SU996958A1 - Устройство дл испытани образца на электростатическую зар дку - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике и может быть использовано при создании устройств дл  контрол  электростатических зар дов элементов конструкций, образцов материсша и изделий.

Известно устройство дл  испытаний образцов материалов на электростатическую зар дку, состо щее из неподвижной кассеты с образцами и перемещаемого емкостного зонда, подключенного к усилителю посто нного тока 1 .

Недостатком этого устройства  вл етс  низка  точность измерени  в результате того, что измеритель по тенциала, работакнций как емкостный делитель, не успевает разр дитьс  до нового значени . Кроме того, устройство содержит дополнительный двигатель дл  перемещени  зонда в результате Обнулени  устройства, что снижает надежность устройства.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности  вл етс  устройство дл  испытани  образца на электростатическую зар дку, содержам е емкостной датчик электрического пол  в виде тонкой консольной балки , соединенной с усилителем, измерителем и индикатором, емкостной датчик , механически св занный через MO-I дул тор с выходом генератора, периодически колеблющийс  вдоль силовых линий электрического пол  исследуемого образца 2j .

Недостатком известного устройства  вл етс  невысока  точность измерени , обусловленна  тем, что емкост10 ной датчик (тонка  консольна  балка) колеблетс  под действием модул тора на 1-ом типе изгибных колебаний, частота которых зависит от герметических размеров датчика и механических

15 свойств материала, которые мен ютс  под действием внешних факторов и в процессе эксплуатации в результате старени  в усталости металла. В результате частота генератора и сОб20 ст енна  частота 1-го типа изгибных i колебаний начинают.отличатьс , следствием чего  вл етс : уменьшение амплитуды колебаний датчика и глубины модул ции емкости.

25

Так KciK выходной сигнал пропорционален глубине модул ции емкости, то уменьшение амплитуды колебаний датчика приводит к ошибкам измере30 ний, особенно при длительной эксплуа- тации, когда по зл готс  усталостные  влени  в материале датчика, . Цель изобретени  - повышение точ:ности измерений при длительной эксплуатации устройства. Поставленна  цель достигаетс  тем что в известное устройство дл  испытаний образца не электростатическую зар дку, содержащее модул тор, генефатор , источник питани , емкостной датчик/ электрического пол  в виде тонкой консольной балки, соединенной через усилитель с измерителем, вь1ход которого соединен с индикатором, вве дены катушка соленоида, транзисторны ключ, проходной транзистор, фазовращатель , усилитель-формирователь, линейный усилитель, детектор, блок сравнени . Источник опорного напр жени , индукционный датчик, причем емкостной датчик электрического пол  и модул тор выполнены из магнитного материала, последний выполнен в виде жестко закрепленного одним концом на емкостном датчике электри гского пол  стержн , другой конец которого расположен в осевом канале катушки соленоида, индукционный датчик с сердечником: в виде V-образного посто нного магнита расположен под емкостным датчиком электрического пол  в плоскости изгибных колебаний последнего , катушка индукционного датчика , расположенна  на сердечнике, одним из выводов , подключена к общему выводу, а другим выводом - к входам фазовращател  и линейного уси лител , выход последнего через детектор соединен с из входов блока сравнени , другой вход которого соединен с источником опорного напр жени , а выход - с базой проходного транзистора, коллектор которого соединен с выходом источника пи тани , а эмиттер - с коллектором транзисгорного ключа, эмиттер которо го соединен через катушку соленоида С общим выводом, а база - с выходом генератора и с выходом усилител -фор мировател  , вход которого co&ffKHea о выходом фазовращател . На фиг. 1 представлена структурна  схема устройства, на фиг. 2 эпюры отклонени  емкостного датчика электрического под  и напр жений в различных точках устройства. Устройство содержит емкостной датчик 1 электрического пол , выпол ненный в виде тонкой консольной бал ки, под которым назаземленном осно вании 2 из немагнитного материала установлен образец 3. На емкостном датчике 1 перпендикул рно его оси жестко закреплен рдоим концом модул тор 4 в виде стержн , выполненный , как и датчик, из магнитно материала. Другой конец стержн  4 размещен в осевом канале соленоида 5. Емкостной.датчик 1 соединен с последовательно соединенньа ш усилите- i лем б, измерителем 7 и индикатором 8, Соленоид 5  вл етс  нагрузкой транзисторного ключа 9, с базой которого соединен индукционный датчик 10 через фазовращатель 11 и усилитель-формирователь 12. Мейсду источником 13 питани  и коллектором транзисторного ключа 9 включен проходной транзистор 14, с базой которого также соединен индукционный датчик 10 через линейный усилитель 15, детектор 16 и блок 17 сравнени . Кроме того, в устройство входит генератор 18, соединенный с базой транзисторного ключа 9, а так-, же источник 19 опорного напр жени . Катушка индукционного датчика 10, фазовращатель 11, усилитель-формирователь 12, транзисторный ключ 9, катушка соленоида 5 и стержень 4 образуют цепь положительной обратной св зи , необходимой дл  поддержки незатухающих изгибных колебаний датчика. На фиг. 2 обозначено; ufi - отклонение датчика 1 от положени  равновеси , Оцд - напр жение на катушке индукционного датчика 10, {J,ju - напр жение на выходе фазовращател  ll, напр жение на выходе усилител -Формировател  12, и(- напр жение на выходе транзисторного ключа 9. Работа устройства основана на том, что изменение собственной частоты изгибных колебаний зонда при изменеАии внешних факторов не приводит к уменьшению амплитуды колебаний,так как это изменение автоматически отражаетс  и на сигнале, обратной св з.и, который зависит от частоты колебаний датчика. В результате этого не возни-, кают ошибки, св занные с изменением собственной частоты датчика, что может иметь место при длительной работе , когда мен етс  жесткость стержн  из-за усталости материала. Устройство работает следукицим образом .. В исходном .состо нии емкостной датчик 1 находитс  в равновесии под действием силы прит жени  индукционного дат.чика 10, выполненного в виде V-образного магнита, и силы упругости датчика 1. При подаче одиночного импульса от генератора 18 в обмотке соленоида 5 протекает импульс тока, магнитное поле которого ст гивает стержень внутрь соленоида 5 и выводит датчик в нижнее от равновеси  положение . По окончании импульса тока датчик стремитс  вернутьс  в положение равновеси , но за счет инерции проходит его до верхнего от равновеСИ .Я положени . В катушке индукционного датчика 10 из-за изменени  магнитного сопро-, тивлени  зазора между полюсами магиита и стальным датчиком 1 наводитс  синусоидальное напр жение с частотой колебаний датчика 1. Это напр жение

с помощью фазовращател  11, усилител  12 и транзисторного ключа 9 преобразуетс  в пр моугол ;ный импульс, который в соответствующей фазе колебаний датчика и длительностью, приблизительно равной 1/3 периода колебаний , подаетс  на катушку соленоида 5 . За счет магнитного пол  к стержню 4 прикладываетс  сила, благопри тна  дл  резонансной раскачки емкостного датчика 1. Така  положи- тельна  обратна  св зь позвол ет с высокой точностью отслеживать часто гу модул тора в соответствии с собствеиной частотой изгибных колебаний датчика.

При увеличении амплитуды колебаний датчика 1, вызванном старением материалу датчика, увеличиваетс  амплитуда синусоидального напр жени  на датчике 10, что приводит к увеличению амплитуды сигнала на одном из .входов блока 17 с|}авнени , на второй вход которого поступает опорное напр жени  с источника опорного Ha-, пр жени  19. С выхода блока 17 сравнени  управл ющий сигнал поступает на базу проходного транзистора 14, измен   питающее.напр жение ключа 9. так, чтобы уменьшилась сила,раскрывающа  Jцaтчик 1.

Б результате а1«1литуда колебаний датчика 1 остаетс  посто нной при изменении механических характеристик материсша датчика в широких пределах что особенно важно при ;у1ительной эксплуатации.

Таким образом, выполнение модул тора в виде ртержн  из магнитного материала , жестко закрепленного одним концом на ei«cocTHOM датчике также из магнитного материала перпендикул рно его оси, другой конец которого размещен в осевом кансше соленоида с возможностью перемещени  вдоль его оси, наличие индукционного.датчика, размещенного под емкостным датчиком в полости изгибных колебаний датчика а также наличие положительной обратной св зи по глубине модул ции датчика и отрицательной обратной св зи по питающему напр жению позвол ет ловы сить точность измерений при длите ь; ности воздействи  внешних дестабилизирующих факторов при длительной эксплуатсщии.

Claims (2)

1.Не. Pherson О.А., . Couffman О.Р.

0 Schobeit W.R.- Spacecraft Charging of High Altitudes SCATHA Satellite

Program. - Y. Spacecraft, vat. 12, 10, 1975.

2.Авторское свидетельство СССР

5 по за вке t 290445/18-21,

кл. G 01 R 31/00, 1980 (Прототип).

Ah

r r r

J J V

i/K/

П ТП