SE445783B - Anordning for metning av ytmotstandet hos ett foremal - Google Patents

Description

8106102-o 2 och den yttre elektroden eller mellan mittelektroden och före- målets jordanslutning, som är förd via ett belastningsmotstånd, vars spänningssänkning mätes. _ Det är härvid fråga om föremål, som består av en metallram och innehåller såväl metallplattor som med en beläggning av _ledande material belagda isoleringsplattor, varvid ytan pâ dessa plattor är fullständigt täckt med ett isoleringslack. Anord- ningen måste vara så utformad, att föremålet kan utsättas för mätförloppet utan ofördelaktig påverkan. Med apparaten måste sålunda kunna bestämmas, att plattorna faktiskt är elektriskt förbundna med metallramen och apparaten måste pröva de mellan 105 och 108 ohm per kvadratenhet belägna motståndsvärdena hos beläggningen med avseende på verksamheten av det statiska skyddet, som âstadkommes medelst den ledande beläggning, som täcker före- mâlets isolerande delar.

Antistatsskyddsâtgärder, särskilt de som användes inom rymd- och flygindustrin, kan uppdëfias i två olika kategorier, nämligen de som avser konstruktionselement, vilka ej kräver radio- elektrisk genomsläpplighet (exempelvis dörrar, vingsektioner, ändspetsar osv.). de som avser de dielektriska väggar, som skyddar navigations-, kommunikations- eller sökarutrustningen och som följaktligen kräver radioelektrisk genomsläpplighet (exempelvis radom, antennbeslag, raketkåpor osv.).

Vid den första kategorien kan de pâförda antistatiska beläggningarna ha mycket låga resistansvärden. Vid den andra kategorin måste beläggningarna ge kraftiga och exakt styrda resistanser för att åstadkomma en avvägning mellan det kontinuer- liga flödet av statiska laddningar och den nödvändiga radio- genomsläppligheten. Genom denna avvägning erhålles i de flesta fall ytresistanser på mellan 105 och 108 per ytenhet. vid så gott som alla tillämpningar inom flyg- och rymd- farkosttekniken (flygplan, helikoptrar, raketer) påföres efter själva antistatbehandlingarna en ytbeläggning i form av färg, (vars syfte vid kmmmrgïella flygplan är estetiska, vid experi- mentella raketer optisk detektering, skydd mot skador vid kollision 8106102-0 med partiklar av olika slag, rostskydd, termisk balans osv.).

Ytskiktet fungerar som isolering och borde utesluta, varje möj- lighet för mätning eller kontroll av underliggande elektrostatiska skydd med användning av elektroder i elektrisk kontakt (megohmme- ter med plana eller cirkulära elektroder).

I FR 1 333 449 beskrives en ytresistansmätare med ringformiga koaxiella mittelektroder som består av ledande gummi. Resistans- mätaren gör det möjligt att mäta resistansen hos frilagda metall- ytor men den kan inte användas för att mäta resistansen hos ytor, som är täckta med ett isolerande skikt.

Anordningen för resistansmätning enligt föreliggande upp- finning är avsedd att mäta ytresistansen hos resistiva skikt, som är belagda med isolerande ytskikt, och även den elektriska kontinuieteten mellan ett metallelement eller metallbeläggningen på en konstruktions isolerelement och konstruktionens elektriska jordning, där metallelementet eller metallbeläggningen är försett med en hinna av ett isolerande ytskikt. Anordningen består av en upptagningsanordning eller pick-up i form av en cylindrisk mitt- elektrod, två ringformiga mellanelektroder, som är koaxiella med mittelektroden samt en yttre, ringformig elektrod, som är koaxiell med mitt- och mellanelektroderna, av organ för påläggning av en spänning mellan mitt- och ytterelektroderna samt av organ för att mäta den spänning, som uppträder mellan mellanelektroderna.

Uppfinningen kännetecknas av en koppling för mätning av den mellan med mittelektroden och med den yttre elektroden koaxiella mellanelektroder uppträdande spänningen och för bil- dande av en i samma fas belägen komponent i denna mellanelektrodspän- ning med spänningen vid belastningsmotstândet och av en delnings- anordning för delning av mellanelektrodspänningskomponenterna med belastningsmotståndsspänningen. övriga kännetecken framgår av underkraven.

Uppfinningen skall i det följande närmare beskrivas med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka fig. 1A, 8106102-0 15 och 15 visar upptagningsorganet eller pick-upen enligt uppfinningen, använd antingen som en resistansmätare (Fig. 1A och 1B) eller som en kontinuitetsmätare (Fig. 18), Fig, 2 visar en del av ett elektriskt diagram För en pick-up som är försedd med tvâ mellanelektroder när anordníngen användes För mätning av ytresistans, Fig. 3 visar en del av ett elektrisk diagram För pick-upen utan mellan- elektroder, då anordningen användes För kontroll av elektrisk kontinuitet mellan ett konstruktionselement och konstruktionens jordning, Fig. 4 visar i form av ett blockdiagram den elektroniska krets, som är förbunden med pick-upen enligt Fig. 2, Fig. 5 åskådliggör i Form av ett blockdiagram den elektroniska kretsen för pick-upen enligt fig. 3, fig. 6 visar anordningen enligt uppfinningen inbyggd i och anordnad som bärbar utrustning, Fig. 7 visar amordningen hbyggd i ett alternativt utförande av en bärbar utrustning och Fig. 8 förklarar blookdiagrammet enligt Fig. 5 i Form av kurvor.

I efterföljande beskrivdng användes Följande symboler: R1,2, R2,3, R3,4 och RT ärresístansvärdena för det resistiva skiktet mellan den första och den andra, mellan den andra och den tredje, mellan den tredje och den Fjärde elektroden samt mellan den senare elsktroden och jord; E1, CZ, C3, och C4 betecknar kapacitanserna mellan ytorna hos den första, andra, tredje resp. tjärde elektroden, som vilar på det isolerande skiktet och det resistiva skikt, som är beläget under det isolerande skiktet; CT är anordníngens kapacitans i Förhållande till jord; 51,2, Äzß, b' 3,4 är kapaoistanserna mellan den första och den andra, mellan den andra och den tredje, resp. mellan den tredje och den Fjärde elektroden över isoleringsskiktet; 5 81Û61Û2'Û RS betecknar resistansen per ytenhet hos det resístiva skiktet RS = p/B där p betecknar resistiviteten och e tjockleken hos det isolerande skiktet; i betecknar den ström som flyter i motstånden R1 2, I R2,3 och R3,4 och kapacitanserna Ä 1,2, 8'2,3 och ÄB 4? , R betecknar värdet hos den belastningsresistor, över vilken strömmen mätas; Vbc betecknar spänningen mätt mellan mellanelektroderna; Vef betecknar spänningen vid helaetningsresistorns uttag och Véë)beteoknar komponenten av Vbc i Fas med Vef.

Förhållandet mellan RS och R2 3 är följande: - 7 2 if H2 3 R = ' (1) vari r2 och r3 betecknar S log (r3/r2) radierna hos mellan- elektroderna Spänningen vid belastningsresistorns uttag anges med Vef=Ri Anordningen mäter också spänningen Vbc mellan de två mellanelektroderna och komponenten Vbg För dessa, som är i Fas med Uef, varav Följer: R2,3/R = Väl) / ”ef (2) och genom ett ersätta R2 3 med dess av (1) givna värde: 9 R - 2 ¶7R X v(1) / Q v (3) bc lo? (rz/rz) ef 8106102-0 Vid sin funktion som kontinuitetsmätare sker mat- ningen mellan mittelektroden och jord. Ånordningen be¿ kräftar, att denna impedans (RT, CT) understiger ett visst värde och att impedansen är låg, inte som följd av att kapacitansen CT är hög utan på grund av att resistansen RT är låg. i Liksom vid sin funktion som resistansmätare mäter anordningen också i detta fall två spänningar, nämligen VET över belastningsresistorns uttag och Vde över uttagen för den impedans som skall mätas, och bildar spännings- komponenterna Väg och V38 i fas resp. tvärfas med spän- ningen Vef. Därefter utför den divisionerna: p / RT 1 V U : --_- 4 de ef R X Ršcgwgaq () T R R C Q/ Vge / I vef = _R_ X ; ; 2 (5) RT CT M/ + 1 Anordningen kontrollerar, att dessa komponenter understiger eller överensstämmer med förutbestämda gränser: RT é A (s) H2 råa/Z +1 T H2 [32 w T T <5 (7) R? så 14/2 +1 Bekräftelse på icke-överensstämmelse (7) är ett säkert bevis på att bekräftelsen på icke-överensstämmelse (6) beror på en kraftig ledningsström (RT låg) och inte på kraftig förskjutningsström (CT hög). 3106102-a Om RT = y och BTH/= x kan ekvationen (6) skrivas ii händelse <'är =): A x2 y2 ~ y + A = Ü sålunda 1 VWA ><=_+_--- (B) vïí V Kurvan härFör visas av (Å) i Fig. 8.

Ekvationen (7) blir (i händelse < är =)= B x2 2 - ky + B = U sålunda 2 2 1 1 ~ 4 B ><=ïfïi (9) 2By Kurvan visas av (B) i Fig. B.

I praktiken kommer de maximala dimensionerna av de element, som bildar konstruktionen och vilkas elektriska kontinuitet med konstruktionens elektriska jordning skall verifieras, inte att ge upphov till värden på x större än XM. Um man väljer 1/B > XM inser man att förhållandena (6) och (7) kan åturses i den okuggade dclon av kurvan.

Pick-upon som är avsedd att komma i kontakt med det isolerande skiktet, visas i rig. 1A, 16 och 10mm har betecknatø med 1D. Den består av en cylindrisk mittelektrod 1 och högst två ringformiga mellanelektroder 2 och 3 samt en yttre ringformig elektrod 4, varvid elektroderna 2, 3 och 4 är cylindriska och koaxiella med mittelektroden 1.

Vissa elektroder 1 och 4, är med undantag För sin mot det isolerande skiktet vilande yta omslutna av en mantlad elektrod 11 resp. 14, som är inställda vid en fast potential, och de andra elektroderna 2 och 3 är med undan- tag För don sida som vilar på det isolerande skiktet, omslutna av en bågelektrod 12 och 13 som hållas vid samma potential som de elektroder de omsluter, med hjälp av en- hetsföljare 105 och 106, såsom framgår av Fig, 4. 81Ü6102n0 8 Mittelektroden 1, mellanelektroderna 2 och 3 samt nkanterna på de mantlade elektroderna 11 och 14 liksom kanterna på bågelektroderna 12 och 13 befinner sig i ett och samma plan 5, vilket är något Försänkt i Förhållande till det plan 9, längs vilket pick-upen vilar på isole- ringsskiktet, Den yttre elektrodens 4 nedre yta befinner sig i ett plan 6, som är något försänkt i Förhållande :ill planet 5. Denna elektrod har sålunda en lägre kapacitans än de andra elektroderna i Förhållande till isoleringe- skiktet och som en följd därav högre impedans.

Denna reaktiva impedans överstiger det maximala resistansvärdet För det resistiva skiktet, så att den ström som matas till det resistiva skiktet, är i tvärfas med matningsspänningen,oavsett det resistansvärds, som skall mätas inomdet avsedda området.

Ringar 7 och 8, som består av böjligt material, är delvis inbäddade i pick-upen och deras nedre tangent- plan 9 skjuter något Framför planet 5 på så sätt, att de möjliggör kontakt med det isolerande Färgskiktets yta utan att glida.

Pick-upen 10 är vidare Försedd med Flera Förstärkare 105, 106, 107 och 1Û8, såsom senare skall beskrivas med hänvisning till fig. 4.

I fig. 1C är det den nedre ytan på mittelektroden 1 som är belägen i att plan 6 något försänkt i Förhållande till planet 5, medan den yttre elektroden 4 befinner sig i nämnda plan z. Den yttre, ringformiga elektroden 4 omges av en bågelektrod 140 och mantlingen 11 av mittelektroden 1 sträcker sig till planet 5 och omsluter den ringformiga elektrodens 4 bågelektrod. _ I Fig. 2 representerar den med streckade linjer angivna rektangeln 10 den del av pick-upen, som är belägen vid olektroderna För mätning av ytresistans. 8106102-0 Det resistiva skiktets delar mellan elektroderna 1 och 2, 2 och 3 samt 3 och 4 representeras av resistorerna R1 2, H2 3 resp. H3 4, och delarna isolerande skikt mellan s s _! elektroderna 1, 2, 5 resp. 4 och det resistiva skiktet representeras av kapacitorerna C1, C2, E3 resp. Ca och' kapacitansnrna mellan elektrodurna över det isolerande skiktet representerar av 31,2, X2,3 resp. Ä3,4.

De mantlade elektroderna 11 och 14 bringas till ett Fast potentialvärde, nollspänningsvärdet hos den själv- försörjande matningen AA och bâgelektroderna 12 och 13 hålles vid sin respektive elektrods 2 eller 3 potential- värde av enhetsföljarna 105 och 106 (Fig. 4).

Uäxelströmsgeneratorn 16 är direkt ansluten till uttaget d och självförsörjningskällans AA nollspänning.

Spänningarna Ver hos belastningsresistorernas uttag och Vbc mellan d mellanliggande elektrodernas uttag behandlas i den i fig. 4 visade kretsen.

I Fig. 3 representerar den streckade rektangeln 20 den del av pick-upen, som är belägen vid elektrodnivå För att testa den elektriska kontinuiteten. De mellanliggande I elektroderna användes då inte. I detta fall behandlas spänningarna Ver vid belastningsresistorns uttag och Vde mellan uttaget d på den yttre elektroden och jord i den . i Fig. 5 visade kretsen.

Fig. 4 visar elektrondiagrammet för den resistens- mätare, som i Fig. 2 har beteoknats 10. Såsom tidigare är i tig. 4 uttagen a, b, c, d anslutna till koaxiella ledningars 101, 102, 103 och 104 internledare och uttagen a', b', c' och d' anslutna till dessa koaxiella ledningars ytterledare. En högfrekvent sinusgenerator 16 är ansluten till uttaget d och uttaget d', som i sin tur är anslutet till en punkt med Fast potential, nämligen nollvoltspänningen hos den självförsörjande 10 8106102-0 källan AA.

De vid uttagen b och v mottagna signalerna matas till impedansadaptrar och enhetsföljare 105 och 106 med enhetsförstärkning och hög ineffektsimpedans ( ;>101Ü ohm).

Enhetsföljarnas uttag är anslutna till bågelektroderna 12 och 13 För att permanent höja deras potential till elektrodens 2 resp. 3 potential. Uttagen hos impedans- adaptrarna 105 och 106 är också anslutna till intaget till en Funktionsförstärkare 107.

Uttaget a anslutes till intaget hos en ström/spän- ningsomvandlare 108, som ger en spänning Va? som är pro- portionell mot Ri, där R utgör motståndsvärdet För be- lastningsresistorn 15. Ûmvandlarens 108 uttag är anslutet dels till en klipp- eller begränsningskrets 109, dels till en linjärdetektor 110. En synkrondetektor 111 mottager fasreferenssignalen från begränsningskretsen 109 och Vbc-signalen. Den matar Vbc-komponenten VbC(1) i Fas med Vef.

Linjärdetektorns 110 och synkrondetektorns 11 Uteffekt anslutes till intaget för en analogdelare112, som utför Följande division: En mätaranordning 113 är ansluten till divisions- anordningen 112.

Fig. 5 visar det elektroniska diagrammet för den 'med 20 i fig. 3 betecknade kontinuitetsmätaren. Liksom _tidigare är i fig. 5 uttagen a och d anslutna till de ekoaxiella ledningarnas 101 och 104 innerlodare och uttagen a' och d' till dessa koaxiella ledningarnas ytterledare. ““ 8106102-e En sinusgenerator 16 är ansluten till uttaget a och noll- spänningen för den självförsörjande källan AA. Uttaget o är anslutet till en enhetsföljare 201, som höjer den koaäella ledningens 104 ytterledare till innerledarens spänning. Jordledaren DT är ansluten till en förstärkare 208, i vilken ingår belastningsresistorn 15, som är anord- nad eom en återkopplingsresistor. Enhetsföljarens 201 utsignal Vde matas till två synkrona detektorer 211 och 211'. Spänningen V9? vid belastningsresistorns uteffekt pålägges direkt en första toppvärdesbegränsare 209 och via en 57?/2 fasförskjutningsanordning 214 en andra toppvärdesbegränsare 209'. Spänningen vid belastnings- resistoruttagen pålägges även en linjärdetektor 210, som ger IVB? K .

Synkrondetektorerna 211 ooh 211' mottager fas- referensspänningarna från toppvärdesbegränsningsorganen och spänningen Ude från förstärkaren 201. De avger Våg resp. V38. Analogdivisionsorganen 212 och 212' utför Följande division: V q af °°h Vas / Vef P Vde / Analogdivisonsorganen 212 och 212' är anslutna till en trippelkomparator 215, som fastställer förhållandena (6) och (7). Komparatorn är också ansluten till linjär- detektorn 210 för att kontrollera, att spänningen I Vef överstiger ett upptecknat värde. | Trippelkomparatorn 215 är ansluten till ett regist- reringsorgan 213, som avger en ljussignal, när de tre tillstånd somknntrollerats av komparatorn, har bekräftats.

Fig. 6 visar en utföringsform av uppfinningen i form av en bärbar anordning i två delar, bestående av en väska 50 med rem 51, så att väskan kan bäras runt halsen, och ett med en böjligkabel 52 förbundet oylindriskt huvud, i vilket ingår antingen den pick-up som visas i fig. 2 med de elektroniska elementen 105, 106, 107 och 108 eller piclc-upen enligt fig. 3 med enbart elektronik- 12 8106102-0 elementen 201 och 207. En tryckknapp 53 är anordnad För tillslagning av apparaten För enbart den tid som åtgår För arbetet. Väskan innehåller alla de elektroniska i fig. 4 och 5 visade anordningarna. Indikatordon 113 och 213, som visar resultatet av arbetet, är synligt anord- nade på väskans överdel. Huvudet och dettas anslutningar kan Förvaras i väskan då de inte användes.

Fig, 7 visar ett annat utförande av uppfinningen, i form av en enda enhet. Denna är utformad som en pistol, vars pipa utgöres av det ena av de i fig. 4 och 5 visade huvudena, som kan fästas på plats medelst klämmor.

Gummiringar 8, som kommer i kontakt med den yta som skall testas, är anordnad att skjuta ut Framför huvudet, såsom Framgår av ritningsfiguren. Den elektroniska strömmatningstryckknappen 53 är placerad på pistolens hand- tag. De två indikator- och registreringsorganen 113 och 213 är placerade på baksidan. I dettautförande utgöres indikatororganet 113 inte av en nålvisarindikator utan hellre av en digitalvisare, som vetenskapligt anger mantissan plus resultatexponenten.

Claims (7)

,, 8106102-o P a t e n t k r a v

1. Anordning för mätning av ytmoståndet hos ett föremåi, som upp- visar ett inre motståndsskikt och en yttre, iso1erande ytbeïäggning samt för mätning av strömïedningsförmågan hos en meta11de1 e11er ett meta11- skikt, som täcker en på en meta11ram fastgjovd isoïeringskropp och är täckt med ett isoleringsskikt, med en mot ytan på föremå1et anbringbar avkännare, som uppvisar en cyïindrisk mitteïektrod (1) och en ringformig yttre eïektrod (4), som är koaxie11 med mitteïektroden (1), med en neïïan mitteïektroden (1) och den yttre eïektroden (4) tiïlkoppïingsbar matarväxe1spänningskä11a för a1string av ett strömf1öde antingen melïan mitteïektroden (1) och den yttre eïektroden (4) e11er me11an mitteïekt- roden (1) och föremåïets jordansïutning, som är förd via ett beïast- ningsmotstånd (15), vars spänningssänkning mätes, k ä n n e t e c k- n a d a v en koppiing (107, 111; 211) för mätning av den meïïan med mitteïektroden (1) och med den yttre eïektroden (4) koaxieïïa meïïan- eïektroder (1, 3) uppträdande spänningenoch för biïdanfle av en i samma fas be1ägen komponent (vgäg, V%e tg) i denna me11ane1ekt- rodspänning (vbc, Vde) med spänningen (Vef) vid beïast- ningsmotståndet (15) och av en deïningsanordning (112, 212) för de1ning av me)1ane1ektrodspänningskomponenterna med be)astningsmotståndsspän- ningen.

2. Anordning enïigt kravet 1, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att varje me11ane1ektrod (23) med undantag för sin uppïagsyta (5, 9) på föremåïets yta är omgiven av en håïïarelektrod (12, 13), som via ett förstärkarsteg (105, 106) håïïes vid samma potentia1 som meïïaneïektro- den.

3. Anordning enïigt kravet 1 e11er 2, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att mitteiektroden (1) och den yttre eïektroden (4) med un- dantag för deras aniiggningsytor (5, 6) mot föremåïets yta är omgivna av avskärmningseïektroder (11, 14), som är anordnade ett bringas til) en viss potentia1. ölüölüâ-Ü

4. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k- n a d d ä r a v, att mittelektroden (1) och mellanelektroderna (2, 3) är anbragta i ett och samma första plan (5) och de yttre elektroderna (4) i ett i förhållande därtill något återdraget plan (6), så att de yttre elektroderna (4) i förhållande till ytan på det föremål, som skall mätas, uppvisar en impedans, som är större än impedanserna för mitt- elektroden (1) och mellanelektroderna (2, 3), att den mellan den yttre elektroden (4) och mittelektroden (1) uppträdande strömmen är i tvärfas i förhållande till nætarväxelspänningen.

5. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k- n a d d ä r a v, att kanterna på hållarelektroderna (12, 13) och av- skärmningselektroderna (ll, 14) är belägna i samma första plan (5) som mittelektroden (1) och mellanelektroderna (1, 3).

6. Anordning enligt kravet 1 för mätning av strömledningsförmågan hos en metalldel eller ett metallskikt, som täcker en på en metallram fastgjord isoleringskropp och är täckt av ett isoleringsskikt i förhål- lande till föremålets massa, varjämte matarväxelspänningen är lagd mellan mittelektroden och jordanslutningen och mätspänningen uttages mellan den yttre elektroden (4) och jordanslutningen, k ä n n e t e c k- n a d a v en koppling (211, 211') för bildandet av två komponenter (gå, yë) hos den mellan den yttre elektroden (4) och jorden- slutningen (CT) uppträdande mätspänningen, av vilka den ena komponen- ten (ïg) är i fas med den i föremålet och via belastningsmotståndet (15) flytande strömmen och den andra komponenten (¥ê) är i tvärfas i förhållande till denna ström; och av en koppling (112, 1l2') för del- ning av spänningskomponenterna med belastningsmotståndsspänningen (Vef) för jämförelse av de båda dividerade spänningarna med två förutbestämda spänningsvärden.

7. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k- n a d d ä r a v, att den påfördbara avkännaren (fig. 1, 3) är utformad mellanelektrodfri och mittelektroden (1) är anbragt i ett i förhållande till de yttre elektrodena (4) återdraget plan (6), så att den kapacitiva impedansen hos mittelektroden med motståndsskiktet är större än den yttre elektrodens (4) impedans.