Устройство для испытания диэлектриков Советский патент 1992 года по МПК G01R31/16 G02B27/00 H05K13/00 

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к приборам для определения механических, термических, электрических, оптических и других характеристик диэлектриков, и может быть использовано в электротехнической промышленности, в производстве электроизоляционных материалов, для научных исследований.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей.

На фиг. 1 изображено устройство, разрез; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1; на фиг. 3 - узел II на фиг. 2; на фиг. 4 - устройство, вид сверху; на фиг. 5 - разрез А-А на фиг. 4; на фиг. 6 - оптоэлектрическая система устройства; на фиг. 7 - устройство с блоком механизма нагрузки в момент сжатия.

Устройство содержит герметичную термостойкую камеру 1 с подвижным универсальным уплотнением 2, в которую встроены заземленные электроды 3, между которыми и в которые встроены нагреватели 4, охладители 5, испытуемые диэлектрики 6, высоковольтный электрод 7, датчики 8 температуры, высокотемпературный мягкий теплоизоляционный наполнитель 9, упругие регулируемые подвески 10, блок 11 механических испытаний. В блок механических испытаний встроены узел 12 механических испытаний диэлектрика на срез, датчик 13 линейных перемещений, узел 14 технологических испытаний, датчик 15 твердости, датчик 16 сил, датчик 17 деформаций, узел 18 испытаний диэлектриков на термомеханиче- ское расслаивание (фиг. 5). Герметичная камера встроена в ферромагнитный сердечник 19, состоящий из двух половин с зазором, на каждой из которых имеются по две обмотки 20 возбуждения постоя иного тока.

Устройство установлено на опоре 21 на амортизаторах 22 с регулируемой жесткостью. С внешней стороны на устройство воз- действует знакопеременная сила (Рч) источника 23 пульсирующих механических нагрузок.

Герметичная термостойкая камера состоит из двух частей, в одной из которых имеются направляющие штифты 24, а в другой - отверстия для них. Герметичная термостойкая камера имеет сквозные отверстия 25 для создания форвакуума и отверстие 26 для выхода продуктов термического разложения (фиг. 5). На фиг. 2 и 3 показаны основные элементы подвижного универсального уплотнителя. К обеим частям термостойкой камеры болтами 27 закреплены несущие детали 28. К несущим деталям закреплены винтами 29 две оболочки 30, между которыми находится высокотемпературная теплоизоляционная вата, например каолиновая. Под нижней оболочкой находится керамическая опора 31. Оболочка представляет собой слоеную

структуру, состоящую из тонкой высокотемпературной металлической фольги 32 и высокотемпературной ткани 33. Число таких сдвоенных слоев выбирается расчетным пу0 тем. Металлическая фольга и высокотемпературная ткань скрепляются между собой высокотемпературной связкой, например алюмохром фосфатной, затем каждая оболочка гофрируется.

5 Высоковольтный электрод 7 соединен токоподводом 34 с регулируемым источником высокого напряжения (ИВН).

У отверстия герметичной термостойкой камеры для продуктов 35 термического раз0 ложения расположена оптоэлектрическая система с оптической осью FFi, на которой расположены оптический излучатель 36, диафрагма 37, ограничивающая лучевой поток 38, линза 39 и оптический приемник 40.

5 Оптический приемник, например спектрометр, содержит коллиматор 41с входной щелью 42, преобразующий исходный луч от оптического излучателя в длинный узкий луч 43. Длинный узкий луч 43, попадая на диф0 ракционную решетку 44, разлагается в ней в спектр 45 и отражается от параболического зеркала 46. Отраженные спектральные лучи 47, разложенные по частоте 48, попадают на пластину 49 с фотоэлектрическими

5 датчиками 50(ФД1, ФД2, ФДЗ, ..., ФДП), которые установлены по линиям 51 спектра

(li, 12,1з. ...)

В ферромагнитном сердечнике выполнены каналы 52 и гибкий соединитель 53, по 0 которым пропускается регулируемый поток хладагента.

Устройство используется следующим образом.

Испытуемые диэлектрики помещают в 5 термостойкую камеру 1 и уплотняют подвижным универсальным уплотнителем 2.

При подаче на.электроды высокого электрического напряжения определяют электрическую прочность ЕПр. В случае под- g соединения электродной системы, например, к мосту Шеринга можно определять удельные объемное р и поверхностное ps сопротивление. Этой же электродной системой при подключении ее, например, к 5 кулометру и мосту постоянного тока можно определять емкость С, угол потерь гдд и прочие характеристики диэлектриков.

При одновременном сжатии сверху и снизу корпуса герметичной термостойкой камеры 1 источником 23 пульсирующих механических нагрузок на испытуемые диэлектрики воздействует усилие Т, вызванное усилием PI, а при воздействии электромагнитным сердечником 19 с обмоткой 20 возбуждения постоянного тока испытуемые диэлектрики воспринимают воздействие постоянной механической нагрузки сжатия Р.

Источником 23 пульсирующих механических нагрузок может быть, например, управляемый пневмогидроцилиндр, жестко связанный с внешних сторон герметичной термостойкой камерой 1. При этом в совокупности с амортизаторами 22 и подвесками 10 можно регулировать амплитуду и частоту механических колебаний электродной системы.

В заземленные электроды 3 встроен сменный блок 11 механических испытаний с узлами 12,14 и 18 для механических испытаний и соответствующими датчиками 13,15-17. В сменный блок принципиально можно встроить и другие узлы для механических испытаний. В зависимости от природы испытуемых диэлектриков можно подбирать и испытательные узлы с соответствующими энергетическими возможностями и техническими параметрами.

Узел 12 механического испытания на срез может представлять собой нож, прочно присоединенный к одному из заземленных электродов 3. Датчиком 13 линейных перемещений может быть, например, пье- зокристалл, встроенный в лезвие ножа в зоне скоса. В режиме сжатия нож узла 12 врезается в испытуемый диэлектрик 6, и в зависимости от сопротивляемости механическому воздействию отрезаемой части испытуемого материала подается соответствующий сигнал на вторичный прибор(не показан).

Узел 14 испытания диэлектрика на технологический изгиб может быть выполнен в виде тарированной полусферы, встроенной в один из заземленных электродов 3. В исходном состоянии перед испытанием колец испытуемого образца диэлектрика опирается на эту полусферу и отгибается на задан- ный угол. При сжимании электродной системы в районе полусферы конец образца начинает слегка прогибаться, Отклонение от заданного угла отгиба фиксируется датчиком 15, например тензодатчиком линейных перемещений.

Регулируемые упругие подвески 10 могут быть выполнены, например, в виде цилиндрических пружин с винтом для регулирования жесткости пружин. Подвеска 10 может обеспечивать вибрационные колебания электродной системы с переменными частотой и амплитудой, отличающиеся от параметров механических колебаний термостойкой камеры.

Таким образом, предлагаемым устройством можно испытывать диэлектрики на сжатие и определять механическую прочность на сжатие Осж. на срез Сер, относительную деформацию на сжатие Јсж, модуль упругости на сжатие на сжатие ЕСж и другие

0 характеристики.

При подаче на обмотки возбуждения регулируемого постоянного электрического тока в ферромагнитном сердечнике образуется магнитный поток Ф, зазоры

5 между составными его частями могут уменьшаться с увеличением магнитодвижущей силы. В сердечнике составные части термостойкой камеры, охваченные ферромагнитным сердечником, передают

0 механическое усилие на электроды и на испытуемые образцы диэлектриков. В этом случае на них действует сила Pi, равная сумме сил магнитного притяжения Т в зазоре d сердечника. Узлы сменного ме5 ханического блока 11 при механическом сжатии частей корпуса термостойкой камеры в осевом направлении позволяют определять следующие механические характеристики: твердость НВ, механиче0 ское разрушение (срез), касательные напряжения Гкас, технологический изгиб на заданный угол, появление первой трещины и другие.

В результате контролируемых колеба5 ний Р от источника импульсных колебаний корпуса в термостойкой камере регулируемыми амортизаторами 22 электродная система на упругих подвесках 10 совершает заданные циклические механические коле0 бания относительно диэлектриков. Вибрационная система позволяет испытывать диэлектрики на усталостную прочность.

При работе нагревателей 4 диэлектрики можно испытывать на термостарение,

5 на сублимационную стойкость при высоких температурах. В совокупности с работой охладителей 5 диэлектрики можно испытывать на циклическое термостарение и другие теплофизические характери0 стики.

При нагреве испытуемых диэлектриков, к которым приклеены металлические пластины узла 18 с термическим коэффициентом линейного расширения, боль5 шим, чем коэффициент термического расширения диэлектрика, изменяются линейные размеры диэлектрика по слоям (в пределах толщины), что позволяет определять деформационные характеристики при расслоении.

В результате воздействия на испытуемые диэлектрики либо температуры, либо механических усилий, либо высокого электрического напряжения и прочих предельных нагрузок, либо одновременного (многофакторного) воздействия всех нагрузок диэлектрики разлагаются, продукты 35 разложения выходят из отверстия 26 в термостойкой камере. Облучая газообразные продукты, например, световым потоком 38, оптический приемник 40, в который поступает световой поток с информацией о продуктах разложения, фиксирует длины волн колебаний молекул, ионов и атомов. Для повышения чувствительности оптического приемника зеркало 46 желательно иметь параболическим. Однако цилиндрическая форма зеркала проще в изготовлении, и в то же время погрешность измерения находится в пределах допустимого. Так как протяженность лучевого потока (можно выбирать в широких пределах, то располагать датчики необходимо в соответствии с линией нужной длины волны XL что не представляет трудностей, даже если эти линии находятся достаточно близко (т.е. на расстоянии менее 1 мм). Фотоэлектрические датчики 50 можно настраивать на срабатывание определенных длин волн. Фотоэлектрические датчики связями соединены с источниками питания всех элементов устройства.

Таким образом, с помощью устройства можно изучать физико-химический состав испытуемых диэлектриков, последовательность их деструктуирования, энергетических колебаний частиц. Можно испытывать диэлектрики по многим параметрам: механическим, тепловым, физико-химическим и другим как индивидуально по каждой характеристике воздействия, так и в многофакторном режиме.

Уплотнение 2 является универсальным, так как может воспринимать и боковые, и вертикальные механические нагрузки. Металлическая фольга 32 является вакуумным уплотнением, высокотемпературная (кварцевая) стеклоткань 33 - несущим элементом. Уплотнение обладает высокой демонтируемостью.

Для проведения термоциклических испытаний в заземленные электроды кроме нагревателей встроены охладители 5. Охладители могут быть изготовлены, например, в виде пароиспарителей (можно использовать явление испарения жидких металлов), а излучатели - с использованием тепловых трубок. Такие охладители позволяют быстро отводить большие тепловые потока

Ферромагнитный сердечник в случае необходимости охлаждается регулируемым потоком хладагента (например, дистиллированной водой или жидкими металлами), проходящим по герметичным каналам 52 и соединителю 53, который выполнен, например, в виде гофра и имеет возможность сжиматься при стягивании частей сердечника. Устройство благодаря наличию в нем

датчиков позволяет исследовать и испытывать диэлектрики в различных комбинациях, определяемых заданной программой испытаний. Можно испытывать диэлектрики при температурах в широком диапазоне

(до 1100° С) и производитьтермоциклирова- ние благодаря наличию термостойкой камеры, подвижного уплотнения и охладителя. Можно проводить многофакторные испытания одного или двух одновременно диэлектриков и обеспечить получение более полной информации об испытуемых материалах. Многофакторные испытания позволяют имитировать эксплуатационные условия проектируемой конструкции изоляции.

Применение устройства увеличивает эффективность исследований за счет получения более качественных результатов многофакторных испытаний, за счет сокращения времени для изготовления образцов,

подготовки испытательного оборудования и сокращения сроков испытаний.

Ф о р м у л а и з о б р е те н и я

1.Устройство для испытания диэлектри- ков, содержащее электродную систему с высоковольтным электродом, размещенным между пластинами заземленного электрода, нагреватели и датчики температуры, о т- личающееся тем, что, с целью расширения технологических возможностей, оно снабжено герметичной термокамерой, установленной на амортизаторах, блоком механических испытаний, датчиками механических нагрузок и охладителем, размещенными в термокамере, а также оптоэлектрической системой с оптическим приемником и излучателем, соединенной каналом с полостью термокамеры, причем электродная система установлена в полости

термокамеры посредством регулируемых подвесок, а термокамера выполнена разъемной в горизонтальной плоскости и снабжена уплотнением по периметру разъема.

2.Устройство по п. 1,отличающее- с я тем, что оптический приемник оптоэлектрической системы снабжен спектрометром с вогнутым зеркалом в виде полуцилиндра или параболоида.

Фиг,2

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к приборам для определения механических, термических, электрических, оптических и пр. характеристик диэлектриков, и может быть использовано з электротехнической промышленности, в производстве электроизоляционных материалов, для научных исследований. Цель изобретения - расширение технологических возможностей. Это достигается тем, что устройство, содержащее электродную систему с высоковольтным электродом 7 и заземленными электродами 3, нагреватели 4 и датчики 8 температуры, снабжено герметичной термокамерой 1, установленной на амортизаторах 22, блоком механических испытаний, датчиками механических нагрузок, охладителями 5, а также оптоэлектрической системой, соединенной каналом с полостью термокамеры. Электродная система установлена посредством регулируемых подвесок 10. Термокамера выполнена разъемной и снабжена уплотнением 2 по периметру разъема. 1 з.п. ф-лы, 7 ил. &

Фигз

рлнэджаиуд Ямэшэпэ д