DE1963893A1 - Testing device for the detection of pores and cracks in coatings made of non-metallic materials applied to objects or structures made of electrically conductive or semiconducting material - Google Patents
Testing device for the detection of pores and cracks in coatings made of non-metallic materials applied to objects or structures made of electrically conductive or semiconducting materialInfo
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Prüfgerät zur Feststellung von Poren und Rissen in auf Gegenständen oder Bauwerken aus elektrisch leitendem oder halbleitendem Material aufgebrachten Überzügen aus nichtmetallischen WerkstoffenTest device for the determination of pores and cracks in objects or structures made of electrically conductive or semiconducting material applied coatings of non-metallic materials
Die Erfindung betrifft ein Prüfgerät zur Feststellung von Poren und Rissen in auf Gegenständen oder Bauwerken aus elektrisch leitendem oder halbleitendem Material aufgebrachten Überzügen aus nichtmetallischen Werkstoffen·The invention relates to a test device for detection of pores and cracks in objects or structures made of electrically conductive or semiconducting material Coatings made of non-metallic materials
Derartige Geräte arbeiten im allgemeinen mit einem elektrischen Hochspannungsgerät und zwei Elektroden, wobei die Risse oder Poren bzwe sonstige Mangel im Überzug daran erkannt werden, daß bei ihrem Überstreichen mit einer Prüfelektrode zwischen dieser und einer angelegten Gegenelektrode ein elektrischer Überschlag erfolgt·Such devices generally operate with a high voltage electrical device, and two electrodes, the cracks or pores or e other defect are detected in the coating because an electrical flashover occurs at its recoating with a test electrode between this and an applied counter electrode ·
Die bekannten Geräte arbeiten entweder mit Batteriebetrieb oder mit Netzanschluß· In beiden Fällen ist das Gerät mit der Prüfelektrode durch ein Kabel verbunden, das Hochspannung führt und somit nur eine begrenzte LängeThe known devices work either with battery operation or with mains connection · In both cases that is The device is connected to the test electrode by a cable that carries high voltage and is therefore only of a limited length
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aufweisen kann· Außerdem stellt dieses Kabel eine stetige Gefahrenquelle dar. Dies gilt auch für ein Gerät, bei dem die Hochspannung für die Isolationsprüfung, Porenfeststellung o.dgl, durch die Entladung eines Speicherkondensators über die Primärwicklung eines Teslatransformators erfolgt, an dessen Sekundärwicklung die Prüfelektrode angeschlossen wird·· In addition, this cable represents a constant source of danger. This also applies to a device in which the high voltage for the insulation test, pore detection or the like, through the discharge of a storage capacitor takes place via the primary winding of a Tesla transformer, on whose secondary winding the test electrode is connected
Die bekannten Geräte haben ferner den Nachteil, daß sie nur mit einer bestimmten Prüfspannung arbeiten und demzufolge nur zur Prüfung bestimmter Maberialstärken einsetz— bar sind. Die Elektroden sind in ihren Ausführungen beschränkt. Zum Teil sind die Geräte sehr groß und unhandlich, so daß sie nicht überall eingesetzt werden können. Die Zuleitungskabel führen Hochspannung, so daß die Überprüfung der Qualität der Überzüge in geschlossenen Behältern, Z0 B. bei ausgekleideten Kesselanlagen mit einer gewissen Unfallgefahr verbunden ist·The known devices also have the disadvantage that they only work with a certain test voltage and consequently can only be used to test certain material thicknesses. The electrodes are limited in their designs. Some of the devices are very large and unwieldy so that they cannot be used everywhere. The supply cable carry high voltage, so that the verification of the quality of the coatings in closed containers, Z is 0 B. connected with lined boilers with a certain risk of accident ·
Zweck der Erfindung ist es, ein verbessertes Prüfgerät der eingangs !genannten Art zu schaffen·The purpose of the invention is to create an improved test device of the type mentioned at the beginning.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Prüfgerät, das zwei an einer Einrichtung zur Erzeugung einer elktrischen Hochspannung angeschlossene Elektroden aufweist, von denen die eine durch den Gegenstand gebildet ist, während die andere als Prüfelektrode an der Sekundär—The invention is based on the object of a test device that has two on a device for generating an electrical Has high voltage connected electrodes, one of which is formed by the object, while the other is used as a test electrode on the secondary
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wicklung eines Teslatransforinators liegt und bei dem zur iirzeugung der Betriebsspannung ein in bekannter V/eise aufgebautes Hiederspannungs-Netzteil und zur Hochspannungserzeugung Mittel zum Enladen eines Speicherkondensators über die Primärwicklung des Teslatransforuiators vorgesehen sind, so auszubilden, daß zum Anschluß der Prüfelektrode an das eigentliche Gerät kein Hochspannung führendes Kabel erforderlich ist, Aufgabe ist es ferner, das Gerät so auszubilden, daß im Bedarfsfall die Prüfspannung variabel ist, so daß zur ürx^eichung bestimmter Prüfparameter eine Anpassung an unterschiedliche Schichtdicken ohne weiteres erfolgen kann·winding of a Tesla transformer and the The operating voltage is generated in a known manner built-in low-voltage power supply unit and for high-voltage generation Means are provided for discharging a storage capacitor via the primary winding of the Tesla transformer are to be designed in such a way that for connecting the test electrode No high-voltage cable is required to the actual device, it is also the task to connect the device in this way to train that, if necessary, the test voltage is variable, so that for ürx ^ calibration certain test parameters a Adaptation to different layer thicknesses can easily be done
Gemäß der Erfindung ist der Teslatransformator in einem die Prüfelektrode tragenden, mit dem übrigen Prüfgerät durch ein eine Niederspannung führenden Kabel verbundenen Tastkopf angeordnet·According to the invention, the Tesla transformer is in one carrying the test electrode, connected to the rest of the test device by a low-voltage cable Probe head arranged
Der Tastkopf enthält zweckmäßig Mittel zur optischen Anzeige eines elektrischen Überschlages zwischen der Prüfelektrode und dem die Gegenelektrode bildenden Gegenstand bzwo Bauwerk, beispielsweise in Form einer Glimmentladungsröhre OThe probe head expediently contains means for the optical display of an electrical flashover between the test electrode and the object or structure forming the counter electrode, for example in the form of a glow discharge tube O
Die Prüfelektröden sind vorzugsweise im Tastkopf austauschbar angeordnet. Hierdurch ist es möglich, je nach der Art des zu untersuchenden Objektes Prüfelektröden mit unterschiedlichen Formen zu verwenden. Die AnwendbarkeitThe test electrodes are preferably exchangeable in the probe head arranged. This makes it possible, depending on the type of object to be examined, to use test electrodes to use different shapes. The applicability
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des Gerätes wird hierdurch verbessert·the device is thereby improved
Eine besonders vorteilhafte Ausfiihrungsform des Prüfgerätes ergibt sich, wenn mehrere mittels eines Schalters wahlweise einschaltbare Speicherkondensatoren vorgesehen sind, die über einen Thyristor und die Primärwicklung des Teslatransformators entladbar sind· Dadurch kann die gewünschte Variierung der Prüfspamnung erfolgen, so daß das Gerät an unterschiedliche Stärken der zu überprüfenden nichtmetallischen Schichten anpaßbar ist, indem die Schlagseite der Funken bei einem Überschlag entsprechend gewählt wird·A particularly advantageous embodiment of the test device results when several storage capacitors are provided that can be optionally switched on by means of a switch, via a thyristor and the primary winding of the Tesla transformer are unloadable · This allows the desired variation of the test voltage, so that the device can be adapted to different thicknesses of the non-metallic layers to be checked by adding the list the spark is selected accordingly in the event of a flashover
Zur periodischen Entladung des jeweils eingeschalteten Speicherkondensators, d» h· zur Zündung des !Thyristors im Rhythmus der Frequenz der das Gerät speisenden Netzspannung ist zweckmäßig ein Zündimpulsgeber vorgesehen, der einen monostabilen Multivibrator und eine nachfolgende Schaltstufe enthält·For periodic discharge of the switched on Storage capacitor, that is, to ignite the thyristor in the rhythm of the frequency of the mains voltage supplying the device an ignition pulse generator is expediently provided, which has a monostable multivibrator and a subsequent one Switching stage contains
Anhand eines Ausführungsbeispieles sei die Erfindung näher erläutert· In den zugehörigen Zeichnungen zeigen«The invention will be explained in more detail on the basis of an exemplary embodiment.
Fig. 1i den Tastkopf des Prüfgerätes in Vorderansicht, Fig· 2: den Tastkopf in Seitenansicht, Fig. 31 den Schnitt A-A gern· Fig. 2, Fig. 4: eine Prüfelektrode in Form einer Spitze, Figρ 5: eine besenförmige Prüfelektrode,Fig. 1i the probe head of the test device in a front view, Fig. 2: the probe head in side view, Fig. 31 the section A-A according to Fig. 2, Fig. 4: a test electrode in the form of a tip, Fig. 5: a broom-shaped test electrode,
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Fig· 6: eine bürstenförmige Prüfelektrode, Fig· 7: das Schaltbild des Stromversorgungs- und desFig. 6: a brush-shaped test electrode, Fig. 7: the circuit diagram of the power supply and the
Hochspannungsteils des Prüfgerätes, Fig. 8: das Schaltbild des Zündimpuls-Generators, Fig. 9a bis e: ein Impulsdiagramm·High-voltage part of the test device, Fig. 8: the circuit diagram of the ignition pulse generator, Fig. 9a to e: a timing diagram.
Wie Fig. 1 bis 3 erkennen lassen, besteht der Tastkopf 1 aus einem langgestreckten Gehäuse 2 aus Isolierstoff, das so bemessen ist, daß es als Handgriff für die in die Halterung 3 einzusetzende Prüfelektrode gem· Fig· 4| 5| 6 verwendet werden kann· Das Gehäuse ist ferner mit einem Abschirmzylinder 4 versehen· Im Inneren des Gehäuses sind in der Nähe der Halterung 3 eine Optik 5 und eine dahinter angeordnete Glimmentladungsröhre 6 vorgesehen· Weiterhin nimmt das Gehäuse einen Teslatränsformator 7 auf» der über einen 3"~P°lig6n Spezialstecker 8 und ein Kabel mit dem Prüfgerät verbunden ist»As shown in FIGS. 1 to 3, the probe head 1 consists of an elongated housing 2 made of insulating material, which is dimensioned so that it can be used as a handle for the test electrode to be inserted into the holder 3 according to FIG 5 | 6 can be used · The housing is · further provided with a shielding cylinder 4 of the support are in the interior of the housing, a lens system 5 and one behind arranged glow discharge tube 6 is provided 3 in the vicinity · Further decreases the housing has a Teslatränsformator 7 a uf "of a 3 "~ P ° lig6n special plug 8 and a cable is connected to the test device»
Die elektrische Wirkungsweise des Prüfgerätes und der schaltungsmäßige Aufbau sind aus den Schaltbildern gern· Fig. 7 und 8 sowie dem Impulsdiagramm gem* Fig· 9 ersichtlich· The electrical mode of operation of the test device and the circuit structure can be found in the circuit diagrams. 7 and 8 as well as the pulse diagram according to * Fig. 9 can be seen.
Das Gerät liefert eine in Stufen einstellbare Hochspannung bis maximal 50 kV« Zu ihrer Erzeugung wird das Prinzip der Entladung eines Kondensators über die Primärwicklung des bereits erwähnten Teslatransformatore 7 angewandt·The device supplies a high voltage that can be set in stages up to a maximum of 50 kV. The principle is used to generate it the discharge of a capacitor across the primary winding of the already mentioned Tesla transformer 7
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Die Schlagweite bei einer Spannung von 50 kV "beträgt bei Verwendung einer Kugelfunkenstrecke und bei mittlerer Luftfeuchtigkeit etwa 30 mm· Glimmentladungsröhre 6 und Spezialstecker 8 sind in ihrer Anordnung in Fig. 7 angedeutet. Die Speicherkondensatoren, die über den Stufenschalter 14 mit der Anode des Thyristors 15 sowie mit der Stromversorgung verbunden werden, sind in ihrer Größe so abgestuft, daß sich bei verschiedenen Ladespannungen, die sich für eine Veränderung der Hochspannung erforderlich machen, eine annähernd konstante Energie für jeden Ent— ladungsfunken auf der Hochspannungsseite ergibt·The striking distance at a voltage of 50 kV "is at Use of a spherical spark gap and at medium humidity about 30 mm · glow discharge tube 6 and Special plugs 8 are indicated in their arrangement in FIG. 7. The storage capacitors, via the tap changer 14 with the anode of the thyristor 15 and with the Power supply are connected, are graduated in size so that different charging voltages, the required for a change in high voltage make, an approximately constant energy for each discharge spark on the high voltage side results ·
σ υ2 :σ υ 2 :
' Es gilt dabei das Gesetz E = * , wobei mit E'The law E = * applies, where with E
die elektrische Energie, mit O die Kapazität des Speicherkondensators und mit U die Spannung bezeichnet sind·the electrical energy, with O the capacity of the storage capacitor and with U the voltage is designated
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Die Funkenonergie E liegt bei einer Spannung U von 50 kV bei 100 mV/s und sinkt bei einer Spannung von 5 kV auf 80 mV/s, Die Speicherkondensatoren 9 bis 13 werden über die Verwiderstände 16 bis 20 durch eine Einweggleichrichterscheinung, bestehend aus den Dioden 21 j 22 auf den Spitzenweg der vom Netztransformator 23 gelieferten Wechselspannung aufgeladene Da für den Gleichrichter eine Sperrspannung von mindestens 800 V erforderlich ist, werden zwei Siliziumdioden (SY 227) in Reihe geschaltet und ZUi1 gleichmäßigen Sperrspannungsaufteilung mit den V/iderständen 24-1 25 überbrückt. Die Widerstände 16 bis 19i 2Q dienen zur Begrenzung des Stromstoßes beim Aufladen der Speicherkondensatoren 9 bis 13 der sonst den Gleichrichter gefährden würde. Zu diesen V/iderständen addieren sich dabei noch der ohmsche Widerstand der Primärwicklung des Teslatransformators 7 sowie der jeweilige Innenwiderstand der Diode 21\ 22 und des Netztransformators 23· Um die Auflade zeitkonstante der Speicherkondensatoren 9 bis 13 klein zu halten, gilt es, die Summe der genannten Widerstände klein zu halten© Bs muß daher ein Kompromiß geschlossen werden· Im beschriebenen Beispiel wurden die Zeitkonstanten T 9 bis T 13 der aus den Speicherkondensatoren und den vorgenannten Widerständen bestehenden RG-Glieder mit etwa 1 mm festgelegt·The non-sparking energy E is 100 mV / s at a voltage U of 50 kV and drops at a voltage of 5 kV to 80 mV / s 21 j 22 charged on the peak path of the alternating voltage supplied by the mains transformer 23 Since a reverse voltage of at least 800 V is required for the rectifier, two silicon diodes (SY 227) are connected in series and ZUi 1 uniform reverse voltage distribution with the V / i resistors 24-1 25 bridged. The resistors 16 to 19i 2Q serve to limit the current surge when charging the storage capacitors 9 to 13 which would otherwise endanger the rectifier. The ohmic resistance of the primary winding of the Tesla transformer 7 and the respective internal resistance of the diode 21 \ 22 and the mains transformer 23 are added to these V / idresistors A compromise must therefore be made in the example described, the time constants T 9 to T 13 of the RG elements consisting of the storage capacitors and the aforementioned resistors were set at around 1 mm.
Diese Größe gewährleistet eine ausreichende Aufladung bei der gewühlten Folgefrequenz von 50 Hz. Der Ladestrom I derThis size ensures sufficient charging at the selected repetition frequency of 50 Hz. The charging current I der
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Speicherkondensatoren 9 bis 13 ist in Fig· 7a in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt·Storage capacitors 9 to 13 are dependent in FIG. 7a represented by time t
Der Kondensator 26 (Figo 8) dient zum Schatz des Gleichrichters vor Spannungsspitzen aus dem Netz· Es bildet zusammen mit dem Innenwiderstand und der Streuinduktivität des Netztransformators 23 einen Tiefpaß. Das EC-Gliedf gebildet aus dem Kondensator 27 und dem Widerstand 28 auf der Primärseite des Netztransformators 23 soll die bei Abschalten des !Transformators im Strommaximum des Netzstromes im Netztransformator 23 gespeicherte magnetische Energie übernehmen und damit Spannungsspitzen unterdrücken·The capacitor 26 (Fig. 8) serves to protect the rectifier from voltage peaks from the network. Together with the internal resistance and the leakage inductance of the network transformer 23, it forms a low-pass filter. The EC element f, formed from the capacitor 27 and the resistor 28 on the primary side of the mains transformer 23, is intended to take over the magnetic energy stored in the mains transformer 23 when the transformer is switched off in the current maximum of the mains current and thus suppress voltage peaks.
Um eine periodische Entladung der Speicherkondensatoren 9 bis 13 über den Teslatransformator 7 zu erreichen, muß der Thyristor 15 im Rhythmus der Netzfrequenz gezündet werden· Die dazu nötigen Steuerimpulse werden durch den Zündimpulsgeber gem. Fig. 8 geliefert· Er besteht aus einem monostabilen Multivibrator 29 mit den Transistoren 30| 31 und der Schaltstufe 32 mit dem Transistor 33· Die Schaltstufe 32 ist für eine Stromstärke von etwa 200 mA ausgelegt, gewährleistet also eine sichere Zündung der in Frage kommenden Thyristortypen· Der Zündstrom wird dabei durch den Widerstand 34 begrenzt. Die Zündimpulslänge (Fig. 9e) wurde zu 200 ,us festgelegt, da das Strommaximum bei der niedrigsten Hoclispannungsstufe nach einer Zeit von 125 /US auftritt. Die Siliziumdiode 35 dient zur Herabsetzung desIn order to achieve a periodic discharge of the storage capacitors 9 to 13 via the Tesla transformer 7, the must Thyristor 15 can be ignited in the rhythm of the mains frequency The control pulses required for this are supplied by the ignition pulse generator according to Fig. 8. It consists of a monostable Multivibrator 29 with transistors 30 | 31 and the switching stage 32 with the transistor 33 · The switching stage 32 is designed for a current of about 200 mA, thus ensures reliable ignition of the thyristor types in question · The ignition current is thereby through the resistor 34 is limited. The ignition pulse length (Fig. 9e) was set to 200 μs, since the current maximum at the lowest high voltage level after a time of 125 / US occurs. The silicon diode 35 is used to reduce the
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Reststromes des Transistors 33 im oberen Temperaturbereich und gewährleistet damit ein sicheres Schaltverhalten· Die Stromversorgung des Zündimpulsgebers besteht aus einer Gleichrichterbrücke 44, einem Ladekondensator 40, einem Siebwiderstand 41 und einem Siebkondensator 42· Die Betriebsspannung wird mit einer Zenerdiode 43 auf 12 V stabilisiert. Der Spannungsverlauf (U = f(t) ) über dem Thyristor 15 ist in fig. 9b dargestellt. Durch eine Anzapfung des Netztransformators 23 wird eine Spitzenspannung U__ ss 30 V über eine Leitung 45 und einen Wider-Residual current of transistor 33 in the upper temperature range and thus ensures reliable switching behavior The power supply of the ignition pulse generator consists of a rectifier bridge 44, a charging capacitor 40, a filter resistor 41 and a filter capacitor 42 · The operating voltage is supplied with a Zener diode 43 12 V stabilized. The voltage curve (U = f (t)) over the thyristor 15 is shown in fig. 9b. By tapping the mains transformer 23, a peak voltage is generated U__ ss 30 V via a line 45 and a resistor
OOOO
stand 46 auf eine Antiparallelsohaltung von vier Siliziumdioden 36 bis 39 gegeben und dadurch auf einen Wert Uaa 46 stood on an anti-parallel hold of four silicon diodes 36 to 39 and thus on a value U aa
von 1,2 V begrenzt. Da die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit der Wechselspannung im Nulldurchgang erhalten bleibt, ergibt sich an den Siliziumdioden 36 bis 39 eine verschliffene Rechteckspannung von 50 Hz, die in Fig. 9o dargestellt ist und die phasenstarr mit der aus positiven Sinushalbwellen bestehenden Ladespannung an den Speicherkondensa— toren 9 bis I3 gekoppelt ist· Die Rechteckspannung wird durch ein GR-Glied, bestehend aus einem Kondensator 47 und einem Widerstand 48 differenziert. Von den entstehenden Nadelimpulsen gem. Fig. 9d werden die negativen Impulse über eine Diode 49 auf die Basis des Transistors gegeben und dienen damit zur Ansteuerung des monostabilen Multivibrators 29 und damit des Zündimpulsgebers· Parallel zum Thyristor 15 liegb über die Leitung 51 die Reihenschaltung einer Diode 50 mib einem Widers Land 52. Die Diodelimited by 1.2 V. Since the rate of increase in voltage of the alternating voltage is maintained in the zero crossing, a smoothed square-wave voltage of 50 Hz results at the silicon diodes 36 to 39, which is shown in FIG is coupled · The square wave voltage is differentiated by a GR element consisting of a capacitor 47 and a resistor 48. From the resulting needle pulses according to Fig. 9d , the negative pulses are sent via a diode 49 to the base of the transistor and are used to control the monostable multivibrator 29 and thus the ignition pulse generator 50 mib a contradiction land 52. The diode
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L9 L 9
50 hat die Aufgabe, den beim Umschwingeji des aus der Streuinduktivität des Teslatransformators 7 und dem jeweils eingeschalteten Speicherkondensator 16 bis 19 bestehenden ßeihenschwingkreises auftretenden Rückstrom zu übernehmen·50 has the task of removing the from the Umschwingeji from the Leakage inductance of the Tesla transformer 7 and the storage capacitor 16 to 19 that is present in each case to take over the reverse current occurring in the series resonant circuit
Damit wird vermieden, dafl sich durch einen Stromabriß im Teslatransormator 7 Impulsspannungen bilden, die den Thyristor 15 gefährden können· Gleichzeitig wird eine längere Dauer der Hochspannungsimpulse und damit eine bessere Ausnutzung der gespeicherten Energie erreicht· Da bei der höchsten Spannungsstufe Impulsströme bis zu 40 A auftreten, muß durch eine Strombegrenzung durch den Widerstand 52 dafür gesorgt werden, daß der für die Diode 50 zulässige Dreieckstromstoß nicht überschritten wird, der bei Verwendung einer Diode SY 104· bei 28 A liegt·This avoids a current failure in the Tesla transformer 7 form pulse voltages that the Thyristor 15 can endanger · At the same time a longer duration of the high-voltage impulses and thus a better utilization of the stored energy Since pulse currents of up to 40 A occur at the highest voltage level, the current must be limited by the Resistor 52 ensures that the one for the diode 50 permissible triangular current impulse is not exceeded, which is 28 A when using a SY 104 diode
Die Widerstände 53 bis 60 gehören in üblicher Weise zur Schaltung des monostabilen Multivibrators 29 und der Schaltstufe 32· Die Leitungen 61 bis 65 dienen zum Verbinden der Schaltungen gem. Fig· 8 und 9·The resistors 53 to 60 belong in the usual way to Circuit of the monostable multivibrator 29 and the switching stage 32 · The lines 61 to 65 are used to connect of the circuits according to FIGS. 8 and 9
— Patentansprüche — 009851 /1213 - Claims - 009851/1213
Claims (1)
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