Электроемкостный преобразователь для неразрушающего контроля диэлектрических характеристик материалов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИ 4 ЕСНИХРЕСПУБЛИК 091 (11) 1 Н 27 26 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН К АВТОРСКОМ ТЕЛЬСТВУ Бюл. В 12механики полимеро л лектри- наклад ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И. ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Институтв АН ЛатвССР(56) Авторское свидетельство СССР Р 1226348, кл. С 01 К 27/26, 1984. (54) ЭЛЕКТРОЕМКОСТНЫИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ НЕРАЗРЛАКИЦЕГ 0 КОНТРОЛЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ(57) Изобретение относится к контролю физических параметров и предназначено для неразрушающего контро" ля диэлектрических характеристик полимерных и других непроводящих материалов. Цель изобретения - повышение чувствительности преобразователя и точности измерений путем введения второго дополнительного электрода и подавления электрических полей между нерабочими поверхИзобретение относится к контро ю физических параметров, а именно - к неразрушающему контролю диэлектрических характеристик полимерных и .других непроводящих материалов и может быть использовано для опреде.ления частотных зависимостей этих характеристик.Цель изобретения - повышение чув"ствительности преобразователя иточности измерений диэлектрических,ностями преобразователя. Входныеклеммы 12, 13 конвертора 4 отрицательного сопротивления по напряжению являются входом преобразователя, причем клемма 13 соединена снизкопотенциальным электродом 3, аклемма 12 - с выходом конвертора4, с входом буферного усилителя 6,с выходом которого соединен второйдополнительный электрод 5, конструктивно охватывающий нерабочие поверхности высокопотенциального электрода 1, образцовый резистор 7 исхему 8 гальванической развязки, атакже с выводом образцового резистора 7, второй вывод которого соединен с высокопотенциальным электродом 1, а вход схемы 8 развязкиприсоединен параллельно резистору 7,выходные клеммы 14, 15 схемы развязки 8 являются выходом преобразователя, причем к второму выходу конвертора 4 присоединен дополнительный электрод 2, а исследуемый материал 16 находится вблизи электродов1,2,3,5, 1 з.п.ф-лы, 2 ил. характеристик материалов за счет введения второго дополнительного электрода и подавления электриче еких полей между нерабочими поверхностями высокопотенциального и низкопотенциального электродов а также между нерабочими поверхностями высокопотенциального эле ктрода и общей. шиной.На фиг, 1 представлена э ческая функциональная схеманого электроемкостного преобразователя, на фиг. 2 - электрическаяпринципиальная схема развязки.Электроемкостный преобразовательдля неразрушающего контроля диэлектрических характеристик материаловсодержит высокопотенциальный 1, дополнительный 2 и низкопотенциальный 3 электроды, конвертор 4 отрицательного сопротивления по напряжению, второй дополнительный электрод,5, буферный усилитель 6, образцовый резистор 7 схему 8 развязки, буферный усилитель 9, резисторы 10 и 11 обратной связи, входныеклеммы 12 и 13 и выходные клеммы 14и 15. Исследуемый материал 16 находится в непосредственной близкостик электродам,Схема 8 развязки содержит операционный усилитель 17, резисторы18 и 19 обратной связи, оптрон 20,резистор 21 ограничения тока светоизлучающего диода оптрона и резистор 22 нагрузки.Высокопотенциальный и низкопотенциальный электроды 1 и 3 предназначены для создания электрического поля в исследуемом материале 16.Для этого высокопотенциальный электрод 1 через образцовый резистор 7соединен с входной клеммой 12, анизкопотенциальный электрод 3 - свходной клеммой 13. Конвертор 4 отрицательного сопротивления по напряжению и дополнительный электрод2 служат для создания дополнительного электрического поля в исследуемом материале 16, уменьшающегочувствительность электроемкостногопреобразователя к контактным условиям между электродами и исследуемым материалом. Вход конвертора 4отрицательного сопротивления понапряжению также присоединен квходным клеммам 12 и 13 электроемкостного преобразователя, Второй дополнительный электрод 5 предназначендйя подавления электрического полямежду нерабочими поверхностями высокопотенциального 1 и низког;.отенциального 3 электродов, а также общей шиной, Для этого второй дополнительный электрод 5 конструктивно охватывает нерабочие поверхности высокопотенциального электрода 1 иобразцовый резистор 7. Питание втоРого дополнительного электрода 51638665 10 15 20 Электроемкостный преобразователь накладывается на исследуемый материал 16. На входные клеммы 12 и 13 электроемкостного преобразователя подается тестовое напряжение, которое создает электрическое поле между высокопотенциальным 1 и низкопотенциальным 3 электродами, а также посредством конвертора 4 отрицательного сопротивления создает дополнительное электрическое поле между высокопотенциальным 1 и дополнительным 2 электродами противоположного знака по отношению к электрическому полю между высокопотенциальным 1 и низкопотенциальным 3 электродами. Кроме того, тестовое напряжение посредством буферного усилителя 6 подается также на второй дополнительный электрод 5, таким образом поддерживая при этом равными по времени напряжения на высокопотенциальном 1 и втором дополнительном 5 электро 40 45 дах, в результате чего отсутствуетэлектрическое поле между этими электродами. Ввиду отсутствия электрического поля между электродами 1 и 5,а также благодаря предложенному конструктивному исполнению второго дополнительного электрода 5 линии напряженности электрического поля между высокопотенциальным 1 и низкопо 50 тенциальным 3 электродами замыкаются лишь через объект 16 контроля.Следовательно, ток в цепи высокопотенциального электРода 1 прямо пропорционален результирующей напряжен 25 30 35 осуществляется при помощи буферного усилителя 6, вход которого соединен с входной клеммой 12 электроемкостного преобразователя. Так как непосредственное подключение внешнего измерительного устройства к образцовому резистору 7 вызвало бы дополнительный ток через образцовый резистор 7 и входное сопротивление измерительного устройства на общую шину, то подключение электроемкостного преобразователя к внешнему измерительному устройству реализуется через схему 8 развязки, обеспечивающую разрыв нежелательного контура тока. Конструктивно схема развязки 8 также охвачена вторым дополнительным электродом 5.Устройство работает следующим образом.1 бности электрического поля в исследуемом материале 16 и поэтому является выходным параметром электроемкостного преобразователя. Падение напряжения на образцовом резисторе 7, вызванное током в цепивысокопотенциального электрода 1,образует выходной сигнал электроемкостного преобразователя, которыйвнешнему измерительному устройствупередается посредством схемы 8 развязкиВ данном случае схема развязки 8построена на .базе оптрона (Лиг,2)Входйой сигнал схемы развязки 8 усиливается в усилителе напряжения, построенном на операционном усилителе17, и резисторами 18 и 19 обратнойсвязи до величины, обеспечивающейоптимальный режим работы входной цепи оптрона 20. Выходной сигнал схемы развязки образуется в виде падения напряжения на резисторе 22 нагрузки, включенном последовательнов выходную цепь оптрона 20,Введение второго дополнительногоэлектрода позволяет осуществить подавление электрического поля междунерабочими поверхностями высокопотенциального и низкопотенциальногоэлектродов, а также между нерабочими поверхностями высокопотенциального электрода и общим проводом. Вследствие этого существенно уменьшаетсянаЧальная емкость элетроемкостногопреобразователя, а его чувствительность увеличивается.Формула изобретения1. Электроемкостный преобразователь для неразрушающего контроля диэлектрических характеристик материалов, содержащий высокопотенциальный и низкопотенциальный электроды и расположенный между ними дополнительный 38 бо 56электрод, конвертор отрицательногосопротивления по напряжению, имеющий входные и выходные клеммы, причем входные клеммы конвертора являются входом преобразователя, первая входная клемма соединена с низкопотенциальным электродом, а первый выход конвертора соединен с дополнительным электродом, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности измерений, в негодополнительно введены буферный усилитель с единичным коэффициентомусиления, образцовый резистор, схема развязки, второй дополнительныйэлектрод, охватывающий нерабочиеповерхности высокопотенциального электрода, образцовый резистор и схемуразвязки, а на рабочей поверхностипреобразователя он расположен вокруг высокопотенциального электрода, причем вторая входная клемма присоединена к входу буФерного усилителя, выход которого соединен с вторым дополнительным электродом и спервым выводом образцового резистора, второй вывод которого соединенс высокопотенциальным электродом, 30 параллельно образцовому резисторуподсоединена схема развязки, выходыкоторой соединены с выходными клеммами преобразователя.2. Преобразователь по и. 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, схема развязки, выполненная на базе оптрона, содержит усилитель напряжения, резистор ограничения тока светодиода и резистор нагрузки, соеди ненный последовательно с Аотодиодомоптронной пары, причем ходами схемыразвязки являются входы усилителя напряжения,.с выходом которого последовательно соединены резистор ограниче ния тока светодиода оптрона и светодиод оптронной пары, и второй входусилителя напряжения.1638665 1 б рректор С.йекмар Заказ 926 писно ра обретениям и открытиям при ГКНТ ССРаущская наб., д. 4/5 В тета по ва, Исударственного к 113035, М