Устройство для определения электрической прочности и электропроводности смазочных сред

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик пц 932379(22) Заявлено 10,06,80(21) 2939044/18-25 присоединением зая23) Приоритет С 01 И 27 уларственныи комитетСССРизобретенийткрытий по лелам и о.Мышкин и В.В.Кончиц ститут механики )иеталлополимерных систеМ АН Белорусской ССР(71) Заявитель 4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ И,ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ СМАЗОЧНЫХ СРЕДс относитс химическ к устройст- исследоваетени физик Изовам длний. электриэ ксплумазочной деление(электри- сопротивх устройст едостатки практичес рушения плмя данх смазоч- малоДля исследования ряда проблемграничного трения, а такжеческих скользящих контактоватирующихся в присутствии ссреды, важным является опреэлектрических характеристикческая прочность, удельноеление и др.) смазочных веществ в-г.тонких граничных слоях (10 +10 м). В частности, установление достоверных данных об электрических свойст-. вах жидкостей в граничных слоях . имеет принципиальное значение при использовании различных электрически методов для определения толщины, несущей способности, сплошности граничных смазочных слоев; изучении закономерностей передачи электрического тока через смазанный электрический контакт; разработке новых смазок для электрических контактов; изученин физической сущности прсцессов эрозии при электроэрозионном способе обработки материалов.Получаемые в настоящее вре ные об электрических свойства ных материалов в тонких слоях достоверны и противоречивы. Это обуловлено тем, что стандартное оборудование, используемое для определе ния электрических характеристик жидких диэлектриков в объеме, в данномслучае не пригленимы из-за большойпогрешности, возникающей при создании и измерении микронных зазоров.между испытательными элетродами.Известно устройство, в которомв качестве одного из электродов использована концевая мерительнаяплитаукрепленная на рабочем столике вертикального оптиметра, а вторым электродом служит цилиндрик диаметром б мм, укрепленный на вертикальной оси оптиметра.Измерение величины зазорамеждуэлектродами осуществляется за.счетперемещения вертикального стержня,на один конец которого прикрепленоотражательное зеркало, а другой конец опирается на перемещающийся электрод. Устройство позволяет произво дить измерения с точностью до1 мкм 11.Однако для известны вхарактерны следующие нпри зазорах 10 +10 м932379 копараллельности, приводящего к большим погрешностям при измерении величины зазора и даже возникновению местных контактов между электродами;б) для определения элекТрических характеристик нежелательно использование 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 установлен ные с зазором друг относительно друга плоский и выпуклый электроды и мехайизм относительного перемещения электродов. В данном устройстве выпуклый электрод выполнен в виде 25 шара. Фиксированный зазор между электродами создается путем переме- щения шарового электрода на две пластинки слюды, расположенные на плос" ком электроде, на некотором рассто- ЗО янии друг от друга. Изменение величины зазора производится путем раздвига пластинок слюды. Применение шарового электрода позволяет избежать влияния несоосности электродов, практически исключает появлениеемкостного сопротивления при использовании переменного напряжения (2 )Однако данное устройство обладает тем недостатком, что максимальная 4 О напряженность поля на участке наибольшего сближения электродов должна быть рассчитана по выражению, которое получается из теоретического рассмотрения задачи о поле шара и плоскости45 ме того, существуют особые точки,где расчет требует особых допущений. Таким образом, определение напряженности, а следовательно иудельного сопротивления среды в зазоре дчя описанной комбинации электродов, требует громоздких вычислений, которые в случае малых зазоровприходится проводить приближенно.Цель изобретения -, повышение точности и определения измерений электрических характеристик смазочных материалов в тонких граничных слоях.фПоставленная цель достигается тем,что в устройстве для определенияэлектрических характеристик смазочныхсред, включающем установленные с зазором друг относительно друга плоский и выпуклый электроды, соединенные с механизмом перемещения и.источником напряжения, выпуклый электрод имеет форму половины двухполосного гиперболоида вращения, а электроды установлены с зазором, определяемым из соотношенияВ=09-1Д(где- расстояние между электродами;Й - длина действительной полуоси гиперболоида.При приложении напряжения П междугиперболоидом и плоскостью (фиг.1)наименьшее расстояниемежду которыми равно действительной полуосигиперболоида Й, напряженность поляв любой точке зазора определяют изрешения уравнений Лапласа для по- -тенциала, например,2.0 ЬсЗ (1)Л.Озф-Л Ыи(ЬфдВ-д)где Л - координата точки в зазоре;Ь - мнимая полуось гиперболоида.Максимальная напряженность поля,достигаемая на конце гиперболоида(2) Е электро е П - потенциал шаров Удельное сопротивление среды в зазоре между гиперболоидом и плоскостью может быть определено по величине общего сопротивления промежутка к 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 напряжен ность и потенциал в любой точке зазора определяются только одним параметром Х и могут, быть найдены аналитически из решения уравнения Лапласа. В случае любой другой фор о радиус 2 ф вЬ и-.о Ч =4+68 в 55 оф А%2(и+)а+эЪ Ыим)д2и:о ь (еа),между элекмалых 1 рядынтов Ф. ио и поэтомуишь прибли=А с азор стиицие родами,для емкостЧ сходятся Ес моженно. Кро г обла оэфф медл чис ных че е т лмы выпуклого электрода поля не определяются одним параметром и ихрасчет возможен только сложнымиметодами в приближенном виде.Таким образом, использованиеданной комбинации электродов позволяет производить точные измерения электрических характеристиксреды при заданной толщине слояпутем выбора электрода с соответствующигли геометрическими параметрами, Этот выбор облегчается тем,что для заданного промежуткаможет быть выбран электрод с гиперболическии профилем в широком диапазоне длин мнимых полуосей Ь. При малых (микронных) зазорах этот диапазон ограничивается значениями0,5 ЙЬ 10 Й, поскольку изготовлениеэлектродов с Ъ 0,5 й трудно осуществимо из-за малого радиуса закругления, а при Ь 10 Й зазор приближаетсяк плоскостному.Оптимальной.для расчета являетсяустановка межэлектродного промежутка , равного Й. Однако расчетнаяоценка показывает, что при отклонении величины промежутка г, от значения действительной полуоси гиперболоида Й на0,1 с) использование формул (1) и (2) вызывает погрешностьне выше 5. В связи с этим возможновыбиратьисходя иэ соотношения/6=0,9-1,1.Данная комбинация электродовпозволяет также как и в случае шарплоскость исключить влияние несоос- З 5ности на результаты измерений, поскольку изменение угла наклона иглы в пределах нескольких градусовне сказывается существенно на величине зазора и электрическом поле. между 40электродами. Емкостное сопротивлениесистемы пренебрежимо мало, поэтомудля измерения электрических характеристик возможно использование переменных или импульсных напряжений.Для точного и плавного перемещения электродов друг относительнодруга и установления требуемого зазора рекомендуется использовать механизмы, действие которых основанона расширении твердых телпри нагревании, Регистрация величины зазора осу. Ществляется с помоцью индукционныхили емкостных датчиков.На фиг.1 представлена системагиперболоид-плоскость; на Фиг.2 -схема устройства.Устройство содержит плоский. полированный образец-электрод 1 со смазочной средой 2 и электрод 3 в Форме гиперболоида врацения, установленную на расстоянии г =(0,9-1,1)4от образца. Электрод 3 крепится вкоромысле 4 головки профилографа,связанной с индуктивным датчиком 5и электронныгл блоком б профилографа, 65 используемых для регистрации величины зазора. Механизм относительногопереиецения электродов включает узел7 микрометронного движения, жесткосвязанный с ним металлический цилиндр8 и стержень 9, прикрепленный кцилиндру. Электрод 3 и образец 1включены в электрическую цепь источника регулируеиого напряжения. Дляопределения требуемой электрическойхарактеристики используется соответствующий блок 10 электрических измерений,Устройство работает следующим образом,При неподвижном положении электрода 3 на образце 1 (показывающий прибор электронного блока б профилографа находится в нулевом положении).Стержень 9 с помощью узла 7 подводится под коромыслом 4, после чегопроизводится тонкая регулировка требуеглого зазора Р путем изменения линейных размеров цилиндра 8 за счетего нагревания, Регистрация величины зазора осуцествляется с помощьюэлектронного блока б профилографа.При использовании стандартного записываюцего прибора профилографа максимальная чувствительность системыпри измерении зазора составляет0,05 глкм/см. Для определения требуемой электрической характеристики подбираютсянеобходимые параметры электрическойцепи и соответствующий блок электрических измерений 9,Предлагаемое устройство используют для измерения электрическойпрочности некоторых технических масел в микрослоях толщиной 2 мкм.Берут стальной электрод в форме гиперболоида вращения с параметрамид= 2 мкм, Ь=4 мкм, плоские полированные образцы (ч 11) из серебра и меди.Значения электрической прочности ЕяРопределены по величине напряженияпробоя, используя формулу (2). Оче-видно, что, применяя плоские электроды или комбинацию шар-плоскость,получить достоверные данные об электрической прочности в микронной области толщин невозможно.В случае необходимости измеренийэлектрических свойств смазочныхсред в некотором диапазоне толщинудобно иметь набор электродов сдействительной полуосью й, перекрывающей данный диапазон. Получениеэлектродов в Форме. гиперболоида возможно путем электрополирования, поскольку при данном способе обработкизаостренных стержней последние естественным образцом приобретают формугиперболоида.Использование предлагаемого устройства позволяет повысить точность932379 Формула изобретения ИИИПИ Заказ 3773/63 Тираж 833 Подписно Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектна и достоверность измерения электрических характеристик смазочных сред в микрослоях толщиной до 10 м.Предлагаемое устройство может быть использовано в любых областях науки и техники, где необходимо определение электрических характеристик жидких сред В .тОнких слОях,Устройство для определения электрической прочности и электропровод- ности смазочных сред, содержащее плоский и выпуклый электроды, установленные с зазором один относительно другого и соединенные с механизмом перемещения и источником напряжения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности определения, выпуклый электрод имеет форму половины двухполостного гиперболоида вращения, а электроды установлены с зазором, определяеьим из соотношения- =0,9-1,1йгде- расстояние между электродами;Й - длина действительной полуосигиперболоида. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Елин ЛЗахаржевская В. Электрическое сопротивление пленок сма 15 зочного масла "Машинное" и трансформаторного, 1949, Труды ОПИМФа,вып.8, с. 120.2. С.Я 1 гропдзе е 1 а 8, ТЬ.п НГт