СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОЙ ПЛОТНОСТИ ПОЛНОГО ЗАРЯДА В ПЛОСКИХ ДИЭЛЕКТРИКАХ

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОЙ ПЛОТНОСТИ ПОЛНОГО ЗАРЯДА В ПЛОСКИХ ДИЭЛЕКТРИКАХ


RU (11) 2298199 (13) C1

(51) МПК
G01R 29/24 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(14) Дата публикации: 2007.04.27 
(21) Регистрационный номер заявки: 2005138723/28 
(22) Дата подачи заявки: 2005.12.12 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2005.12.12 
(45) Опубликовано: 2007.04.27 
(56) Аналоги изобретения: SU 1471152 А1, 07.04.1989. SU 1352411 A1, 15.11.1987. SU 1307395 A1, 30.04.1987. RU 2260811 С1, 20.09.2004. JP 8152449 A, 11.06.1996. 
(72) Имя изобретателя: Алейников Николай Михайлович (RU); Алейников Алексей Николаевич (RU) 
(73) Имя патентообладателя: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный университет" (RU) 
(98) Адрес для переписки: 394006, г.Воронеж, Университетская пл., 1, ГОУВПО "Воронежский государственный университет", Центр трансфера технологий 

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОЙ ПЛОТНОСТИ ПОЛНОГО ЗАРЯДА В ПЛОСКИХ ДИЭЛЕКТРИКАХ

Способ основан на индуцировании и измерении переменного тока в цепи вибрационного конденсатора с заряженным образцом в его зазоре. Образец помещают в первое положение в зазор конденсатора параллельно его обкладкам. Перемещают образец в направлении нормали к его поверхности во второе положение. Измеряют токи конденсатора для обоих положений образца при нулевом напряжении на конденсаторе, а также измеряют ток конденсатора в одном из положений образца, например первом, при известном постоянном напряжении на конденсаторе и величину плотности заряда вычисляют по формуле. Способ позволяет упростить процесс измерения за счет исключения регулирования и систематического измерения напряжения на конденсаторе. 1 ил. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Способ относится к электротехническим измерениям, предназначен для измерения параметров остаточного заряжения плоских диэлектриков, а именно поверхностной плотности полного (реального) заряда, поверхностных плотностей эффективных (формальных) зарядов, а также среднего положения (центра распределения) распределенного в плоском диэлектрике заряда.

Способ основан на индуцировании переменного тока в цепи вибрационного конденсатора с заряженным образцом в его зазоре. Физические основы индукционных измерений параметров остаточного заряжения диэлектрических материалов изложены в (Алейников А.Н., Алейников Н.М. Индукционные методы определения параметров остаточного заряжения диэлектрических материалов, "Материаловедение". - М.: Наука и технологии, №3, с.26-33, 2002). Наиболее распространенными индукционными способами являются компенсационные. В компенсационном способе (А.с. SU №1352411, МПК G 01 R 29/12, 1987) исследуемый плоский диэлектрик помещают в зазор вибрационного плоского конденсатора параллельно его обкладкам и, регулируя постоянное напряжение на конденсаторе, добиваются полного исчезновения тока в цепи конденсатора. Затем перемещают образец в другое положение и снова добиваются нулевого тока конденсатора, регулируя напряжение на конденсаторе. Величину поверхностной плотности заряда вычисляют по формуле 

где U1 и U 2 напряжения компенсации, при которых амплитуды токов конденсатора I1 и I2 обращаются в нуль, l - величина перемещения образца из первого положения во второе. Основной недостаток компенсационных измерений определяется необходимостью применения высоких электрических компенсационных напряжений, разрушающих исследуемые электретные состояния.

Наиболее близким к заявленному способу является способ частичной компенсации (А.с. SU №1471152, МПК G 01 R 29/12, 1989) (прототип). В этом способе так же, как и в компенсационном способе, перемещают образец из одного положения в другое и регулируют постоянное напряжение на конденсаторе. Но добиваются не полного исчезновения тока конденсатора, а только равенства токов для обоих положений образца в зазоре конденсатора. Величину r вычисляют по формуле, аналогичной (1).

По сравнению с компенсационными способами в способе-прототипе применяются значительно меньшие напряжения на конденсаторе, не разрушающие исследуемое электретное состояние, что делает этот способ более точным. Недостатком данного способа является необходимость измерения и регулирования напряжения на конденсаторе вплоть до момента выравнивания токов для различных положений образца в зазоре конденсатора. Это делает способ малотехнологичным и ограничивает возможность автоматизации измерений при массовых или длительных измерениях.

Задача, решаемая данным изобретением, - повышение технологичности и расширение функциональных возможностей способа измерения параметров остаточного заряжения диэлектрических материалов.

Технический результат заключается в упрощении процесса измерения исключением регулирования и систематического измерения напряжения на конденсаторе.

Технический результат достигается тем, что в известном способе измерения поверхностной плотности полного заряда в плоских диэлектриках, основанном на индуцировании и измерении переменного тока в цепи вибрационного конденсатора с заряженным образцом в его зазоре, включающем помещение образца в первое положение в зазор конденсатора параллельно его обкладкам и перемещение образца в направлении нормали к его поверхности во второе положение, согласно предлагаемому изобретению измеряют токи конденсатора для обоих положений образца при нулевом напряжении на конденсаторе, а также измеряют ток конденсатора в одном из положений образца, например первом, при известном постоянном напряжении на конденсаторе, а искомую величину плотности заряда вычисляют по формуле



где 0=8,85·10-14 Ф/см - электрическая постоянная, l - величина перемещения образца из первого положения образца во второе, U - известное постоянное напряжение, I 10 и I20 - сила тока конденсатора для первого и второго положений образца при нулевом напряжении на конденсаторе, I1U - сила тока конденсатора для первого положения образца при напряжении U на конденсаторе.

Рассмотрим суть предлагаемого изобретения. На чертеже приведена принципиальная схема, реализующая данный способ. Обкладками измерительного плоского вибрационного конденсатора являются неподвижный 1 и вибрационный 2 электроды. Между плоским образцом 3 толщиной L и электродом 1 образуется воздушный зазор, величина 1 которого может изменяться, например, при помощи микрометрического устройства (на чертеже не показано). От источника 4 при помощи переключателя 5 на обкладки 1 и 2 может подаваться нулевое или известное отличное от нуля постоянное напряжение U. Механические гармонические колебания электрода 2 возбуждаются вибратором 6. Возникающий в цепи конденсатора ток преобразуется усилителем 7 в напряжение, регистрируемое, например, осциллографом 8. Амплитуда переменного тока будет



где А - постоянная величина, зависящая от частоты и амплитуды вибрации, площади обкладок и межэлектродного расстояния вибрационного конденсатора, толщины и диэлектрической проницаемости образца, r - поверхностная плотность полного (реального) заряда, L - поверхностная плотность эффективного (формального) заряда.

Обозначим амплитуду тока в первом положении образца при нулевом напряжении на конденсаторе I 10, амплитуду тока во втором положении образца при нулевом напряжении на конденсаторе I20 и амплитуду тока в первом положении образца при напряжении U на конденсаторе I1U. Тогда в соответствии с (3) получим:

I10=А( l1 r+L L), I20=A( l2 r+L L), I1U=A( l1 r+L L- 0 U).

Решая систему из трех последних уравнений, получим формулу (2) для вычисления r. Из (2) следует, что для определения r необходимо измерить амплитуды токов I10 и I1U в одном положении образца при нулевом напряжении и известном напряжении U на конденсаторе, переместить образец на величину l и в этом положении образца измерить ток I 20 при нулевом напряжении на конденсаторе.

В качестве примера сравним возможности компенсационного способа, способа частичной компенсации и заявленного способа. Пусть у плоского образца толщиной L=0,4 см и диэлектрической проницаемостью =4 поверхностная плотность полного заряда составляет r=10-10 Кл/см 2. Величины зазоров l1 и l2 составляют: l1 =0,1 см, l2=0,2 см. Для упрощения расчетов предположим, что весь заряд локализован на поверхности образца, обращенной к вибрационному электроду 2, т.е. поверхностная плотность полного (реального) заряда r равна поверхностной плотности эффективного (формального) заряда L.

При измерениях компенсационным способом при l=l2 потребуется напряжение компенсации:



При измерениях способом частичной компенсации напряжение составит



При измерениях предлагаемым способом точность в определении искомой величины r будет определяться не только точностью измерения токов I10, I20 , I1U, но и относительной величиной I 1U/I10, которая в знаменателе конечной формулы (2) для вычисления r сравнивается с единицей. В частности, при малых значениях напряжения, когда U 0, величина I1U/I 10 1 и вычисления r приводят к бесконечно большому значению. Поэтому напряжение U должно быть достаточным, чтобы величина I1U/I10 заметно отличалась от единицы. Оценим величину I 1U/I10 для рассматриваемого примера при напряжении U=40 В.



Полученный результат показывает, что для определения r заявленным способом используемое напряжение (40 В) может быть значительно ниже не только напряжения, требуемого при компенсационных измерениях (340 В), но и напряжения, необходимого при измерениях способом частичной компенсации (113 В). При этом относительная величина I1U /I10 0,82 достаточно отличима от единицы и на точность измерений существенного влияния не оказывает.

Достоинством заявленного способа по сравнению со способом-прототипом является также возможность по полученным результатам измерений определить среднее положение распределенного в диэлектрике заряда



Методика определения рассмотрена в первом аналоге и [1], [2]. Кроме того, зная r и можно определить и другие параметры остаточного заряжения, а именно поверхностные плотности L и 0 приведенных к обеим поверхностям плоского образца эффективных (формальных) зарядов:



Необходимо отметить, что возможны случаи, когда при перемещении образца из положения l1 в положение l2 или при изменении напряжения от нулевого до известного напряжения U начальная фаза колебаний тока конденсатора изменится на противоположную. В таких случаях, как показано в первом аналоге и [2] при вычислении r и величины I20/I10 или I1U/I10 нужно брать отрицательными.

Использованные источники информации:

1. А.с. SU №1688199, МПК G01R 29/12, 1991.

2. Патент RU №2231804, МПК G01R 29/12, 2004.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Способ измерения поверхностной плотности полного заряда в плоских диэлектриках, основанный на индуцировании и измерении переменного тока в цепи вибрационного конденсатора с заряженным образцом в его зазоре, включающий помещение образца в первое положение в зазор конденсатора параллельно его обкладкам и перемещение образца в направлении нормали к его поверхности во второе положение, отличающийся тем, что измеряют токи конденсатора для обоих положений образца при нулевом напряжении на конденсаторе, а также измеряют ток конденсатора в одном из положений образца, например первом, при известном постоянном напряжении на конденсаторе, а искомую величину плотности заряда вычисляют по формуле



где 0=8,85·10-12 Ф/м - электрическая постоянная;

l - величина перемещения образца из первого положения образца во второе;

U - известное постоянное напряжение;

I 10 и I20 - сила тока конденсатора для первого и второго положений образца при нулевом напряжении на конденсаторе;

I1U - сила тока конденсатора для первого положения образца при напряжении U на конденсаторе.




РИСУНКИ





ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Электроника и электротехника




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+автомобильная -сигнализация".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "датчик" будут найдены слова "датчик", "датчики" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("датчик!").


Металлоискатели и металлодетекторы | Электронные устройства охраны и сигнализации | Электронные устройства систем связи | Приемные и передающие антенны | Электротехнические и радиотехнические контрольно-измерительные приборы и способы электроизмерений | Электронные устройства пуска, управления и защиты электродвигателей постоянного и переменного тока | Электродвигатели постоянного и переменного тока | Магниты и электромагниты | Кабельно-проводниковые и сверхпроводниковые изделия


Рейтинг@Mail.ru