Способ определения среднего положения остаточного заряда диэлектриков

 

Изобретение отнгс тся ч эпектроизмерениям и может бы г г. и чгльтовано для определения среднего nor ен/н остаточного заряда в плоских д.ппектриках (олектретах) . Цель изобретения - повышение точности и упрощение измерений. Для осуществления способа образец перемещают в зазоре измерительного плоского вибрационного конденсатора с одним вибрирующим электродом . В различных положениях образца измеряют величину зазора между неподвижным электродом конденсатора и образцом , а также величину электрического тока во внешнем проводнике, гальванически соединяющем обе обкладки конденсатора. Искомую величину вычисляют по формуле х Г L , где х - среднее положение заряда, отсчитываемое от поверхности образца, обращенной к неподвижному электроду; 1,1 о - величины зазоров между образцом и неподвижным эпектродом для первого и второго положений образца; . - амплитуды токов вибрационного конденсатора для первого и второго положений образца; Ј - относительная диэлектрическая проницаемость образца. 1 ил. § (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 R 29/12

ФЖЩфщиц

@ЩИ. р

Б ЛЧРТ - . — —:-.Ф

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 465333 1!21 (22) 20.02.89 (46) 30.10.91. Бюл. М 40 (71) Воронежский государственный университет им. Ленинского комсомола (72) Н.И. Алейников (53) 621.317.3 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

:Н 1307395, кл. G 01 R 29/12, 1987.

Авторское свидетельство СССР

У 1352411, кл. С 0 1 R 29/12, 1987. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРЕДНЕГО ПОЛОЖЕНИЯ ОСТАТОЧНОГО ЗАРЯДА ДИЭЛЕКТРИКОВ (57) Изобретение относится к электроизмерениям и может быть использовано для определения среднего положения остаточного заряда в плоских диэлектриках (электретах) . Цель изобрете- . ния — повышение точности и упрощение измерений. Для осуществления способа образец перемещают в зазоре измери-!

„„SU 16оо1!)9 А 1

2 тельного плоского вибрационного конденсатора с одним вибрирующим электродом. В различных положениях образца измеряют величину зазора между неподвижным электродом конденсатора и образцом, а также величину электрического тока во внешнем проводнике, гальванически соединяющем обе обкладки конденсатора . Искомую величину выА(1д. — A<1< числяют по формуле. х

А -А1

2. где х — среднее положение заряда, отсчитываемое от поверхности образца, обращенной к неподвижному электроду;

1< — величины зазоров между образцом и неподвижным электродом для первого и второго положений образца;

А,,A — амплитуды токов вибрационно- го конденсатора для первого и второго положений образца; Я вЂ” относительная диэлектрическая проницаемость образца. l ил.

1688199

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

Цель изобретения - повышение точ- 1О ности определения среднего положения остаточного заряда в диэлектрикаж,, 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 изиерительно вибрационного конденсатора параллельно его пласти- 2О нам. Оба электрода конденсатора .гальванически связаны„ Один из электродов конденсатора приводят в колебание.

Измеряют величину зазора между образцом и неподвижным электродом конденсатора, а также амплитуду тока в электрической цепи, соединяющей обкладки вибрационного конденсатора.

Перемещают образец в новое положение повторяют измерения зазора между об- 3О разцом и электродом и величины тока в цепи, соединяющей обкладки. Искоиу@ величину среднего попожения заряда вычисляют по формуле

Ад1» — А <1g. х = К --- — --- — — >

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

1, 1 — величины зазоров между образцом и неподвижным электродом для первого и второго положений образца соответственно;

А „Л вЂ” амплитуды сигналов вибрационного конденсатора для, первого и второго положений образца соответствен- 5О но;

Я - относительная диэлектрическая проницаемость образца.

Данный способ может быть реализован с помощью устройства,, схематичес- >5 ки показанного на чертеже.

Два плоских металлических электрода 1 и .2 являются обкладками измерительного вибрационного конденсатора, в зазор которого помещают исследуемый плоский ohpa зец 3 . Зле кт род 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 конденсатора электрическое 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 отсчеЪ

-та (х = Оу примем поверхность образца, примыкающую к неподвижному электроду 1. Предположим, что имеет место одномерное рампределение заряда в образце, т.е. обьемная плотность заряда р (х, у, z) = (3(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 вибрационного электрода.

По известному определению величина среднего положения заряда плоского образца при одномерном распределении в НеМ зарядя

x p (x)dx х = -в--------- (1) ь

p(x)dx где L - толщина образца.

Пусть образец отстоит от неподвижного электрода на расстоянии 1, а расстояние между эле> тродами - h, причем когда электрод 2 вибрирует, ве- личина зазора Ь изменяется по закону

16881 9 где P - относительная диэлектрическая проницаемость образца; . S — площадь обкладок конденсатора, Для амплитуды тока получим, полагая в (2) cosset = 1, Способ определения среднего по ложения остаточного заряда диэлектриков, заключающийся в том что плоский образец помещают в зазор плоско4О го конденсатора с одним вибрирующим электродом параллельно его пластинам, изменяют положение образца в конденсаторе в направлении, перпендикулярном поверхности образца, и измеряют величину зазора между неподвижным электродом и образцом в первом и втором положениях, о т л и ч а ю щ и, йс я тем, что, с целью повышения точности и упрощения, измеряют величину тока в -электрической цепи, соединяющей обкладки конденсатора в первом и втором положениях, а среднее положение заряда, отсчитанное от поверх. ности, обращенной к неподвижному:

55, электроду, определяют по формуле а Ат1(— A(1z х=" А А )

2 где h, — равновесное межэлектродное расстояние; а - амплитуда колебаний вибрационного электрода;

Я - циклическая частота вибрации.

При сделанных выше допущениях зависимость тока конденсатора от времени имеет вид

86)а (gh, -QL+ L)Z"

L т(О1 ((x)dx + ) x (x) de о о

Очевидно, что при установившемся процессе, когда амплитуда и частота не изменяются со временем а заряд в образце.не перераспределяется по его толще, зависимость (33 пульсаций тока представляет линейную зависимость от величины зазо >а

1„(1) = В5„ 1+ ВЬ6„

R3a где В (Eh, — pL + Ь) *

Ь (р =- I)() (х) dx — полная поверхности о ностная плотность

L заряда;

Я -) x((x)dx — эффективная поверхо ностная плотность заряда, приведенная к плоскости

x =L, При практических измерениях сигнал может быть преобразован, например, линейным усилителем-преобразовате- . лем в некоторую величину, например напряжение, A(1) = kI (1) =1вб„Е1 + kBLG» где А(1) — амплитуда преобразованного сигнала;

k — коэффициент усиления сигнала или коэффициент преобразования, например, то5 ка в напряжение.

Для определения среднего положения заряда образец помещают на некотором расстоянии 1ф от неподвижного электрода и измеряют величину преобразованного сигнала А(.

А = А ()) = 1сВГ), Е 1(+ kBLG, Затем перемещают образец в другое положение, например на расстояние 1 ,от электрода 1, и измеряют величину сигнала А .

А, = А(1,) = kB6

Решая систему двух последних уравнений, найдем величину среднего положения 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, способные привести к г1ерераспределению заряда в образце и, следовательно, к ошибкам измерений. формула изобретения !

1бР81>g

Соста в и тел ь 13. Куча

Редактор А. Маковская Техред А.Кравчук Корректор Н. Ревская

Заказ 3707 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113335, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.,Ужгород, ул.Гагарина, 101 аде 1<,1 — величины зазора между образцом и неподвижным электродом для первого

< и второго положений образ-5 ца соответственно;

A,,À — амплитуды сигналов вибрационного конденсатора . для первого и второго положений образца соответственно;

Š— относительная диэлектрическая проницаемость образца.