Устройство для испытания образца на электростатическую зарядку

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Сфез СааетскихСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 240681 (2 г) 3310079/18-21 511 М. КЛ.З с присоединением заявки Мо(23) Приоритет С 01 й 31/00 Государственный комитет СССР по дедам изобретений и открытийОпубликовано 15;02.83, Бюллетень М 6 Дата опубликования описания 1502,83(72) Авторыизобретения В.М. Иванов, Ю.Г, Пехтерев и Т.Я. Рябова вявител 4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ОБРАЗЦА НА ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКУЮ ЗАРЯДКУа Изобретение относится к электро- измерительной технике и может быть использовано при создании устройств для контроля электростатических зарядов элементов конструкций, образцов материала и изделий.Известно устройство для испытаний образцов материалов на электростатическую зарядку, состоящее иэ неподвижной. кассеты с образцами и пере мещаемого емкостного зонда, подключенного к усилителю постоянного то".ка 1) .Недостатком этого устройства является низкая точность измерения в .результате того, что измеритель потенциала, работающий как емкостнЫй . делитель, не успевает разрядиться до нового значения. Кроме того, устройство содержит дополнительный двигатель для перемещения зонда в результате обнуления устройства, что снижает надежность устройства.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для испытания образца на . электростатическую зарядку, содержащсе емкостной датчик электрическо" го поля в виде тонкой консольной балки, соединенной с усилителем, изме" рителем и индикатором, емкостной дат чик, механически связанный через модулятор с выходом генератора, пери-.одически колеблющийся вдоль силовых линий электрического поля исследуе- мого образца 12(.Недостатком известного устройстваявляется невысокая точность измерения, обусловленная тем, что емкостной датчик (тонкая консольная балка) колеблется под действием модулятора на 1-ом типе иэгибных колебаний, час.тота которых зависит от герметических размеров датчика и механических свойств материала, которые меняются под действием внешних факторов и в процессе эксплуатации в результате старения и усталости металлаВ ре" эультате частота генератора и соб",ственная частота 1-го типа иэгибных; колебаний начинают. отличаться, след" ствием чего является; уменьшение амплитуды колебаний дачика и глубины модуляции емкости.25Так как выходной сигн л пропор"ционален глубине модуляции емкости, то уменьшение амплитуды колебаний датчика приводит к сваибкам измереЗо, ний, особенно при длительной эксплуатации, когда появляются усталостныеявления в материале датчика,Цель изобретения - повышение точ;ности измерений при длительной эксплуатации устройстваПоставленная цель достигается тем,что в известное устройство для испытаний образца не электростатическую,зарядку, содержащее модулятор, гене:ратор, источник питания, емкостнойдатчик, электрического поля в видетонкой консольной балки, соединенной,через усилитель с измерителем, выход которого соединен с индикатором, вве дены катушка соленоида, транзисторный ключ, проходной транзистор, фазовращатель, усилитель-формирователь, линейный усилитель, детектор, блоксравнения, источник опорного напря"жения, индукционный датчик, причемемкостной датчик электрического поляи модулятор выполнены из магнитногоматериала, последний выполнен в виде жестко закрепленного одним концом 5 20 на емкостном датчике электри .ского поля стержня, другой конец которого расположен в осевом канале катушки соленоида, индукционный датчик с сердечником: в виде Ч-образного постоянного магнита расположен под емкостным датчиком электрического поля 25 в плоскости изгибных колебаний последнего, катушка индукционного датчика, расположенная на сердечнике,одним из выводов ,подключена к общему выводу, а другим выводом - к 30 лителя, выход последнего через детектор соединен с одним из входовблока сравнения, другой вход которого соединен с источником опорногонапряжения, а выход - с базой прОходного транзистора, коллектор кото 40 рого соединен с выходом источника питания, а эмиттер - с коллектором транзисторного ключа, эмиттер которого соединен через катушку соленоидас общим выводом, а база - с выходом генератора и с выходом усилителя-формирователя, вход которого соединен а выходом Фазовращателя.На фиг, 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2- эпюры отклонения емкостного датчика электрического поля и напряжений в различных точках устройства.Устройство содержит емкостной датчик 1 электрического поля, выполненный в виде тонкой консольной балки, под которым на заземленном основании 2 из немагнитного материала установлен образец 3. На емкостиом датчике 1 перпендикулярно вго оси жестко закреплен одним концом модулятор 4 в аиде стержня, выпол 50 60 ненный, как и датчик, из магнитного.материала, другой конец стержня 4размещен в осевом канале соленоида входам Фазовращателя и линейного уси 5. Емкостной датчик 1 соединен с по-следовательно соединенньйи усилителем 6, измерителем 7 и индикатором8, Соленоид 5 является нагрузкойтранзисторного ключа 9, с. базой которого соединен индукционный датчик10 через фазовращатвль 11 и усилитель-Формирователь 12.Между источником 13 питания и коллектором транзисторного ключа 9включен проходной транзистор 14, сбазой которого также соединен индукционный датчик 10 через линейный усилитель 15, детектор 16 и блок 17сравнения. Кроме того, в устройствовходит генератор 18, соединенный сбазой транзисторного ключа 9, а также источник 19 опорного напряжения.Катушка индукционного датчика 10,фазовращатель 11, усилитель-формирователь 12, транзисторный ключ 9, катушка соленоида 5 и стержень 4 образуют цепь положительной обратной связи, необходимой для поддержки незату,.хающих изгибных колебаний датчика.На фиг, 2 обозначено: ЬЬ - откло"нение датчика 1 от положения равноГвесия, Оцд - напряжение на катушке индукционного датчика 10, 08- напряжение на выходе фазовращателя 11,0 снапряжение на выходе усилителя-Формирователя 12, О- напряжение на выходе транзисторного ключа 9,Работа устройства основана на том,что изменение собственной частотыизгибных колебаний зонда при изменении внешних факторов не приводит куменьшению амплитуды колебаний,таккак это изменение автоматически отражается и на сигнале. обратной связи,который зависит от частоты колебанийдатчика. В результате этого не возни.кают ошибки, связанные с изменениемсобственной частоты датчика, что может иметь место при длительной работе, когда меняется жесткость стержня из-за усталости материала.Устройство работает следующим образом.В исходном, состоянии емкостнойдатчик 1 находится в равновесии поддействием силы притяжения индукционного датчика 10, выполненного в видеЧ-образного магнита, и силы Упругости датчика 1, При подаче одиночногоимпульса от генератора 18 в обмоткесоленоида 5 протекает импульс тока,магнитное поле которого стягиваетстержень внутрь соленоида 5 и выводит датчик в нижнее от равновесия положение, По окончании импульса токадатчик стремится вернуться в положение равновесия, но за счет инерциипроходит его до верхнего от равнове-.сия положения.В катушкеиндукционного датчика10 из-за изменения магнитного сопро-,тивления зазора между полюсами магии " 1-: =. 9.9 б 958 63 и стальным датчиком 1 наводится формула изобретения тааинусоидальное напряжение с частотой колебаний датчика 1. Это напряженке с помощью Фазовращателя 11,. усилителя 12 и транзисторного ключа 9 преобразуется в прямоугольный импульс, который в соответствующей Фазе колебаний датчика и длительностью, приблизительно равной 1/3 периода колебаний, подается на катушку соленоида 5. За счет магнитного поля к стержню 4 прикладывается сила, благоприятная для резонансной раскачки емкоствого датчика 1. Такая положительная обратная связь позволяет с высокой точностью отслеживать частоту модулятора в соответствии с собственной частотой изгибных колебаний датчика.Прн увеличении амплитуды колебанмй датчика 1, вызванном старением материала датчика, увеличивается амплитуда синусоидального напряжения на датчике 10, что приводит к увеличению амплитуды сигнала на одном иэ .входов блока 17 сравнения, на вто рой вход которого поступает опорное напряжения с источника опорного на-,. пряжения 19. С выхода блока 17 сравнения управляющий сигнал поступает на базу проходного транзистора 14, изменяя питающее. напряжение ключа 9 так, чтобы уменьшилась сила,раскрывающая датчик 1. В результате амплитуда колебаний датчика 1 остается постоянной при изменении механических характеристик материала датчика в широких пределах, что особенно важно при длительной эксплуатации.Таким образом, выполнение модуля" тора в виде стержня из магнитного материала,жестко закрепленного одним концом на емкостном датчике также иэ магнитного материала перпендикуляр" но его оси, другой конец которого размещен в осевом канале соленоида с воэможностью перемещения вдоль его оси, наличие индукционного, датчика,размещенного под емкостным датчиком в полости иэгибных колебаний датчика, а также наличие положительной обратной.связи по глубине модуляции датчи. ка и отрицательной обратной связи по питающему напряжению позволяет повысить точность измерений при длитель ности воздействия внешних дестабилизирующих Факторов при длительной эксплуатации. Устройство для испытания образца на электростатическую зарядку, содержащее модулятор, генератор, источник питания, емкостный датчикэлектрического поля в энде тонкойконсольной балки, соединенной черезусилитель с измерителем, выход которого соединен с индикатором, о т л кч а ю щ е е ся тем, что, с цельюповьааения точности .иэиерения при длительной эксплуатации, в устройствовведены катушка соленоида, транзисторный ключ, проходной транзистор,Фаэовращатель, усилитель-формирова 15 тель, линейный .усилитеж, детектор,блок сравнения, источник опорного напряжения, индукционный датчик, причемемкостной датчик электрического поляи модулятор выполнены вз иагнитвого:щ материала, последний выполнен в видежестко закрепленного одним концомна емкостном датчике электрического,поля стержня, другой конец которогорасположен в осевом канале катушкисоленоида, индукционный датчик с сердечником в виде Ч-образного цостоян ного магнита расположен под еикоствымдатчиком электрического поля в плос"кости нэгкбвых колебаний .последнего,катушка индукционного датчика, распоЗО ложенная на сердечнике, одвкм иэ выводов бОДкЛЮчЕва к Общему выводу, адругим выводом - к входам Фаэовраща-,теля и линейного усилителя, выходпоследнего через детектор соединенЗ 5 с одним иэ входов блока сравнения,другой вход которого соединен с ис- .точником опорного напряжения, а вы":.ход - с базой проходного транзисто"ра, коллектор которого соединен с выщ ходом источника питания, а эымттерс коллекторои транзисторного ключа,змиттер которого соединен через ка"тушку соленоида с Общим выводом, абаза - с выходом генератора и с выходом усилителя-формирователя, входкоторого соединен с выходом фазовра"щателя.Источники информации,принятые во внимание прн экспертизе1. Нс. РЬегеов О.А Соц 1 ймав Э Р.4 ЬсьоЬей М,В ЗрасесгаЮй СЬаГу 1 пд ОУН 19 Ь А 1 В 1 цдев ЗСАТНА Вайе 1111 еРго 9 гащ. - Т. ЗрасесгаГй, мо. 12,9 10, 197.- 2, Авторское свидетельство СССР.Волощу едак ПодписиСССР 63 Тираж 7 О 8ИИПИ Государственного кпо делам изобретений и3035, Москва, Ж-З 5, Рауш каз 926 митетоткрытская д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Уагород, ул. Проектная, 4