Способ определения среднего положения остаточного заряда диэлектриков

(51)5 С 01 К 29/1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР САН ИЗ ЕЛЬСТВ ВТОР СНОМ 65333 12120.02.893 0.10.91. Бюл, М 0Воронежский государрситет им. ЛенинскоН.И. Алейников621.317.3 (088.8)Авторское свидетель7395, кл, С 01 К 29торс кое2111, кл тельнденсадом.изме р ро венны ом унив лектр цом, а такжо тока воьваническиконденсато лад- высвидетельст С 01 К 29 ПРЕДЕЛЕНИЯ ОЧНОГО ЗАРЯДжение зар хности об жному эле ров между ца од считываем обращенно 11 - ве цом и неп Ю) изме относится к электро т быть использовано реднего положения а в плоских диэлект ) . Цель изобрете- . очности и упрощение уществления способа т в зазоре измеридом для перобразца;ибрационного и второ- относительаемость бр Изобретениеениям и можпределенияочного заря(электретаповышениеений. Для оец перемеща тво СССР 12, 1987, о СССР 12, 1987.РЕДНЕГО ПОА ДИЭЛЕКТРИ вого и вт АА - а го конден го положе ная диэле образца. ого вибрационного кон ним вибрирующим элект ых положениях образца ину зазора между непо дом конденсатора и об е величину электричес нешнем проводнике, соединяющем обе обк а . Искомую величинуА 1 а - А 1 муле. х =АЯ -А 1 реднее полоое от поверй к неподвиличины зазоодвижным элекорого положенмплитуды токосатооа для пений образца;ктрическая прил.Изобретен ие относи тся к эле ктроизмерениям, предназначено для определения среднего положения остаточного заряда в плоских диэлектриках(электретах) и может быть использовано при диагностике остаточного заряжения различных диэлектрическихматериалов,Цель изобретения - повышение точности определения среднего положенияостаточного заряда в диэлектрикажа также .упрощение методики измерений,Способ заключает.я в том, цто 15исследуемый плоский образец диэлектрика с неизвестным распределенным поего толщине зарядом помещают в зазорплоского изиерительно вибрационногоконденсатора параллельно его пласти Онам. Оба электрода конденсатора .гальванически связаны Один из электродов конденсатора приводят в колебание,Измеряют величину .зазора между образцом и неподвижньм электродом конденсатора, а также амплитуду тока вэлектрической цепи, соединяющей обкладки вибрационного конденсатора.Перемещают образец в новое положениеповторяют измерения зазора между образцом и электродом и величины токав цепи, соединяющей обкладки, Искомую величину среднего попожения заряда вычисляют по Формуле35Ад 1 - А 1 гхА - Агде х - среднее положение заряда,отсчитываемое от поверхности образца, обращенной 4 Ок неподвижному электроду;1, 1 - величины зазоров между образцом и неподвижнымэлектродом для первого ивторого положений образцасоответственно;А ,А- амплитуды сигналов вибрационного конденсатора для,первого и второго погожений образца соответствен Оно;Я - относительная диэлектрическая проницаемость образца,Данный способ может быть реагизован с помощью устройства схематицес ки показанного на чертеже.Два плоских металлических электрода 1 и .2 являются обкладками измерительного вибрационного конденсатора,в зазор которого помещают исследуемый плоский образец 3. Электрод 1неподвижный, а электрод 2 - вибрирующий. Колебания передаются электроду2 от генератора колебаний (не показан)Образец 3 может перемещаться в зазоре конденсатора, а расстояние междуобразцом и неподвижным электродом 1может быть измерено. Оба электрода соединены внешним проводником 4. Заряженный образец индуцирует в зазореконденсатора электрическое поле, вели-,цина которого изменяется вследствиевибрации электрода 2 и вызывает пульсирующий ток в проводнике 4. Возника"ющий электрический сигнал может бытьусилен линейным усилителем и измеренрегистрирующим устройством (не показаны).Рассмотрим подробнее Физическуюсущность предлагаемого способа.Выберем ось х вдоль нормали кповерхности образца, а за начало отсчеЪта (х = Оу примем поверхность образ"ца, примыкающую к неподвижному электроду 1. Предположим, цто имеет местоодномерное рампределение заряда вобразце, т.е. объемная плотность заряда р (х, у, э) =(х) . Предположимтакже, что контактная разность потенциалов между электродами имеет нулевое значение. На практике это можетбыть реализовано, например., выборомоднотипных электродов. Будем считатьтакже, цто сопротивление внешнегопроводника 4 мало и изменение сигна-ла в проводнике успевает следоватьза изменениями положения вибрационного электрода,По известному определению величина среднего положения заряда плоского образца при одномерном распределении в нем зарядах 3(х)дхх - е-Яе- ве (1)(х) охгде Ь - толщина образца.Пусть образец отстоит от неподвижного электрода на расстоянии 1, а расстояние между элетроддми Ь причем когда электрод 2 вибрирует, ве-" личина зазора Ь изменяется по закону1 б 88199 Е Аг 1 ( - А(1 гА - А2 где Ь, - равновесное межэлектродное расстояние; а - амплитуда колебаний вибрационного электрода; Я - циклическая частота вибрации.При сделанных выше допущениях зависимость тока конденсатора от вре" мени имеет вид( ) БЯатсоз(Яс)Х(Е(п + а я(пиа)-ЯЬ + 1 Я" я 615 (х)Фх +1 х(х)дх 1, И)о о где С, - относительная диэлектрическая проницаемость образца;. 8 - площадь обкладок конденсатора,Для амплитуды тока получим, полагая в (2) созЯй = 1,ЯЧао1 аф 11 (х)ех +хр(х)йхо о Очевидно, цто при установившемся процессе, когда амплитуда и частотане изменяются со временем, а заряд вобразце,не перераспределяется по его толще, зависимость Ю пульсаций тока представляет .линейную зависимость от величины зазоРа 1 И) = В 61+ ВЬОВдагде В - (Е.+ )т,(р =. 1)1".) (х) йх - полная поверхностио ностная плотность1 Фзаряда;от= х)(х)дх - эФФективнаЯ повеРхо ностная плотность;заряда, приведенная к плоскостих =Ь.При практических измерениях сигналможет быть преобразован, например,линейным усилителем-преобразовате- .лем в некоторую величину, напримернапряжение,где А(1) - амплитуда преобразованного сигнала; 1 с - коэФФициент усиления сигнала или коэффициент преобразования, например, тока в напряжение.Для определения среднего положения заряда образец помещают на некотором расстоянии 1 Ф от неподвижногоэлектрода и измеряют величину преобразованного сигнала А,: А = А И) = 1 сВГЕ 1 + 1 сВЬС,Затем перемещают образец в другоеположение, например на расстояние 1от электрода 1, и измеряют величинусигнала Аг. г 2 1 20Решая систему двух последних уравнений, найдем велицину среднего положения заряда,Способ определения среднего по ложения заряда в диэлектриках является бесконтактным и неразрушающим.При его реализации не используются никакие внешние электрические поля идругие воздействия на образец, способные привести к г 1 ерераспределениюзаряда в образце и, следовательно, кошибкам измерений. формула изобретения35Способ определения среднего положения остаточного заряда диэлектриков, заключающийся в том, что плоский образец помещают в зазор плоско О го конденсатора с одним вибрирующимэлектродом параллельно его пластинам,изменяютположение образца в конденсаторе в направлении, перпендикулярном повеохности образца, и измеряютвеличину зазора между неподвижнымэлектродом и образцом в первом и втором положениях, о т л и ч а ю щ и, йс я тем, цто, с целью повышения точности и упрощения, измеряют величинутока в электрицеской цепи, соединяющей обкладки конденсатора в первоми втором положениях, а среднее положение заряда, отсчитанное от поверхности, обращенной к неподвижному .;электроду, определяют по формулеЗаказ 3707 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113335, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", гужгород, ул.Гагарина, 101дс 11 - величины зазора между образцом и неподвижнымэлектродом для первогои второго положений образ ца соответственно;АА - амплитуды сигналов вибрационного конденсатора . для первого и второго положений образца соответственно;Е - относительная диэлектрическая проницаемостьобразца.