RU2717747C1 - Device for measuring contact potential difference of metal parts of aviation equipment - Google Patents

Device for measuring contact potential difference of metal parts of aviation equipment Download PDF

Info

Publication number
RU2717747C1
RU2717747C1 RU2019125663A RU2019125663A RU2717747C1 RU 2717747 C1 RU2717747 C1 RU 2717747C1 RU 2019125663 A RU2019125663 A RU 2019125663A RU 2019125663 A RU2019125663 A RU 2019125663A RU 2717747 C1 RU2717747 C1 RU 2717747C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
potential difference
metal parts
contact potential
measuring
aviation equipment
Prior art date
Application number
RU2019125663A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Станиславович Олешко
Дмитрий Павлович Ткаченко
Александр Владимирович Федоров
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)"
Priority to RU2019125663A priority Critical patent/RU2717747C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2717747C1 publication Critical patent/RU2717747C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
    • G01R29/12—Measuring electrostatic fields or voltage-potential

Abstract

FIELD: defectoscopy.
SUBSTANCE: invention relates to the field of nondestructive inspection of metal parts of aviation equipment. Device for measuring contact potential difference of metal parts of aviation equipment includes a digital portable oscilloscope with memory and a sensor connected to it, comprising a measuring electrode of comparison from nickel, connected to an oscillatory circuit equipped with a piezoelectric cell, and a preamplifier, wherein the oscillation circuit control circuitry includes an integrated timer circuit, and the preamplifier comprises an operational amplifier.
EFFECT: invention provides the possibility of creating a device for rapid and continuous measurement of contact potential difference on the surface of metal parts with a simple device having high efficiency, with their nondestructive inspection during production, operation and repair of aviation equipment.
1 cl, 4 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области неразрушающего контроля металлических деталей авиационной техники при ее изготовлении, эксплуатации и ремонте.The present invention relates to the field of non-destructive testing of metal parts of aircraft during its manufacture, operation and repair.

При производстве, эксплуатации и ремонте авиационной техники важно контролировать состояние поверхности ее металлических деталей. От состояния поверхности деталей авиационной техники в значительной степени зависят их эксплуатационные свойства. Особенно важно определение состояния металлических деталей в трибологии, при нанесении защитных покрытий, при создании неразъемных соединений методом сварки, пайки, склеивания и др. Между тем определение состояния поверхности металлических деталей авиационной техники является сложной задачей [1].In the manufacture, operation and repair of aircraft, it is important to monitor the surface condition of its metal parts. Their operational properties largely depend on the state of the surface of aircraft parts. It is especially important to determine the state of metal parts in tribology, when applying protective coatings, when creating permanent joints by welding, soldering, gluing, etc. Meanwhile, determining the state of the surface of metal parts of aircraft is a difficult task [1].

Известен метод контактной разности потенциалов, относящийся к электрическому виду неразрушающего контроля деталей машин и обладающий особой чувствительностью к состоянию поверхности металлических деталей. Метод контактной разности потенциалов основан на сравнении работы выхода электрона контролируемой металлической детали и заранее известной работы выхода электрона измерительного электрода датчика прибора измерения контактной разности потенциалов согласно формуле [1]:The known method of contact potential difference, relating to the electrical form of non-destructive testing of machine parts and has special sensitivity to the state of the surface of metal parts. The method of contact potential difference is based on a comparison of the work function of the electron of the controlled metal part and the previously known work function of the electron of the measuring electrode of the sensor of the device for measuring the contact potential difference according to the formula [1]:

Uк =(ϕМД-ϕИЭ)/е,U to = (ϕ MD -ϕ IE ) / e,

где Uк - контактная разность потенциалов, В;where U to - contact potential difference, In;

ϕМД - работа выхода электрона металлической детали, Дж;ϕ MD - the electron work function of a metal part, J;

ϕИЭ - работа выхода электрона измерительного электрода прибора измерения контактной разности потенциалов, Дж;ϕ IE — electron work function of the measuring electrode of the device for measuring the contact potential difference, J;

е - единичный заряд электрона, Кл.e is the unit charge of the electron, CL.

Известно устройство для измерения электрического потенциала заряженной поверхности [2] используемое для определения поверхностного потенциала различных тел. Недостатком данного изобретения является сложность конструкции, большие масса и габариты устройства, что затрудняет его использование при оперативном неразрушающем контроле металлических деталей авиационной техники.A device for measuring the electric potential of a charged surface [2] is used to determine the surface potential of various bodies. The disadvantage of this invention is the design complexity, large mass and dimensions of the device, which complicates its use in operational non-destructive testing of metal parts of aircraft.

Известен способ измерения изменений поверхностного потенциала [3], позволяющий наблюдать изменения поверхностного электростатического потенциала металла или полупроводника на экране осциллографа. Недостатком способа [3] является его достаточно высокая сложность, затрудняющая его использование при оперативном неразрушающем контроле металлических деталей авиационной техники.A known method of measuring changes in surface potential [3], which allows you to observe changes in the surface electrostatic potential of a metal or semiconductor on the screen of the oscilloscope. The disadvantage of this method [3] is its rather high complexity, which complicates its use in operational non-destructive testing of metal parts of aircraft.

Известен неразрушающий способ экспрессного выявления зон на поверхности металлических деталей с шлифовочными или эксплуатационными прижогами [4], используемое при производстве, эксплуатации и ремонте металлоконструкций с целью своевременного и достоверного выявления и удаления прижогов, или отбраковки деталей с прижогами.There is a non-destructive method for the rapid detection of zones on the surface of metal parts with grinding or operational burns [4], used in the production, operation and repair of metal structures with the aim of timely and reliable detection and removal of burns, or rejection of parts with burns.

Известен способ определения контактной разности потенциалов и устройство для его осуществления [5] используемое в качестве средства неразрушающего контроля энергетического состояния поверхности деталей и изделий, выполненных из электропроводящих материалов или полупроводников.A known method for determining the contact potential difference and a device for its implementation [5] used as a means of non-destructive testing of the energy state of the surface of parts and products made of electrically conductive materials or semiconductors.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ определения поверхностной энергии металлических деталей авиационной техники [6]. Однако способ [6] и изобретения [2-5], имеют общий недостаток, которым является точечное измерение контактной разности потенциалов, что затрудняет непрерывное сканирование поверхности контролируемого объекта и снижает производительность неразрушающего контроля металлических деталей авиационной техники.Closest to the proposed invention is a method for determining the surface energy of metal parts of aircraft [6]. However, the method [6] and the invention [2-5], have a common drawback, which is the point measurement of the contact potential difference, which makes it difficult to continuously scan the surface of the controlled object and reduces the performance of non-destructive testing of metal parts of aircraft.

Целью предлагаемого изобретения является создание устройства для оперативного и непрерывного измерения контактной разности потенциалов на поверхности металлических деталей простым, имеющим высокую производительность прибором, при их неразрушающем контроле в процессе производства, эксплуатации и ремонта авиационной техники.The aim of the invention is to provide a device for the rapid and continuous measurement of the contact potential difference on the surface of metal parts with a simple, high-performance device, with their non-destructive testing in the production, operation and repair of aircraft.

Заявленный технический результат достигается тем, что устройство измерения контактной разности потенциалов металлических деталей авиационной техники, включает цифровой портативный осциллограф с памятью и соединенный с ним датчик, содержащий измерительный электрод сравнения из никеля, соединенный с колебательным контуром, оснащенным пьезоэлементом, и предварительный усилитель, при этом электрическая схема управления колебательным контуром включает в себя интегральную схему-таймер, а предварительный усилитель содержит операционный усилитель.The claimed technical result is achieved in that the device for measuring the contact potential difference of the metal parts of aircraft, includes a digital portable oscilloscope with a memory and a sensor connected to it, containing a nickel measuring electrode connected to an oscillating circuit equipped with a piezoelectric element, and a preliminary amplifier, the oscillation circuit control circuitry includes a timer integrated circuit, and the preamplifier contains operating th amplifier.

Датчик может быть размещен в цилиндрическом корпусе, изготовленном с применением аддитивной технологии на 3d-принтере.The sensor can be placed in a cylindrical housing made using additive technology on a 3D printer.

Измерение контактной разности потенциалов металлических авиационных деталей предлагается производить устройством измерения контактной разности потенциалов, разработанным нами. Принципиальная схема комплекса измерения контактной разности потенциалов представлена на фиг. 1. На фиг. 1 цифрами обозначены:It is proposed to measure the contact potential difference of metal aircraft parts by the device for measuring the contact potential difference developed by us. A schematic diagram of a complex for measuring the contact potential difference is shown in FIG. 1. In FIG. 1 numbers indicate:

1 - металлическая деталь авиационной техники;1 - a metal part of aircraft;

2 - динамический конденсатор;2 - dynamic capacitor;

3 - измерительный электрод;3 - measuring electrode;

4 - колебательный контур;4 - oscillatory circuit;

5 - предварительный усилитель;5 - pre-amplifier;

6 - датчик;6 - sensor;

7 - цифровой портативный осциллограф с возможностью записи в его памяти результатов измерения.7 - digital portable oscilloscope with the ability to record in its memory the measurement results.

Измерение контактной разности потенциалов металлических деталей авиационной техники осуществляется следующим образом. Предварительно поверхность металлической детали 1 (фиг. 1) и измерительного электрода 3 датчика 6 тщательно очищаются согласно способу [7]. При измерении контактной разности потенциалов датчик 6 прикладывается к металлической детали 1. Включается цифровой портативный осциллограф 7, подается электрическое питание на колебательный контур 4 датчика 6, приводящий входящим в состав датчика 6 пьезоэлементом в колебательное движение измерительный электрод 3. При этом на металлическую деталь 1 через корпус датчика 6 подается 0 вольт («земля»). Колеблющийся с частотой 500 Гц измерительный электрод 3 и поверхность металлической детали 1 образуют динамический конденсатор 2. В динамическом конденсаторе 2 возникает переменная емкость СДК, изменяющая свою величину по закону [8]:The measurement of the contact potential difference of the metal parts of aircraft is as follows. Previously, the surface of the metal part 1 (Fig. 1) and the measuring electrode 3 of the sensor 6 are thoroughly cleaned according to the method [7]. When measuring the contact potential difference, the sensor 6 is applied to the metal part 1. The digital portable oscilloscope 7 is turned on, the oscillating circuit 4 of the sensor 6 is energized, bringing the measuring electrode 3 into the oscillating motion of the piezoelectric element 6. In this case, the metal part 1 through Sensor housing 6 is supplied with 0 volts (ground). The measuring electrode 3 oscillating at a frequency of 500 Hz and the surface of the metal part 1 form a dynamic capacitor 2. In the dynamic capacitor 2, a variable capacitance C DC appears, changing its value according to the law [8]:

Figure 00000001
Figure 00000001

где ε0≈8,8542⋅10-12 Ф/м - электрическая постоянная (диэлектрическая проницаемость вакуума);where ε 0 ≈8.8542⋅10 -12 F / m is the electric constant (dielectric constant of the vacuum);

ε - относительная диэлектрическая проницаемость, для сухого воздуха ε≈1,0006;ε is the relative dielectric constant, for dry air ε≈1,0006;

S- площадь измерительного электрода 3;S is the area of the measuring electrode 3;

d0- среднее расстояние между измерительным электродом 3 и поверхностью металлической детали 1;d 0 is the average distance between the measuring electrode 3 and the surface of the metal part 1;

d1 - амплитуда вибрации измерительного электрода 3;d 1 - the amplitude of the vibration of the measuring electrode 3;

ω - круговая частота колебаний динамического конденсатора 2;ω is the circular oscillation frequency of the dynamic capacitor 2;

t - время колебания динамического конденсатора 2;t is the oscillation time of the dynamic capacitor 2;

С0 - емкость динамического конденсатора 2 при среднем расстоянии между измерительным электродом 3 и поверхностью металлической детали 1;With 0 - the capacity of the dynamic capacitor 2 with an average distance between the measuring electrode 3 and the surface of the metal part 1;

m=d1/d0 - коэффициент модуляции динамического конденсатора 2.m = d 1 / d 0 - modulation coefficient of the dynamic capacitor 2.

При этом в цепи будет возникать электрический ток I [8]:In this case, an electric current I will occur in the circuit [8]:

Figure 00000002
Figure 00000002

где U- электрическое напряжение.where U is the electrical voltage.

Измерительный электрод 3 датчика 6 изготовлен из чистого никеля с известной работой выхода электрона, составляющей 8⋅10-19 Дж. Расстояние d0 между измерительным электродом 3 в состоянии покоя и металлической деталью 1 составляет 0,5 мм.The measuring electrode 3 of sensor 6 is made of pure nickel with a known electron work function of 8⋅10 -19 J. The distance d 0 between the measuring electrode 3 at rest and the metal part 1 is 0.5 mm.

Электрическая схема управления колебательным контуром 4 представлена на фиг.2, где цифрой обозначено: 8 - интегральная схема-таймер.The electrical control circuit of the oscillatory circuit 4 is presented in figure 2, where the number indicates: 8 - integrated circuit timer.

Электрическая схема управления колебательным контуром 4 имеет в своем составе интегральную схему-таймер 8, задающую частоту колебаний измерительного электрода 3.The control circuit of the oscillatory circuit 4 includes an integrated timer circuit 8, which sets the oscillation frequency of the measuring electrode 3.

Электрический сигнал усиливается предварительным усилителем 5 (фиг. 1), расположенным в датчике 6. Электрическая схема предварительного усилителя 5 представлена на фиг. 3, где цифрой обозначено: 9 - операционный усилитель.The electrical signal is amplified by a pre-amplifier 5 (FIG. 1) located in the sensor 6. The electrical circuit of the pre-amplifier 5 is shown in FIG. 3, where the number indicates: 9 - operational amplifier.

Предварительный усилитель 5 имеет в своем составе операционный усилитель 9, усиливающий электрический сигнал.The preamplifier 5 includes an operational amplifier 9, amplifying the electrical signal.

Далее, электрический сигнал, усиленный предварительным усилителем 5, поступает в цифровой портативный осциллограф 7, в котором определяется и выводится на его экран величина контактной разности потенциалов.Further, the electric signal amplified by the preamplifier 5 enters the digital portable oscilloscope 7, in which the value of the contact potential difference is determined and displayed on its screen.

Корпус 10 датчика 6 спроектирован и изготовлен на 3d-принтере с применением аддитивных технологий. На фиг. 4 представлена спроектированная секция корпуса 10 датчика 6. На фиг. 4 цифрой обозначено: 10 - секция корпуса датчика.The housing 10 of the sensor 6 is designed and manufactured on a 3D printer using additive technologies. In FIG. 4 shows a designed section of the housing 10 of the sensor 6. FIG. 4 digit indicates: 10 - section of the sensor housing.

Предложенное нами устройство позволяет оперативно, с высокой производительностью выполнять измерение контактной разности потенциалов при неразрушающем контроле металлических деталей авиационной техники в процессе ее производства, эксплуатации и ремонта. Благодаря использованию пьезоэлемента колебания измерительного электрода совершаются постоянно, что позволяет, при необходимости, проводить измерение контактной разности потенциалов непрерывно, без остановок, сканированием датчиком 6 поверхности контролируемой авиационной металлической детали 1. Также возможна запись результатов измерения контактной разности потенциалов в памяти цифрового портативного осциллографа 7.The device we proposed allows us to quickly, with high performance, measure the contact potential difference with non-destructive testing of metal parts of aircraft in the process of its production, operation and repair. Due to the use of a piezoelectric element, the oscillations of the measuring electrode are performed continuously, which allows, if necessary, to measure the contact potential difference continuously, without stopping, by scanning with the sensor 6 the surface of the controlled aircraft metal part 1. It is also possible to record the results of the measurement of the contact potential difference in the memory of a digital portable oscilloscope 7.

Источники информацииSources of information

1. Олешко B.C. Подготовка боевой авиационной техники к ремонту: Учеб. пособие. - М.: Изд-во МАИ, 2016. - 72 с. - ISBN 978-5-4316-0378-5.1. Oleshko B.C. Preparation of military aircraft for repair: Textbook. allowance. - M .: Publishing House of the Moscow Aviation Institute, 2016 .-- 72 p. - ISBN 978-5-4316-0378-5.

2. Авторское свидетельство SU 1798736 от 28.02.1993 г.2. Copyright certificate SU 1798736 of 02.28.1993

3. Патент на изобретение RU 2156983 от 27.09.2000 г.3. Patent for the invention RU 2156983 from 09/27/2000

4. Патент на изобретение RU 2407996 от 27.12.2010 г.4. Patent for invention RU 2407996 dated 12/27/2010.

5. Патент на изобретение RU 2471198 от 27.12.2012 г.5. Patent for invention RU 2471198 dated 12/27/2012

6. Патент на изобретение RU 2644982 от 15.02.2018 г.6. Patent for the invention RU 2644982 from 02.15.2018

7. Патент на изобретение RU 2488093 от 20.07.2013 г.7. Patent for the invention RU 2488093 from 07.20.2013

8. Тявловский А.К., Жарин А.Л., Гусев O.К., Воробей Р.И., Мухуров Н.И., Шаронов Г.В., Пантелеев К.В. Анализ дефектов поверхности исходных подложек алюминия и его сплавов методом сканирующего зонда Кельвина // Приборы и методы измерений. 2017. - Том 8. - №1. - С. 61-72. - ISSN 2220-9506.8. Tyavlovsky A.K., Zharin A.L., Gusev O.K., Vorobey R.I., Mukhurov N.I., Sharonov G.V., Panteleev K.V. Analysis of surface defects of the initial substrates of aluminum and its alloys using the Kelvin scanning probe method // Instruments and measurement methods. 2017. - Volume 8. - No. 1. - S. 61-72. - ISSN 2220-9506.

Claims (2)

1. Устройство измерения контактной разности потенциалов металлических деталей авиационной техники, включающее цифровой портативный осциллограф с памятью и соединенный с ним датчик, содержащий измерительный электрод сравнения из никеля, соединенный с колебательным контуром, оснащенным пьезоэлементом, и предварительный усилитель, при этом электрическая схема управления колебательным контуром включает в себя интегральную схему-таймер, а предварительный усилитель содержит операционный усилитель.1. A device for measuring the contact potential difference of metal parts of aircraft, including a digital portable oscilloscope with memory and a sensor connected to it, containing a nickel measuring electrode connected to an oscillating circuit equipped with a piezoelectric element, and a preliminary amplifier, while the oscillatory circuit control circuit includes a timer integrated circuit, and the pre-amplifier contains an operational amplifier. 2. Устройство измерения контактной разности потенциалов металлических деталей авиационной техники по п. 1, отличающееся тем, что датчик размещен в цилиндрическом корпусе, изготовленном с применением аддитивной технологии на 3d-принтере.2. The device for measuring the contact potential difference of the metal parts of aircraft according to claim 1, characterized in that the sensor is placed in a cylindrical body made using additive technology on a 3D printer.
RU2019125663A 2019-08-14 2019-08-14 Device for measuring contact potential difference of metal parts of aviation equipment RU2717747C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019125663A RU2717747C1 (en) 2019-08-14 2019-08-14 Device for measuring contact potential difference of metal parts of aviation equipment

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019125663A RU2717747C1 (en) 2019-08-14 2019-08-14 Device for measuring contact potential difference of metal parts of aviation equipment

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2717747C1 true RU2717747C1 (en) 2020-03-25

Family

ID=69943290

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019125663A RU2717747C1 (en) 2019-08-14 2019-08-14 Device for measuring contact potential difference of metal parts of aviation equipment

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2717747C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1552134A1 (en) * 1987-07-23 1990-03-23 Предприятие П/Я А-1251 Apparatus for tolerance check of contact difference of potentials
RU2156983C1 (en) * 1999-05-24 2000-09-27 Воронежский государственный университет Method for measuring of alteration of surface potential
RU2532590C1 (en) * 2013-07-23 2014-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" Measuring method of contact difference of potentials
RU2644982C2 (en) * 2016-07-07 2018-02-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" (МАИ) Method for definition of surface energy of aeronautical engineering metal parts

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1552134A1 (en) * 1987-07-23 1990-03-23 Предприятие П/Я А-1251 Apparatus for tolerance check of contact difference of potentials
RU2156983C1 (en) * 1999-05-24 2000-09-27 Воронежский государственный университет Method for measuring of alteration of surface potential
RU2532590C1 (en) * 2013-07-23 2014-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" Measuring method of contact difference of potentials
RU2644982C2 (en) * 2016-07-07 2018-02-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" (МАИ) Method for definition of surface energy of aeronautical engineering metal parts

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8234925B2 (en) Device and method for monitoring the vibratory condition of a rotating machine
JP2007155730A (en) Ultrasonic inspection system and method
CN107462637A (en) Ultrasonic echo detection method and device
Liu et al. Acoustic shearography for crack detection in metallic plates
US1414077A (en) Method and apparatus for inspecting materiai
US4188830A (en) Apparatus for examining structures using stimulated acoustic emission
RU2717747C1 (en) Device for measuring contact potential difference of metal parts of aviation equipment
US3943437A (en) Apparatus for investigating the electrostatic properties of powders
US3727125A (en) Apparatus for measuring electrostatic properties of materials
JP2016090451A (en) Electronic component irregular portion detection device and electronic component irregular portion detection method
US9389160B2 (en) Cavitation sensor
JP5331099B2 (en) Fingerprint detection
Boonsang et al. A sensitive electromagnetic acoustic transducer for picometer-scale ultrasonic displacement measurements
CN112557515B (en) Acoustic emission sensor test system
Kolm Rotating electrometer for comparative work function measurements
KR20110111009A (en) Apparatus for inspecting sample and control method the same
RU2758272C1 (en) Method for verification of device for measuring contact potential difference of metal parts of aviation equipment
RU2644982C2 (en) Method for definition of surface energy of aeronautical engineering metal parts
JP2007327919A (en) Surface potential measuring device
Kim et al. Self‐aligning capacitive transducer for the detection of broadband ultrasonic displacement signals
Pina-Galan Mathematical analysis of the operation of a scanning Kelvin probe
Levikari Detection of cracks: Acoustic experiments on multilayer ceramic capacitors
CN109579683B (en) Method and device for in-situ measurement of thickness of MEMS micro-beam
Jones et al. Operational vibration shape measurement of piezoceramic disc actuator using digital image correlation vibrometry with a single reference signal
Aoyagi et al. Comparison of ultrasonic-hardness-tester hardness and micro-vickers hardness