которых подают периодическое напряжение, а на другом измеряют напряжение, включающий перемещение электродов относительно материала и измерение в процессе перемещения экстремального значения напряжения второго электрода, о тли - чающийся тем, что, с целью повышения точности измерений за счет уменьшения впияния свойств окружающей среды, измеряют напряжения второго электрода при удаленном от электродов материале, а искомый параметр определяют по соотношению значений напряжений второго электрода при экстремуме и при удаленном .от электродов материале.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для неразрушающего контроля диэлектрической проницаемости, влажности, толщины. Цель изобретения - повышение точности измерений за счет исключения влияния свойств окружающей среды. Способ определения параметров диэлектрических материалов включает размещение на поверхности материала двух механических связанных электродов, на один из которых подается периодическое напряжение, а на другом измеряется потенциал при удалении материала и значение экстремума потенциала при перемещении электродов относительно материала, искомый параметр определяют по соотношению указанных значений потенциала второго электрода. 3 ил.

Фиг.1

tHtt/at,

so

U (UexfrM WO%