CZ305455B6

CZ305455B6 - Způsob měření anizotropie elektrické rezistivity materiálů a zařízení k jeho provádění

Info

Publication number: CZ305455B6
Application number: CZ2003-2885A
Authority: CZ
Inventors: Aleš Richter; Jaroslav Odvárka; Miroslava Maršálková
Original assignee: Výzkumné Centrum "Textil" Technická Univerzita V Liberci
Priority date: 2003-10-21
Filing date: 2003-10-21
Publication date: 2015-09-30
Also published as: CZ20032885A3

Abstract

Při způsobu měření anizotropie rezistivity materiálů se na měřený materiál (1) přiloží dvojice měřicích elektrod (4) se vzduchovou mezerou (3) mezi sebou a měří se elektrický odpor mezi měřicími elektrodami (4) a následně se z naměřených hodnot určí elektrická rezistivita povrchu měřeného materiálu (1). Mezi měřicími elektrodami (4) se vytvoří lineární vzduchová mezera (3) a elektrická rezistivita povrchu měřeného materiálu (1) se zjišťuje v alespoň dvou rozdílných směrech uspořádání měřicích elektrod (4) a z hodnot elektrické rezistivity povrchu měřeného materiálu (1) zjištěných v různých směrech uspořádání se určí anizotropie povrchové elektrické rezistivity měřeného materiálu (1). Zařízení k měření anizotropie elektrické rezistivity materiálů obsahuje prostředky pro definované přiřazení měřeného materiálu (1) měřicím elektrodám (4), které jsou uloženy společně otočně kolem osy (O) kolmé na rovinu dosedacích ploch (40) měřicích elektrod (4) na měřený materiál (1). Měřicí elektrody (4) jsou spřaženy se zdrojem elektrické energie a s měřicím zařízením, případně i se zaznamenávacím a vyhodnocovacím zařízením.

Description

Způsob měření anizotropie elektrické rezistivity materiálů a zařízení kjeho provádění

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu měření anizotropie elektrické rezistivity materiálů, při kterém se na měřený materiál přiloží dvojice měřicích elektrod se vzduchovou mezerou mezi sebou a měří se elektrický odpor mezi měřicími elektrodami a následně se z naměřených hodnot určí elektrická rezistivita povrchu měřeného materiálu.

Vynález se dále týká zařízení k měření anizotropie elektrické rezistivity materiálů obsahujícího dvojici měřicích elektrod se vzduchovou mezerou mezi nimi a měřicí elektrody jsou spřaženy se zdrojem elektrické energie a s měřicím zařízením a případně i se zaznamenávacím zařízením a s vyhodnocovacím zařízením, přičemž zařízení dále obsahuje prostředky pro definované přiřazení měřeného materiálu měřicím elektrodám.

Dosavadní stav techniky

U celé řady materiálů je žádoucí zjištění anizotropie jejich elektrických vlastností, zejména je to žádoucí u těch materiálů, u kterých jejich anizotropie ovlivňuje jejich výsledné elektrické vlastností, jako jsou např. textilie s vodivými vlákny, kompozity s rastrem, povrchy s různou gravurou, vrapované povrchy atd.

Je známo měření elektrické rezistivity materiálů pomocí dvojice měřicích elektrod, z nich jedna má tvar kruhu a druhá má tvar mezikruží. Obě měřicí elektrody jsou při měření položeny na měřeném vzorku, přičemž kruhová měřicí elektroda je situována uvnitř měřicí elektrody ve tvaru mezikruží. Kruhová měřicí elektroda má od stěn měřicí elektrody ve tvaru mezikruží odstup, tj. mezi oběma měřicími elektrodami je mezera rovněž tvaru mezikruží. Měřicí elektrody jsou připojeny ke zdroji elektrického napětí a měří se elektrický odpor mezi nimi. Takto zjištěná hodnota popisuje komplexní povrchovou elektrickou rezistivitu materiálu, avšak neumožňuje zjištění anizotropie elektrické rezistivity materiálu, tj. zjištění rozdílnosti elektrické rezistivity materiálu v různých směrech vůči povrchu materiálu. Toto je hlavní nevýhodou dosavadního stavu techniky.

Cílem vynálezu je odstranit nebo alespoň minimalizovat nedostatky dosavadního stavu techniky.

Podstata vynálezu

Cíle vynálezu je dosaženo způsobem měření anizotropie elektrické rezistivity materiálů, jehož podstata spočívá vtom, že mezi měřicími elektrodami se vytvoří lineární vzduchová mezera a elektrická rezistivita povrchu měřeného materiálu se zjišťuje v alespoň dvou rozdílných směrech a z hodnot elektrické rezistivity povrchu měřeného materiálu zjištěných v různých směrech povrchu měřeného materiálu se určí anizotropie povrchové elektrické rezistivity měřeného materiálu.

Tímto je jednoduše rychle a přesně zjistitelná anizotropie povrchové elektrické rezistivity měřeného materiálu.

Pro určení anizotropie objemové elektrické rezistivity měřeného materiálu je výhodné, jestliže se měřicím elektrodám protilehlé strany měřeného materiálu přiřadí třetí elektroda a měří se elektrický odpor mezi měřicími elektrodami a třetí elektrodou a z hodnot objemové rezistivity zjištěných v různých směrech měřicích elektrod vůči povrchu měřeného materiálu se určí anizotropie objemové elektrické rezistivity měřeného materiálu.

. i .

Pro zlepšení reprezentativnosti naměřených hodnot je výhodné, jestliže se před zahájením měření stabilizují parametry měřeného materiálu.

Podstata zařízení k provádění způsobu podle nároku 1 spočívá v tom, že vzduchová mezera je tvořena lineární vzduchovou mezerou a měřicí elektrody jsou uloženy společně otočně okolo osy kolmé na rovinu dosedacích ploch měřicích elektrod na měřený materiál. Toto zařízení pro určení anizotropie povrchové elektrické rezistivity měřeného materiálu je jednoduché a přesné.

Podstata zařízení k provádění způsobu podle nároku 2 spočívá v tom, že vzduchová mezera je tvořena lineární vzduchovou mezerou a měřicí elektrody jsou uloženy společně otočně okolo osy kolmé na rovinu dosedacích ploch měřicích elektrod na měřený materiál, přičemž měřicím elektrodám je ve směru proti jejich dosedacím plochám s odstupem přiřaditelná třetí elektroda, přičemž mezi měřicími elektrodami a třetí elektrodou je prostor pro měřený materiál a třetí elektroda je spřažena se zdrojem elektrické energie, s měřicím zařízením a případně se zaznamenávacím zařízením a s vyhodnocovacím zařízením. Toto zařízení pro určení anizotropie objemové elektrické rezistivity měřeného materiálu je jednoduché a přesné.

Podle jednoho výhodného provedení je třetí elektroda uložena na jedné straně izolační podložky, která je uspořádána překlopitelně mezi polohou, v níž je třetí elektroda přivrácena dosedacím plochám měřících elektrod, a polohou, v níž je třetí elektroda odvrácena od dosedacích ploch měřicích elektrod.

Přitom je výhodné, jestliže v oblasti před a případně i za elektrodami je situováno stabilizační zařízení parametrů měřeného materiálu, které umožňuje dosáhnout i za různých vnějších podmínek srovnatelných podmínek měření, které je pak schopno dát reprezentativní výsledky.

Pro zařízení jako takové je výhodné, jsou-li měřicí elektrody pevně uloženy v otočném držáku. Podle dalšího výhodného provedení mají měřicí elektrody obdélníkový půdorys. Dále je výhodné, jsou-li měřicí elektrody uspořádány přestavitelně vůči rovině povrchu měřeného materiálu. Podle dalšího výhodného provedení je měřicím elektrodám přiřazeno odměřovací ústrojí úhlu jejich natočení. Měřicí elektrody jsou také s výhodou uloženy přestavitelně vzájemně vůči sobě.

Objasnění výkresů

Vynález je schematicky znázorněn na výkrese, kde ukazuje obr. 1 bokorysný pohled na uspořádání zařízení podle vynálezu na obr. 2 vliv natočení měřicích elektrod vůči povrchu měřeného materiálu.

Příklady uskutečnění vynálezu

Způsob měření anizotropie elektrické rezistivity materiálů spočívá v tom, že se mezi dvojicí měřicích elektrod vytvoří lineární vzduchová mezera, měřicí elektrody se přiloží na povrch měřeného materiálu v alespoň dvou rozdílných směrech v rovině povrchu materiálu a v každém směru přiložených měřicích elektrod na povrchu měřeného materiálu se do měřicích elektrod zavede elektrická energie a měří elektrický odpor mezi měřicími elektrodami a následně se určí elektrická rezistivita povrchu měřeného materiálu v jednotlivých směrech přiložení měřicích elektrod na povrchu měřeného materiálu a následně se určí anizotropie povrchové elektrické rezistivity materiálů.

Způsob podle tohoto vynálezu je možno rozšířit o měření objemové elektrické rezistivity materiálů, u něhož se kromě výše zmíněné dvojice měřicích elektrod pro měření povrchové elektrické rezistivity použije třetí elektroda, která se přiloží na protilehlý povrch měřeného materiálu, přičemž _ 7 _ se měří elektrický odpor mezi oběma měřicími elektrodami pro měření povrchové rezistivity a třetí elektrodou. Z výsledků měření pak lze určit anizotropii objemové elektrické rezistivity.

Zařízení k provádění způsobu obsahuje dvojici měřicích elektrod 4 obdélníkového půdorysu, které jsou uspořádány v odstupu od sebe a mají mezi sebou lineární vzduchovou mezeru 3. Měřicí elektrody 4 jsou na své přední straně opatřeny dosedací plochou 40 pro dosednutí na měřený materiál 1. Měřicí elektrody 4 jsou v zařízení uloženy otočně okolo osy 0 kolmé na rovinu dosedacích ploch 40, tj. měřicí elektrody 4 jsou otočné v rovině svých dosedacích ploch 40. Principiálně je také možné, aby byl otočně okolo osy 0 kolmé na rovinu dosedacích ploch 40 uložen měřený materiál 1 a měřicí elektrody 4 byly v zařízení uloženy neotočně. Účinek tohoto provedení je stejný jako účinek otočného uložení měřicích elektrod 4. Pro usnadnění manipulace s měřeným materiálem i jsou měřicí elektrody 4 uspořádány oddělitelně od roviny 14 povrchu měřeného materiálu 1. Ve znázorněném příkladu provedení jsou měřicí elektrody 4 pevně uloženy v otočném držáku 2. V neznázoměném příkladu provedení jsou měřicí elektrody 4 otočně uloženy jiným vhodným způsobem. Pro splnění požadavku na natáčení měřicích elektrod 4 je dostačující, aby byly měřicí elektrody 4 natočitelné o úhel 90° jak je znázorněno na obr. 2. Pro zajištění volitelné úhlové natočitelnosti měřicích elektrod 4 je zařízení opatřeno vhodným odměřovacím ústrojím úhlu natočení měřicích elektrod 4, např. je zařízení opatřeno mechanickým ústrojím se stupnicí a mechanickým ukazatelem natočení měřicích elektrod 4. Měřicí elektrody 4 mohou být uloženy přestavitelně vzájemně vůči sobě, tj. mohou mít měnitelnou vzdálenost mezi sebou, např. skokově či spojitě atd., čímž je možno nastavit vhodnou velikost mezery 40 mezi měřicími elektrodami 4.

Měřicí elektrody 4 jsou spřaženy se zdrojem elektrické energie a s měřicím zařízením. Ve znázorněném příkladu provedení jsou zdroj elektrické energie a měřicí zařízení tvořeny jediným zařízením, např. specializovaným měřicím přístrojem 8 pro měření elektrického odporu.

Alespoň měřicí zařízení může být dále spřaženo se zapisovacím a případně i vyhodnocovacím zařízením, což usnadní zaznamenávání a vyhodnocování naměřených hodnot a případně to umožňuje i usnadnit interpretaci výsledků měření. Ve znázorněném příkladu provedení jsou zapisovací zařízení a vyhodnocovací zařízení tvořena jediným zařízením tvořeným osobním počítačem 5.

V neznázoměném příkladu provedení jsou měřicí zařízení, zaznamenávací zařízení a vyhodnocovací zařízení a vyhodnocovací zařízení tvořena jedním zařízením např. vhodným počítačem.

Pro měření objemové elektrické rezistivity je zařízení opatřeno třetí elektrodou 12, přičemž mezi měřicími elektrodami 4 a třetí elektrodou 12 je měřený materiál i. Třetí elektroda 12 může být např. uložena v izolační podložce 10, na které při měření leží měřený materiál 1. Izolační podložka 10 je při měření anizotropie povrchové rezistivity uspořádána podle obr. 1, tj. je obrácena třetí elektrodou 12 dolů, čímž izoluje třetí elektrodu 12, zatímco při měření objemové rezistivity je izolační podložka 10 uspořádána obráceně vůči obr. 1, tj. je uspořádána třetí elektrodou 12 vzhůru. Třetí elektroda 12 je odpovídajícím způsobem zapojena do měřicího obvodu, včetně zaznamenávání a vyhodnocování naměřených hodnot.

Zařízení dále může obsahovat vhodné podávači ústrojí měřeného materiálu 1. Ve znázorněném příkladu provedení je podávači ústrojí měřeného materiálu I tvořeno zařízením pro podávání ohebného materiálu, např. plošné textilie (tkanina, atd.), které obsahuje přívod materiálu situovaný ve směru podávání materiálu před elektrodami 4, 12 a dále obsahuje před elektrodami 4, 12 situovanou brzdičku Π. regulující napětí měřeného materiálu 1 a šířkovou rozpínku 7 měřeného materiálu L Ve směru podávání materiálu za elektrodami 4,12 je situována druhá šířková rozpínka 7 měřeného materiálu I a za ní je situován navíjecí válec 13 měřeného materiálu L Podávači ústrojí měřeného materiálu i může být vhodným způsobem spřaženo s vhodným pohonem, ať už ručním či strojním či kombinovaným.

Zařízení dále může obsahovat stupnici 6 posunu měřeného materiálu i nebo jiné vhodné zařízení či prostředek k určení posunu měřeného materiálu _1.

Pro dosažení co nejstejnoměrnějších podmínek při měření je možno využít vhodného zařízení pro stabilizaci měřeného materiálu 1, např. pro stabilizaci teploty, vlhkosti a jiných parametrů měřeného materiálu i. Takovými parametry jsou např. u textilních materiálů především vlhkost, teplota, napjatost, absence skladů a lomů atd. Stabilizace vlhkosti a teploty se dosáhne např. použitím vhodné neznázoměné klimatizační komory zařazené např. před vstupem měřeného materiálu i do zařízení. Stabilizace napjatosti se dosáhne vhodným předepnutím měřeného materiálu 1 např. podávacím zařízením měřeného materiálu 1. Absence skladů a lomů se dosáhne např. řádným výběrem vzorku měřeného materiálu i.

Zařízení může pracovat buď manuálně, kdy všechny úkony (posuv materiálu, natáčení měřicích elektrod 4, inicializace měření, zaznamenávání naměřených hodnot, vyhodnocení, atd.) provádí obsluha zařízení, nebo může zařízení pracovat poloautomaticky, kdy část úkolů provádí obsluha a část úkolů se provádí automaticky, nebo může zařízení pracovat plně automaticky, kdy se všechny úkony provádějí automaticky a obsluha pouze dohlíží na řádný chod zařízení.

Průmyslová využitelnost

Vynález je využitelný pro měření anizotropie elektrické rezistivity různých druhů materiálů, např. textilií s vodivými vlákny, kompozitů s rastrem, povrchů s různou úpravou, např. gravurou, vrapováním a dalších možných materiálů.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims

1. Způsob měření anizotropie elektrické rezistivity materiálů, při kterém se na měřený materiál přiloží dvojice měřicích elektrod se vzduchovou mezerou mezi sebou a měří se elektrický odpor mezi měřicími elektrodami a následně se z naměřených hodnot určí elektrická rezistivita povrchu měřeného materiálu, vyznačující se tím, že mezi měřicími elektrodami (4) se vytvoří lineární vzduchová mezera (3) a elektrická rezistivita povrchu měřeného materiálu (1) se zjišťuje v alespoň dvou rozdílných směrech a z hodnot elektrické rezistivity povrchu měřeného materiálu (1) zjištěných v různých směrech povrchu měřeného materiálu se určí anizotropie povrchové elektrické rezistivity měřeného materiálu (1).

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že měřicím elektrodám (4) se z protilehlé strany měřeného materiálu (1) přiřadí třetí elektroda (12) a měří se elektrický odpor mezi měřicími elektrodami (4) a třetí elektrodou (12) a z hodnot objemové rezistivity zjištěných v různých směrech měřicích elektrod (4) vůči povrchu měřeného materiálu se určí anizotropie objemové elektrické rezistivity měřeného materiálu (1).

3. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 nebo 2, vyznačující se tím, že před zahájením měření se stabilizují parametry měřeného materiálu (1).

4. Zařízení k provádění způsobu podle nároku 1 obsahují dvojici měřicích elektrod se vzduchovou mezerou mezi nimi a měřicí elektrody jsou spřaženy se zdrojem elektrické energie a s měřicím zařízením a případně i se zaznamenávacím zařízením a s vyhodnocovacím zařízením, přičemž zařízení dále obsahuje prostředky pro definované přiřazení měřeného materiálu měřicím elektrodám, vyznačující se tím, že vzduchová mezera je tvořena lineární vzducho-4CZ 305455 B6 vou mezerou (3) a měřicí elektrody (4) jsou uloženy společně otočně okolo osy (0) kolmé na rovinu dosedacích ploch (40) měřicích elektrod (4) na měřený materiál (1).

5. Zařízení k provádění způsobu podle nároku 2 obsahující dvojici měřicích elektrod se vzduchovou mezerou mezi nimi a měřicí elektrody jsou spřažený se zdrojem elektrické energie a s měřicím zařízením a případně i se zaznamenávacím zařízením a s vyhodnocovacím zařízením, přičemž zařízení dále obsahuje prostředky pro definované přiřazení měřeného materiálu měřicím elektrodám, vyznačující se tím, že vzduchová mezera je tvořena lineární vzduchovou mezerou (3) a měřicí elektrody (4) jsou uloženy společně otočně okolo osy (0) kolmé na rovinu dosedacích ploch (40) měřicích elektrod (4) na měřený materiál (1), přičemž měřicím elektrodám (4) je ve směru proti jejich dosedacím plochám (40) s odstupem přiřaditelná třetí elektroda (12), přičemž mezi měřicími elektrodami (4) a třetí elektrodou (12) je prostor pro měřený materiál (1) a třetí elektroda (12) je spřažena se zdrojem elektrické energie, s měřicím zařízením a případně i se zaznamenávacím zařízením a s vyhodnocovacím zařízením.

6. Zařízení podle nároku 5, vyznačující se tím, že třetí elektroda (12) je uložena na jedné straně izolační podložky (10), která je uspořádána překlopitelně mezi polohou, v níž je třetí elektroda (12) přivrácena dosedacím plochám (40) měřicích elektrod (4) a polohou, v níž je třetí elektroda (12) odvrácena od dosedacích ploch (40) měřicích elektrod (4).

7. Zařízení podle kteréhokoli z nároků 4až6, vyznačující se tím, že v oblasti před a případně i za elektrodami (4, 12) je situováno stabilizační zařízení parametrů měřeného materiálu (1).

8. Zařízení podle kteréhokoli z nároků 4až7, vyznačující se tím, že měřicí elektrody (4) jsou pevně uloženy v otočném držáku (2).

9. Zařízení podle kteréhokoli z nároků 4až8, vyznačující se tím, že měřicí elektrody (4) mají obdélníkový půdorys.

10. Zařízení podle kteréhokoli z nároků 4až9, vyznačující se tím, že měřicí elektrody (4) jsou uspořádány přestavitelně vůči rovině (14) povrchu měřeného materiálu (1).

11. Zařízení podle kteréhokoli z nároků 4ažl0, vyznačující se tím, že měřicím elektrodám (4) je přiřazeno odměřovací ústrojí úhlu jejich natočení.

12. Zařízení podle kteréhokoli z nároků 4 až 11, vyznačující se tím, že měřicí elektrody (4) jsou uloženy přestavitelně vzájemně vůči sobě.