Устройство для определения электрической прочности и электропроводности смазочных сред Советский патент 1982 года по МПК G01N27/02 

копараллельности, приводящего к большим погрешност ям при измерении величины зазора и даже возникновению местных контактов между электро дами; б)для определения элeкtpичecких характеристик нежелательно испо зование переменногонапряжения, поскольку плоские электроды, разделенные тонким слоем жидкого диэлектрика, представляют собой плоский конденсатор, обладающий емкостным сопротивлением, способным исказить результаты измерений; в)узел относительного перемещения электродов в данных устройствах дает большую погрешность при установлении и регистрации величины зазора между электродами. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее установленные с зазором друг относительно дру га плоский и выпуклый электроды и механизм относительного перемещения электродов. В данном устройстве выпуклый электрод выполнен в виде шара. Фиксированный зазор между электродами создается путем переме щения шарового электрода на две пла тинки слюды, расположенные на плос ком электроде, на некотором рассто янии друг от друга. Изменение велич ны зазора производится путем раздви га пластинокслюды. Применение шаро вого электрода позволяет избежать влияния несоосности электродов, пр тически .исключает появление емкостн го сопротивления при использовании переменного напряжения 2}. Однако данное устройство облада тем недостатком, что максимальная напряженность поля на участке наибольшего сближения электродов долж быть рассчитана по выражению, кото рое получается из теоретического р смотрения задачи о поле шара и пло кости тах я )t где и - потенциал шарового электро Да; R - его радиус, . V,,H4St,i, S fM H 0 - e-li2H . -n L5h(.2.h+i).-h у, -cti/jV lb2-(-H)CI--S-h (йП4|)Л1 Ma- o 5-hacmi)XJ-eti(2nf-i)3 Afcc1i (ejR), где E- зазор между электродами, В области малых 6 ряды для емко ных коэффициентов Н и Т. сходят очень медленно и поэтому можно вычислить лишь приближенно. Кро ме того, существуют особые точки, где расчет требует особых допущений. Таким образом, определение напряженности, а следовательно и удельного сопротивления среды в зазоре для описанной комбинации электродов, требует громоздких вычислений, которые в случае мгшых зазоров приходится проводить приближенно. Цель изобретения -, повышение точности и определения измерений электрических характеристик смазочных материалов в тонких граничных слоях. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для определения электрических характеристик смазочных сред, включающем установленные с зазором друг относительно друга плоский и выпуклый электроды, соединенные с механизмом перемещения и,источником напряжения, выпуклый электрод имеет форму половины двухполос ного гиперболоида вращения,а электроды установлены с зазором, определяемым из соотношения |--°я-, где t- расстояние между электродами/d - длина действительной полуоси гиперболоида. При приложении напряжения Ц между гиперболоидом и плоскостью (фиг,1) наименьшее расстояние между которыми равно действительной полуоси гиперболоида d, напряженность поля в любой точке зазора определяют из решения уравнений Лапласа для по- тенциала, например, A(.)tHCb«-aft)-d} где координата точки в зазоре; Ь - мнимая полуось гиперболоида. Максимальная напряженность поля, достигаемая на конце гиперболоида () р (2) - ()еи ( Удельное сопротивление среды в зазоре между гиперболоидом и плоскостью может быть определено по величине общего сопротивления промежутка R с использованием метода электростатической аналогии по известной емкости системы гиперболоид-плоскость. гиперболическая форма электрода является единственной, при- которой параметры поля в зазоре, могут быть точно рассчитаны. При этом напряженность и потенциал в любой точке зазора определяются только одним параметром X и могут ,быть найдены аналитически из решения уравнения Лапласа, В случае любой другой фор

мы выпуклого электрода поля не определяются одним параметром и их расчет возможен только сложными методами в приближенном виде.

Таким образом, использование данной комбинации электродов позволяет производить точные измерения электрических характеристик . среды при заданной толщине слоя путем выбора электрода с соответствующими геометрическими параметрами. Этот выбор облегчается- тем, что для заданного промежутка Р может быть выбран электрод с гиперболическим профилем в широком диапазоне длин полуосей Ь. При малых (микронных) зазорах этот диапазон ограничивается значениями 0,, поскольку изготовление электродов с ,5d трудно осуществимо из-за малого радиуса закругления, а при зазор приближается к плоскостному.

Оптимальной для расчета является установка межэлектродного промежутка t, равного d. Однако расчетная оценка показывает, что при отклонении величины промежутка от значения действительной полуоси гиперболоида d на i0,1 d использование формул (1) и (2) вызывает погрешность не выше 5%, В связи с этим возможно выбирать t исходя из соотношения ,9-1,1.

Данная комбинация электродов позволяет также как и в случае шарплоскость исключить влияние несоосности на результаты измерений, поскольку изменение угла наклона иглы в пределах нескольких градусов не сказывается существенно на величне зазора и электрическом поле межд электродами. Емкостное сопротивлени системы пренебрежимо мало, поэтому для измерения электрических характеристик возможно использование переменных или импульсных напряжений.

дпя точного и плавного перемещения электродов друг относительно друга и установления требуемого зазора рекомендуется использовать меxaниз Ы, действие которых основано на расширении твердых тел-при нагре НИИ. Регистрация величины зазора осуществляется с помощью индукционных или емкостных датчиков.

На фиг.1 представлена система гиперболоид-плоскость; на фиг.2 схема устройства..

Устройство содержит плоский полированный образец-электрод 1 со смазочной средой 2 и электрод 3 в форме гиперболоида вращения, установленную на расстоянии 6(0,9-1,l)d от образца. Электрод 3 крепится в коромысле 4 головки профилографа, связанной с индуктивным датчиком 5 и электронным блоком 6 профилографа

используемых для регистрации величины зазора. Механизм относительного перемещения электродов включает узел

7микрометронного движения, жестко связанный с ним металлический цилиндр

8и стержень 9, прикрепленный к цилиндру. Электрод 3 и образец 1 включены в электрическую цепь источника регулируемого напряжения. Дпя определения требуемой электрической

0 характеристики используется соответствующий блок 10 электрических измерений.

Устройство работает следующим образом.

5

При неподвижном положении электрода 3 на образце 1 (показывающий прибор электронного блока 6 профилографа находится в нулевом положении). Стержень 9 с помощью узла 7 подводится под коромыслом 4, после чего

0 производится тонкая регулировка требуемого зазора Р путем изменения линейных размеров цилиндра 8 за счет его нагревания. Регистрация величины зазора осуществляется с помощью

5 электронного блока 6 профилографа. При использовании стандартного записывающего прибора профилографа максимальная чувствительность системы .при измерении зазора составляет

0 0,05 мкм/см.Для определения требуемой электрической характеристики подбираются необходимые параметры электрической

5 цепи и соответствующий блок электрИ ческих измерений 9.

Предлагаемое устройство используют для измерения электрической прочности некоторых технических масел в микрбслоях толщиной 2 мкм.

0 Берут стальной электрод в форме гиперболоида вращения с параметрами d 2мкм, Ь 4мкм; плоские полированные образцы (VII) из серебра и меди. Значения электрической прочности Ерр

5 определены по величине напряжения пробоя,.используя формулу (2). Очевидно, что, применяя плоские электроды или комбинацию шар-плоскость, получить достоверные данные об элек0трической прочности в микронной области толщин невозможно.

В случае необходимости измерений электрических свойств смазочных сред в некотором диапазоне толщин

5 удобно иметь набор электродов с действительной полуосью d, перекрывающей данный диапазон. Получение электродов в форме гиперболоида возможно путем электрополирования, пос0кольку при данном способе обработки заостренных стержней последние естественным образцом приобретают форму гиперболоида.

Использование предлагаемого устройства позволяет повысить точность

5