Датчик контроля распределения влаги в тонкой изоляции Советский патент 1983 года по МПК G01N27/02 

но быть достаточно малым порядка десятка микрон. Таким образом, характерные размеры активной части электродов (высота электродови расстояни между ними) для измерения электрических характеристик изоляции должны быть порядка десяти микрон. В то же время электродная система должна обладать достаточно высокой механической прочностью при ее заглублении внутрь изоляции на требуемую глубину

Целью изобретения является повышение надежности конструкций датчика и увеличение разрешающей, способности

Поставленная цель достигается тем, что в датчике контроля распрёде ления влаги в тонкой изоляции,,, состоящем из двух коаксиальных цилиндрических электродов, из которых внутренний заострен, пространство между коаксиальными электродами заполнено твердой изоляцией с высоким удельным электрическим сопротивлением, причем отношение радиуса внутреннего электрода к толщине слоя изоляции составляет 20-30, а отношение внешнего радиуса наружного электрода к толщине изоляции 40-60.

Кроме того, угол заточки коаксиальных электродов и изоляционной прослойки между ними составляет 140160.

На фиг. 1 показана конструкция предлагаемого датчика; на фиг. 2 датчик, заглубленный внутри изоляции.

Датчик состоит иэ внутреннего 1. и .наружного 2 коаксиальных цилиндрических электродов, из которых внутренний 1 имеет заостренный конец. Пространство между электродами заполнено твердой изоляцией 3 с высоким удельным сопротивлением, которая механически прочно наносится на поверхность внутреннего электрода 1, например путем напыления. Наружный электрод 2 наносится механически прочно, например напылением на поверхность твердой изоляции 3. Торец электродов 1 и 2 и слой изоляции 3 между ними заточены под углом 140-160 . Измеряемый материал Обозначен позицией 4. . Внутренний 1 и внешний 2 электроды со слоем твердой изоляции 3 между ними представляют механически прочную конструкцию. На внутренний, электрод подается напряжение от источника питания, к внешнему присоединяется измерительный прибор, служащий для измерения тока, протекающего между нижними торцами коаксйально расположенными электродами 1 и 2. Датчик работает следующим образом

Электроизоляционные материалы, применяемые в высоковольтном аппаратЬстроении, обладают малой проводимостью. Поэтому величина тока,

протекающего в диэлектрике под действием приложенного напряжения, составляет малую величину. При измерении малых токов расстояние меж,цу измерительными электродами должно быть порядка 10 мк. Для создания механически .прочной конструкции датчика с малыми расстояниями между электродами необходимо промежуток между коаксиально расположенными электродами 1 и 2 полностью заполнять твердой изоляцией 3. Для уменьшения токов утечки между электродами 1 и 2 необходимо изолирование их один от другого. Для этого применяют диэлектрический материал 3 с высоким удельным сопротивлением и малой гигроскопичностью, например фторопласт. Определенный угол заточки нижнб го конца, датчика, необходим для углуе ления его в исследуемый материал и измерения электрических характеристик материала на заданной глубине.

Для выбора размеров электродов датчика необходимо рассмотреть картину тока в исследуемом диэлектрике. Ток в диэлектрике протекает от поверхности одного электрода к поверхности другого-. Максимальный ток протекает через слой испытуемого диэлектрика, прилегающего к слою межэлектродной изоляции. По мере удаления по поверхности электродов от слоя межэлектродной изоляции путь тока между электродами увеличивается, что приводит к уменьшению величины тока, протекающего от данного участка поверхности электродов. Бесконечно увеличивая поверхность электродов, можно добиться регистрации полного тока,, протекающего между электродами, что соответствует максимально возможной чувствительности датчика. Однако увеличение размеров эл.ек.тродов снижает разрешающую способность датчика, т.е. исключает его использование для многих объектов с меньшими размерами. Следовательно, чувствительность датчика ограниченных размеров будет зависеть от отношения радиусов электродов и толщины межэлектродной изоляции. Если это соотношение составляет 10, то чувствительность -датчика будет отличаться от максимально возможной на 10%.

Для практических целей достаточно обеспечить чувствительность датчика, отличающуюся от максимально возможной на 5-3%. Тогда при выборе радиуса (г) внутреннего электрода 1 и толщины (h) наружного электрода 2 необходимо выполнить следующие соотношения

г/сЛ 20-30 . (О Ь/(Л 20-30 (2) Толщина наружного электрода равняется разности внешнего (RS) и внутреннего (R) радиусов наружного электрода, т.е. h RB - R , (3) R г + сЛ С) С учетом соотношений (3) и (Ц) выражение (2) примет вад Rg/oT 40-60. Таким образом, размеры внутреннего и наружного электродов необходи мо выбирать так, чтобы отношение ра диуса внутреннего электрода к толщине межэлектродной изоляции состав- . ляло 20-30, а отношение внешнего радиуса наружного электрода к этой толщине равнялось 40-60. Тогда при любой толщине межэлектродной изоляции обеспечивается высокая чувствительность и разрешающая способность датчика. Минимальная толщина межэлектродной изоляции огра-ничивается величиной 0,01 мм, так как при меньшей толщине наблюдается резкое возрастание собственной проводимости диэлектрических материалов, что при водит к значительному снижению чувствительности датчика. На фиг. 2 показан датчик, заглуб ленный внутрь изоляции 4. Высота ак тивной зоны изоляции, по которой пр текает электрический ток, определяется высотой конусообразной части датчика.. При малом угле заточки торцовой части датчика (менее 140°} высота его конусообразной части будет сравнима с толщиной изоляции, поэтому разрешающая способность дат чика по глубине будет одного порядк с толщиной изоляции. В результате датчик не позволяет замерить электрическое сопротивление 1или влажнос материала по глубине с большой точностью. Для повышения разрешающей способности датчика по глубине, а следовательно, для повышения точнос ти контроля влсшности по глубине из ляции, необходимо угол заточки выби рать так, чтобы высота конусообразной части датчика была много меньше толщины иЗ.ОЛЯЦИИ (кратность порядка 10). С учетом этого условия для исследования материалов, применяемых в высоковольтном аппаратостроеНИИ (толщина изоляции от 100 мк до единиц сантиметра), угол заточки то цовой части датчика изменяется от 140 до 160°. При дальнейшем увеличении угла заточки затрудняется вво датчика в материал. При выбранных размерах минимальная величина тока протекающего между электродами датчика, находящегося нэ воздухе, составляет порядка . Эта величина тока надежно регистрируется известными измерительными приборами, например усилителем ИМТ-05. При ввеении датчика в увлажненный изоляционный материал величина тока в измерительной цепи увеличивается. образом, датчик, состоящий из двух коаксиально расположенных электродов со сплошной изоляцией мегду ними, например фторопластовой, обеспечивёиющей большую механическую прочность датчика, имеющий заточенное под определенным углом острие для отвода его на заданную глубину в исследуемый материал, позволяет производить контроль влажности изоляционного материала посредством измерения тока, протекающего между торцами электродов датчика. Предлагаемый датчик прост по конструкции, имеет высокую механическую прочность и может использоваться для контроля распределения влажности бумажной изоляции, а также других элластичных материалов по глубине. Формула изобретения 1.Датчик контроля распределения влаги в тонкой изоляции, состоящий из двух коаксиальных цилиндрических электродов, из которых внутренний заострен, отличающийся тем, что, с целью повышения его надежности и увеличения разрешающей . способности, пространство между коаксиальными электродами заполнено твердой изоляцией с высоким удельным электрическим сопротивлением, причем отношение радиуса внутреннего электрода к толщине слоя изоляции составляет 20-30, а отношение вниинаго ра-, диуса наружного электрода к толщине изоляции 40-60. 2.Датчик по п. 1, отличающийся тем, что угол заточки коаксиальных электродов и изоляционной прослойки между ними составляет 140-160°. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Казарновский Д.М. и др. Испытания электроизоляционных материалой, Электричество. М., 1963, с. 18-30. 2.Авторское свидетельство СССР 573743, кл. G 01 N 27/22, 1977 (прототип).