CS271625B1

CS271625B1 - Device for thin insulants' electrostriction measuring

Info

Publication number: CS271625B1
Application number: CS886855A
Authority: CS
Inventors: Vladimir Prof Ing Drsc Rysanek; Stanislav Nemec
Original assignee: Rysanek Vladimir; Stanislav Nemec
Priority date: 1988-10-18
Filing date: 1988-10-18
Publication date: 1990-10-12
Also published as: CS685588A1

Abstract

The device consists of a dual piezoelectric element, created from the first and second piezoelectric roller (1 and 4). The first one is equipped with the first and second electrode (3 and 2), the second one with the third and fourth electrode (6 and 5). The second and the third electrode (2 and 6) bear planarly on each other and the first and the second piezoelectric roller (1 and 4) have the same polarity at the place of contact. The first and fourth electrodes (3 and 5) are connected to earth. One pole of the voltage meter (20) is connected to the contact of the second and third electrode (2 and 6) and is bridged by the switch (21). The second pole of the voltage meter is connected to the earth. The piezoelectric rollers (1,4) are placed in the solid clamping yoke (17), whose adjusting part (18) has an adjusting screw (19) against the fourth electrode (5) and whose supporting part (16) is placed against the first electrode (3) and bears planarly on the first marginal electrode (11), which is conductively connected and at the same time grounded with the second marginal electrode (13), which bears planarly on the first electrode (3) of the first piezoelectric roller (1). A middle electrode (12) is placed between the marginal electrodes (11, 13) and, via the two-way switch (22), is connected to the voltage source (15). Spaces for the bedding of the first and second thin plate (9, 10) of the measured sample are created among the marginal electrodes (11,13) and the middle electrode (12). The device is very sensitive to small changes in size.<IMAGE>

Description

Vynález se týká zařízení pro měření elektrostrikce tenkých izolantů.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device for measuring the electrical insulation of thin insulators.

Měření elektrostrikce se provádí u pevných izolantů většinou nepřímo, protože její velikost je pro používaná elektrická pole velmi malá. U kapalných izolantů se běžně provádí měření elektrostrikce přímo tak, že se určuje velikost změny objemu izolační kapaliny po přiložení elektrického pole například pomocí uzavřeného objemu a připojení měrné kapiláry. Nepřímé metody, které vycházejí z měření změn kapacity připojeného měrného kondenzátoru, vykazují malou přesnost a jsou experimentálně velmi pracné, zejména u tenkých vzorků. Nejnovější přímé metody určování elektrostrikce užívají holografických metod, které dovolují stanovení projevu elektrostrikce, zejména u nepravidelných elektrických polí, pouze kvalitativně. Pro složitost zařízení a možnost pouze semikvalitního posouzení získaných výsledků se těchto způsobů neužívá a u nových vyvíjených materiálů se údaje o elektrostrikci neuvádějí právě pro nedostupnost vhodné měřicí techniky.The measurement of electrostriction is usually indirectly carried out on solid insulators because its size is very small for the electric fields used. For liquid insulators, electrostriction measurements are commonly performed directly by determining the amount of change in the volume of the insulating liquid upon application of an electric field, for example by means of a closed volume and connection of a specific capillary. Indirect methods, which are based on measuring capacitance changes of the connected capacitor, show low accuracy and are experimentally very laborious, especially for thin samples. The latest direct methods of electrostriction determination use holographic methods that allow the determination of electrostriction manifestation, especially in irregular electric fields, only qualitatively. Because of the complexity of the equipment and the possibility of only semi-quality assessment of the results obtained, these methods are not used, and for new materials being developed, data on electrostriction are not given precisely due to the unavailability of a suitable measuring technique.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje zařízení pro měření elektrostrikce tenkých izolantů podle vynálezu. Jeho podstatou je, že se skládá z piezoelektrického dvojčete, vytvořeného z prvního piezoelektrického válečku opatřeného první elektrodou a druhou elektrodou, к němuž je připojen druhý piezoelektrický váleček, opatřený třetí a čtvrtou elektrodou. Toto uspořádání je sestaveno tak, že druhá elektroda plošně dosedá na třetí elektrodu a první a druhý piezoelektrický váleček mají v místě styku stejnou polaritu. První a čtvrtá elektroda jsou spojeny a uzemněny. Ke styku druhé a třetí elektrody je připojen jeden pól měřiče napětí, který je přemostěn spínačem. Druhý pól měřiče napětí je uzemněn. Oba dva piezoelektrické válečky jsou umístěny ve svíracím tuhém jhu, jehož nastavovací část je opatřena nastavovacím šroubem, umístěným proti čtvrté elektrodě druhého piezoelektrického válečku. Opěrná část svíracího tuhého jha je umístěna proti první elektrodě prvního piezoelektrického válečku a plošně dosedá na první krajní elektrodu, která je vodivě spojena s druhou krajní elektrodou a je s ní uzemněna. Druhá krajní elektroda plošně dosedá na první elektrodu prvního piezoelektrického válečku. Mezi první a druhou krajní elektrodou je umístěna střední elektroda, která je přes dvoupolohový přepínač připojena к jednomu pólu zdroje napětí, jehož druhý pól je uzemněn. Mezi první krajní elektrodou a střední elektrodou je vytvořen prostor pro vložení jedné tenké destičky měřeného vzorku a mezi druhou elektrodou a střední elektrodou je vytvořen prostor pro vložení druhé tenké destičky měřeného vzorku. ·The above-mentioned drawbacks are overcome by the device for measuring the electrostriction of thin insulators according to the invention. It consists essentially of a piezoelectric twin formed of a first piezoelectric cylinder provided with a first electrode and a second electrode to which a second piezoelectric cylinder provided with third and fourth electrodes is attached. This arrangement is constructed such that the second electrode is flat against the third electrode and the first and second piezoelectric rollers have the same polarity at the point of contact. The first and fourth electrodes are connected and grounded. One pole of the voltage meter is connected to the contact of the second and third electrodes, which is bridged by a switch. The other pole of the voltage meter is grounded. The two piezoelectric rollers are disposed in a stiff rigid yoke, the adjusting portion of which is provided with an adjusting screw positioned opposite the fourth electrode of the second piezoelectric roller. The support portion of the pinch solid yoke is positioned against the first electrode of the first piezoelectric roller and abuts the first outer electrode, which is conductively connected to and grounded with the second outer electrode. The second outer electrode abuts the first electrode of the first piezoelectric roller. Between the first and second end electrodes there is a central electrode, which is connected to one pole of the power supply, the other pole of which is grounded, via a two-position switch. A space is provided between the first outer electrode and the middle electrode for insertion of one thin plate of the measured sample and between the second electrode and the central electrode there is space for insertion of the second thin plate of the measured sample. ·

Výhodou zařízení pro měření elektrostrikce tenkých izolantů podle vynálezu je jeho vysoká citlivost na malé změny rozměrů, kdy lze určit elektrostrikci s přesností až 1 %.The advantage of the electrostriction measuring device for thin insulators according to the invention is its high sensitivity to small dimensional changes, where it is possible to determine the electrostriction with an accuracy of up to 1%.

Uspořádání měřeného vzorku ze dvou dílů mezi vodivými elektrodami je výhodné pro jeho snadnou izolaci a odstranění částí, které by snižovaly přesnost měření svými deformacemi.Arrangement of the two-sample sample to be measured between the conductive electrodes is advantageous for its easy isolation and removal of parts that would reduce the accuracy of the measurement by its deformations.

Příklad provedení zařízení pro měření elektrostrikce tenkých materiálů podle vynálezu a úprava měřeného vzorku jsou schematicky uvedeny na výkresu.An exemplary embodiment of a device for measuring the electrostriction of thin materials according to the invention and the treatment of the measured sample are schematically shown in the drawing.

Zařízení se skládá z piezoelektrického dvojčete, tvořeného prvním a druhým piezoelektrickým válečkem £ a £, z piezoelektrické keramiky. První piezoelektrický váleček £ je opatřen první elektrodou £ a druhou elektrodou 2. Obdobně je druhý piezoelektrický váleček £ opatřen třetí elektrodou £ a čtvrtou elektrodou 5_. Druhá elektroda 2 plošně dosedá na třetí elektrodu £. První a druhý piezoelektrický váleček 1 a 4 jsou polarizovány tak, že v místě styku druhé a třetí elektrody 2 a£ ^maJÍ stejnou polaritu. První a čtvrtá elektroda £ a £ jsou spojeny a vodičem £ jsou uzemněny. Ke styku druhé a třetí elektrody 2 a £ je připojen jeden pól měřiče 20 napětí, který je přemostěn spínačem 21. Druhý pól měřiče 20 napětí je uzemněn. První a druhý piezoelektrický váleček £ a £ jsou umístěny ve svíracím tuhém jhu 17. Nastavovací část 18 svíracího tuhého jha 17 je opatřena nastavovacím šroubem 19 proti čtvrté elektrodě £ druhého piezoelektrického válečku £. Opěrná Část 16 svíracího tuhého jha 17 je zde kónicky zúžena a je umístěna proti první elektrodě £ prvního piezoelektrického válečku £ a plošně dosedá na první krajní elektrodu ££, která je spojena vodičem 14 s druhou krajní elektrodou 13 a je s ní uzemněna. Druhá krajní elektroda 13 plošCS 271 625 B1 ně dosedá na první elektrodu 2 prvního piezoelektrického válečku 2· Mezi první a druhou krajní elektrodou 11 a 13 je umístěna střední elektroda 1^2, která je vyvedena a je spojena se svorkou 2 dvoupolohového spínače 22. Jeden pól dvoupolohového spínače 22 je uzemněn a druhý pól je spojen se zdrojem 15 ste jroeměrného nebo střídavého napětí. Mezi první krajní elektrodou 11 a střední elektrodou 12 je prostor pro vložení jedné tenké destičky 9 měřeného vzorku a mezi druhou krajní elektrodou 13 a střední elektrodou 12 je vytvořen prostor pro vložení druhé tenké destičky 10 měřeného vzorku.The apparatus consists of a piezoelectric twin formed by first and second piezoelectric rollers 6 and 6 of piezoelectric ceramic. The first piezoelectric roller 6 is provided with a first electrode 6 and a second electrode 2. Likewise, the second piezoelectric roller 6 is provided with a third electrode 6 and a fourth electrode 5. The second electrode 2 is flat against the third electrode 6. The first and second piezoelectric roller 1 and 4 are polarized such that the point of contact of the second and third electrodes 2 and £ ^has it the same polarity. The first and fourth electrodes 6 and 6 are connected and grounded by the conductor 6. One pole of the voltage meter 20 is connected to the contact of the second and third electrodes 2 and 6 and is bridged by the switch 21. The other pole of the voltage meter 20 is grounded. The first and second piezoelectric rollers 6 and 6 are located in the pinch stiffener 17. The adjusting portion 18 of the pinch stitch 17 is provided with an adjusting screw 19 against the fourth electrode 6 of the second piezoelectric roller. Here, the support portion 16 of the pinch stiffener 17 is conically tapered and is positioned opposite the first electrode 6 of the first piezoelectric roller 4 and is flush with the first outer electrode 60, which is connected by a conductor 14 to the second outer electrode 13 and grounded therewith. The second outer electrode 13 of the first piezoelectric roller 2 abuts against the first electrode 2 of the first piezoelectric roller 2. A central electrode 12 is placed between the first and second outer electrodes 11 and 13 and is connected and connected to terminal 2 of the two-position switch 22. the pole of the on / off switch 22 is grounded and the other pole is coupled to a source 15 of alternating or alternating voltage. Between the first outer electrode 11 and the central electrode 12 there is space for insertion of one thin sample plate 9 and between the second outer electrode 13 and the central electrode 12 there is space for insertion of the second thin plate 10 of the measured sample.

Uvedené zařízení měří elektrostrikční změny rozměrů tak, že se měřený vzorek sevře dostatečným tlakem pomocí nastavovacího šroubu 19 a zkratuje se měřič 20 napětí spínačem 21. Pak se připojí přes dvoupolohový spínač 22 zdroj 15 napětí. Po připojení napětí se odstraní zkrat spínačem 21. zkratování vzorku dvoupolohovým spínačem 22 potom měřič 20. napětí ukáže napětí, úměrné elektrostrikční deformaci vzorku.Said device measures the electrostrictive dimensional changes by clamping the sample to be measured with sufficient pressure by means of the adjusting screw 19 and shorting the voltage meter 20 with the switch 21. Then a voltage source 15 is connected via the two-position switch 22. After the voltage is applied, the short circuit is removed by the switch 21. Shorting the sample by the on / off switch 22 then the voltage meter 20 shows a voltage proportional to the electrostrictive deformation of the sample.

Tímto zařízením je též možno měřit po připojení střídavého napětí na vzorek průběh elektrostrikční deformace při střídavém poli.With this device it is also possible to measure the course of the electrostrictive deformation in an alternating field after applying the AC voltage to the sample.

Výhodou tohoto zařízení je jeho vysoká citlivost na malé změny rozměrů, což plyne z vysokého poměru mezi tloušťkami vzorků, které pro tloušťky 2x5 /um a délku piezoelektrických válečků 2x5 cm jsou v poměru 1 : 10 000 a vzhledem к poměru piezoelektrických konsα tant keramiky к elektrostrikčním změnám, což je asi 1 : 10 je celková citlivost zařízeníThe advantage of this device is its high sensitivity to small dimensional changes, which results from the high ratio between the sample thicknesses, which for the thicknesses of 2x5 / µm and the length of 2x5 cm piezo rollers are 1: 10,000 and relative to the piezoelectric ceramic change, which is about 1:10 is the overall sensitivity of the device

3 pro měření deformací 1 nm asi 1 : 10 , což umožňuje při těchto deformacích získat napětí řadu 10 V a měřit s přesností 0,1 V. Při měření napětí touto přesností je možno určit elektrostrikci s přesností 1 %.3 for measuring 1 nm deformations of about 1: 10, which makes it possible to obtain a voltage of 10 V in these deformations and to measure with an accuracy of 0.1 V. When measuring the voltage with this accuracy, electrostriction can be determined with an accuracy of 1%.

Claims

Apparatus for measuring the electrostriction of thin insulators, characterized in that it consists of a piezoelectric twin formed of a first piezoelectric roller (1) provided with a first electrode (3) and a second electrode (2) to which a second piezoelectric roller (4) is attached, provided with a third electrode (6) and a fourth electrode (5) such that the second electrode (2) abuts the third electrode (6) and the first and second piezoelectric rollers (1 and 4) have the same polarity at the contact point, the first and fourth the electrode (3 and 5) are connected and grounded, to the contact of the second and third electrodes (2 and 6) is connected one pole of the voltage meter (20) which is bypassed by the switch (21) and the other pole is grounded and both piezoelectric rollers (1, 4) are located in a stiff rigid yoke (17), the adjusting portion (18) of which is provided with an adjusting screw (19) against the fourth electrode (5) of the second piezoelectric yoke. the support (16) and the support portion (16) of the pinch stitch (17) is positioned opposite the first electrode (3) of the first piezoelectric roller (1) and abutting the first outer electrode (11), which is conductively connected by the conductor (14) to the second outer electrode (13) is grounded, the second outer electrode (13) abuts the first electrode (3) of the first piezoelectric roller (1), and a middle electrode (12) is positioned between the first and second outer electrodes (11 and 13). ), which is connected to one pole of the voltage source (15) via a two-position switch (22), the other pole of which is grounded, between the first outer electrode (11) and the middle electrode (12) there is space for inserting one thin plate (9) a space for receiving a second thin sample plate (10) is formed between the second outer electrode (13) and the middle electrode (12).