SU1688199A1

SU1688199A1 - Способ определени среднего положени остаточного зар да диэлектриков

Info

Publication number: SU1688199A1
Application number: SU894653331A
Authority: SU
Inventors: Николай Михайлович Алейников
Original assignee: Воронежский государственный университет им.Ленинского комсомола
Priority date: 1989-02-20
Filing date: 1989-02-20
Publication date: 1991-10-30

Abstract

Изобретение отнгс тс ч эпектро- измерени м и может бы г г. и чгльтовано дл определени среднего nor ен/н остаточного зар да в плоских д.ппект- риках (олектретах) . Цель изобретени - повышение точности и упрощение измерений. Дл осуществлени способа образец перемещают в зазоре измерительного плоского вибрационного конденсатора с одним вибрирующим электродом . В различных положени х образца измер ют величину зазора между неподвижным электродом конденсатора и образцом , а также величину электрического тока во внешнем проводнике, гальванически соедин ющем обе обкладки конденсатора. Искомую величину вычисл ют по формуле х Г L , где х - среднее положение зар да, отсчитываемое от поверхности образца, обращенной к неподвижному электроду; 1,1 о - величины зазоров между образцом и неподвижным эпектродом дл первого и второго положений образца; . - амплитуды токов вибрационного конденсатора дл первого и второго положений образца; Ј - относительна диэлектрическа проницаемость образца. 1 ил. § (Л

Description

Изобретение относится к электроизмерениям, предназначено для определения среднего положения остаточного заряда в плоских диэлектриках 5 (электретах) и может быть использовано при диагностике остаточного заряжения различных диэлектрических материалов.

Цель изобретения - повышение том- 10 ности определения среднего положения остаточного заряда в диэлектриках, а также упрощение методики измерений .

Способ заключается в том, что 15 исследуемый плоский образец диэлектрика с неизвестным распределенным по его толщине зарядом помещают в зазор < плоского измерительно вибрационного конденсатора параллельно его лласти- 20 нам. Оба электрода конденсатора гальванически связаны,. Один из электродов конденсатора приводят в колебание. Измеряют, величину ..зазора между образцом и неподвижным электродом кондеи- 25 сатора, а также амплитуду тока в электрической цепи, соединяющей обкладки вибрационного конденсатора. Перемещают образец в новое положение., повторяют измерения зазора между об- 30 разцом и электродом и величины тока в цепи, соединяющей обкладки. Искомую величину среднего положения заряда вычисляют по формуле — _ р Ag.li ~ А (1г. 35 ’^ь ' а;~=а7 >

где х - среднее положение заряда, отсчитываемое от поверхности образца, обращенной 40 к неподвижному электроду;

“ величины зазоров между образцом и неподвижным электродом для первого и второго положений образца 45 соответственно,·

ApAg - амплитуды сигналов вибрационного конденсатора для . первого и второго положений образца соответствен- 50 но;

£ - относительная диэлектрическая проницаемость образца. Данный способ может быть реализован с помощью устройства, схематичес- >5 ки показанного на чертеже.

тельного вибрационного конденсатора, в зазор которого помещают исследуемый плоский образец 3. Электрод 1 неподвижный, а электрод 2 - вибрирующий. Колебания передаются электроду 2 от генератора колебаний (не показан). Образец 3 может перемещаться в зазоре конденсатора, а расстояние между образцом и неподвижным электродом 1 может быть измерено. Оба электрода соединены внешним проводником 4. Заряженный образец индуцирует в зазоре конденсатораэлектрическое поле, вели-, чина которого изменяется вследствие вибрации электрода 2 и вызывает пульсирующий ток в проводнике 4. Возникающий электрический сигнал может быть усилен линейным усилителем и измерен регистрирующим устройством (не показаны).

\ Рассмотрим подробнее физическую 'сущность предлагаемого способа.

Выберем ось х вдоль нормали к поверхности образца, а за начало отсчета (х = 0) примем поверхность образца, примыкающую к неподвижному электроду 1. Предположим, что имеет место одномерное рампределение заряда в образце, т.е. объемная плотность заряда р (х, у, г) = р(х). Предположим также, что контактная разность потенциалов между электродами имеет нулевое значение. На практике это может быть реализовано, например., выбором ‘однотипных электродов. Будем считать также, что сопротивление внешнего проводника 4 мало и изменение сигна- ’ ла в проводнике успевает следовать ,за изменениями положения вибрацион кого электрода.

• По известному определению величина среднего положения заряда плоского образца при одномерном распределении в нем заряду f х О(x)dx / _β 3__2------- _? (D

J p(x)dx о

где L - толщина образца.

Пусть образец отстоит от неподвижного эле юрода на расстоянии 1, а расстояние между электродами - h, причем когда электрод 2 вибрирует, величина зазора h изменяется по закону '

Два плоских металлических электрода 1 и.2 являются обкладками измери5 где h_o - равновесное межэлектродное расстояние;

а - амплитуда колебаний вибрационного электрода;

GO - циклическая частота вибрации .

При сделанных выше допущениях зависимость тока конденсатора от времени имеет вид _T/_t\ ₌ ____iQt)_________ {£^0 ^{+ а}‘^siⁿWt)-gL + Lj²

Ь L xjj· lj p(x)dx + J xp(x)dxj _} (2) где 5 - относительная диэлектрическая проницаемость образца;

S - площадь обкладок конденсатора Для амплитуды тока получим, полагая в (2) cosGOt = 1, т = __S«a____ * ' &L + L)* *

I»Ь p(x)dx +j xp(x)dx^ ;(3)

Очевидно, что при установившемся процессе, когда амплитуда и частота * не. изменяются со временем, а заряд в образце не перераспределяется по его толще, зависимость (3) пульсаций тока представляет линейную зависимость от величины зазора

1„(1) - 8t)„£l * BLG,,.

^{ГДе В} (6h₀“£L +~ЕУ^г; ь ·

G_n=[xp(x)dx - полная поверхносто ¹ ностная плотность _u заряда;

Gf=! xp(x)dx - эффективная поверхо ностная плотность/ заряда, приведенная к плоскости х = L.

При практических измерениях сигнал может быть преобразован, например, линейным усилителем-преобразовате- . лем в некоторую величину, например напряжение,

A(l) = kl^d) = kBtf_n£l + kBLG_Aj к - коэффициент усиления сигнала или коэффициент преобразования, например, то 5 ка в напряжение.

Для определения среднего положе ния заряда образец помещают на некотором расстоянии It от неподвижного электрода и измеряют величину преобразованного сигнала A_t:

А₍ = A Ц) = kBCj_ne 1₁ + kBLG₍ .

Затем перемещают образец в другое положение, например на расстояние от электрода 1, и измеряют величину сигнала

А₂ = A(1 ) = + kBLG\.

Решая систему двух последних уравнений, найдем величину среднего попоженив заряда.

Способ определения среднего по25 ложения заряда в Диэлектриках является бесконтактным и неразрушающим.

При его реализации не используются никакие внешние электрические поля и другие воздействия на образец, спо30 собные привести к перераспределению заряда в образце и, следовательно, к ошибкам измерений.

Claims

Формула изобретения

I

35 I

Способ определения среднего положения остаточного заряда диэлектриков, заключающийся в том, что плоский образец помещают в зазор плоскод0 го конденсатора с одним вибрирующим электродом параллельно его пластинам, изменяют положение образца в конденсаторе в направлении, перпендикулярном поверхности образца, и измеряют 45 величину зазора между неподвижным электродом и образцом в первом и втором положениях, отличающи.йс я тем, что, с целью повышения точности и упрощения, измеряют величину 50 тока в'-электрической цепи, соединяющей обкладки конденсатора в первом и втором положениях, а среднее положение заряда, отсчитанное от поверхности, обращенной к неподвижному .

₅₅ электроду, определяют по формуле где А(1) - амплитуда преобразованного сигнала;

' 1688199 величины зазора между образцом и неподвижным электродом для первого ' :

и второго положений образца соответственно;

амплитуды сигналов вибрационного конденсатора . для первого и второго п ложений образца соответ ственно;

£ - относительная диэлектри ческая проницаемость образца.