Импедансный датчик (его варианты)

Импедансный датчик (его варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частное ти к двухэлектродным измерительным устройствам на переменном токе. Цель изобретения - повьшение точности измерения импеданса и производных от него величин, обеспечение надежности контактирования и удобства измерений отвержденных и неотверлщенных плохо проводящих покрытий на проводящих, в том числе малогабаритных с площадью до 0,05 см, подложках , особенно для тонких (менее 5 мкм) покрытий любой шероховатости и волнистости. Импедансный датчик выполнен как контактный металлический стержень с соосным диском в виде металлического кольца с вставкой из оргстекла, a в качестве контактного слоя используется капля жидкости, свободно заполняющая зазор между исследуемым покрытием и рабочей поверхностью датчика. Датчик присоединяется к иэмерительнои1у прибору с помощью разъема или металлического провода. Вторым электродом является проводящая ггодложка, на которой адгезировано исследуемое покрытие. 2 с.п. ф-льг, 2 ил. С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (ду 4 G 01 М 27/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3796735/24-25 (22) 03. 10.84 (46) 30.09.86. Бюл. У 36 (71) Государственный научно-исследовательский и проектный институт лакокрасочной промьппленности (72) В.И.Овчаренко, Е.В.Королева, А.Н.Федорова, P.À.грачевская, В.П.Герасько и В.С.Васильев (53) 551.508.7(088.8) (56) Сборник исследований по коррозии металлов. Труды ИФХ АН СССР.

Вып. УП, 1959, с. 155-158 (АН СССР).

Патент США Р 2732525, кл. 324-10, 1956. (54) ИМПЕДАНСНЬЙ ДАТЧИК (ЕГО ВАРИАНТЫ) (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частнос ти к двухзлектродным измерительным устройствам на переменном токе.

Цель изобретения — повышение точности измерения импеданса и производных.,SU„, 1260813 А1 от него величин, обеспечение надежности контактирования и удобства из" мерений отвержденных и неотвержденных плохо проводящих покрытий на проводящих, в том числе малогабаритных с площадью до 0,05 см, подложках, особенно для тонких (менее

5 мкм) покрытий любой шероховатости и волнистости. Импедансный датчик выполнен как контактный металлический стержень с соосным диском в виде металлического кольца с встав кой из оргстекла, а в качестве контактного слоя используется капля жидкости, свободно заполняющая зазор между исследуемым покрытием и рабочей поверхностью датчика. Датчик присоединяется к измерительному прибору с помощью разъема или металлического провода. Вторым электродом является проводящая подложка, на которой адгезировано исследуемое покрытие. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

I? I1081:3

Иэобf)сто!!иc ОтностТтся к иэмгри тельной технике, в частности к двух— электродным измерител :ным устройст— нам на переменном токе для измерения ускоренным нераэрушающим методом полного сопротивления (импеданса ?) и производных от него величин (комплексной диэлектрической проницаемости F, тангенса угла диэлектрических потерь tp Б, комплексной проводимости У, емкости С, сопротивления R), связанных с толщиной, нов допоглощением, водо- и ионопроницаемостью, защитными свойствами слабопроводящих покрытий толщиной до

500 мкм на проводящей подложке.

Цель изобретения — создание импедансного датчика, обеспечивающего повышение точности измерения импеданса и производных от него величин,, надежности контактиронания датчика с исследуемой поверхностью, уцобства измерения на адгезионных плохопроводящих покрытиях любой шероховатости и волнистости, в том числе на мягких покрытиях и покрытиях на малогабаритных иэделиях площадью до

0,05 см .

На фиг.1 представлен общий вид предлагаемого датчика; на фиг.2 то же, вариант.

Импедансный датчик содержит металлический стержень 1, полированный торец 2 стержня, разъем подсоединения

3 к измерительному прибору, диск 4, металлическое кольцо 5, вставка из оргстекла 6, липкая лента 7 с отверстием, исследуемое покрытие 8, подложка 9, капля жидкости 10. Соединение датчика с измерительным прибором (мостом переменного тока, измерителем добротности и т.п.) осуществляется через разъем 3.

Вариант предлагаемого цатчика (фиг. 2) содержит металлический стержень 1, полированный торец 2 стержня, металлический провод 3, диск 4, металлическое кольцо 5, вставка иэ оргстекла 6, липкая лента 7, с отверстием, исследуемое покрытие 8, подложка 9, капля жидкости 10, металлизированное углубление 11, токопроводящая жидкость 12. Соединение датчика с измерительным прибором (мос— том переменного тока„ измерителем добротности и т.п.) осуществляется через металлический провод 3, onóòãен-! ный н токопроводящую жидкость 12, залитую H металлизиро> явное углубле— ние 11.

Иеталлизапия углубления увеличивлет поверхность соприкосновения токопроводящей жидкости со стрежнем, что уменьшает погрешность измерений электрофизических параметров.

Диск 4 обеспечивает импедансному датчику способность самоустанавли1О ваться на испытуемой поверхности, обеспечивает возврат датчика в исходное положение при случайном выведении иэ него и создает требуемую ве>Д внешч. пред. предельный диаметр диска 4, при котором диск еще способен вернуться в состояние устойчивого равновесия, определяемый го формуле

+ d, (2) г- о

25 где Д пред. где 1 — расстояние от точки расположения центра масс диска 4 до

35 покрытия, и — нысота диска 4;

d — диаметр стержня 1;

tg d. — тангенс угла наклона стерж46 ня к плоскости исследуемого покрытия в момент достижения датчиком состояния неустой"-:ивого равновесия.

Величина Д увеличивается с пред. ростом 1 при заданном d и практически не зависит от массы диска 4, которая определяется массой металлического кольца 5, т.е. величиной со— отношения его внутреннего и внешнего

50 диаметрон, Путем регулирования массы диска 4 при заданном d достигается требуемое давление датчика на покрытие, датчик может быть и накладным.

Для датчика по фиг.1 внешняя сила

Г, которая может возникнуть при подсоединении провода измерительного прибора к разъему 3, может вывести личину давления датчика на исследуе15 мое покрытие.

Для того, чтобы датчик являлся самоустананливающимся, т,е. чтобы до момента достижения системой состояния неустойчивого ранновесия диск 4

20 начинал быть упором, должно выполнять ся условие

1260813

IZ ((- . Z п,1з

F = — P

8?. (3) (4) (5) < т

«Z"

tl

КШ гдето иЕ кш

Ztr n tt

И а кш з

Т=

0,1 1 „! (8a) 55 датчик из состояния устойчивого равновесия. Сила F связана с давлением

P создаваемым датчиком, соотношением где L — длина стержня датчика, мм, — диаметр стержня, мм.

Из формулы (3) следует., что с уменьшением диаметра стержня d u увеличением длины стержня L способность датчика самоустанавливаться узудшается, так как малая по величине сила F выводит датчик из состояния устойчивого равновесия.

Устойчивость измерений предлагаемым датчиком достигается выбором величины L, обеспечивающей получение F заданной величины. На действующей модели датчика установлено, что величина F должна превьппать 0,05 Н.

В случае, когда сила F менее 0,05 Н, предлагается использовать датчик, изображенный на фиг. 1. Конструкция этого варианта датчика такова, что внешняя сила F, способная вывести датчик из состояния устойчивого равновесия, не возникает. Это позволяет использовать датчик для изучения образцов (изделий) с малой поверхностью и изучать точечные дефекты окраФ шенных изделий.

В предлагаемом датчике (фиг. фиг. 2) капля жидкости, свободно заполняющая зазор между стержнем и покрытием 8, используется в качестве контактного слоя, жидкость должна подчиняться условиям активная составляющая импеданса контактной жидкости и покрытия соответственно; реактивная составляющая импеданса контактной жидкости и покрытия соответственно.

При измерениях испеданса с последующим пересчетом в величину толщины, водопоглощения, водо- и ионопроницаемости полимерных покрытий достаточным является выполнение менее жесткого условия

Если представить электрофизические процессы, протекающие в зазоре, заполненном контактной жидкостью, в виде эквивалентной схемы с параллельным соединением элементов, то модуль импеданса контактной жидкости имеет вид

1S где ) Z и (Z ) — модуль импеданса кш кОнтактнОй жидкОс ти и исследуемого покрытия соответственно, Ом м, 20

d — эффективная толщина з зазора между рабочей поверхностью датчика и покрытием, и,,25

1р — удельная проводимость контактной

-1 -1 жИДКОСтнз OM M

Š— абсолютная диэлектрическая проницаемость контактной

-1 жидкости, Ф, М ьЗ вЂ” циклическая частота переменного тока, Гц.

Иэ анализа формулы (7) следует, 35 что основной вклад вносит первое слагаемое под корнем знаменателя, поэтому выражение (7) приобретает вил

40 кщ — з (7а)

Если допустить, что погрешность измерения I Z„I не должна превышать

10Х, можно записать неравенство

lZ -(О,1 "„I (8) из которого следует, что удельная проводимость жидкости, используемой

50 в качестве контактного слоя, подчиняется условию

Конструкция предлагаемого датчи- ка обеспечивает величину зазора в единицы микрометра между исследуе1 2608! 3

Капля жидкости, используемая н качестве контактного слоя, позволяет надежно проводить измерения, так как во время ее существования удается произвести количество измерений, достаточное для их статистической обработки.

После проведения измерений датчик снимается с образца и капля жидкости удаляется с помощью фильтроваль— ной бумаги.

Предлагаемый датчик (фиг. 1, фиг. 2) позволяет через измерение импеданса и его производных определять с повьпаенной точностью толщину покрытия любой шероховатости и волнистости, особенно тонких(<5 мкм) покрытий, отвержденных и неотвержденных, нанесенных на малогабаритные объекты (площадью 0,05 см ), быстро оценивать изменение покрытий под действием воды, электролитов, органических растворителей и любых жидкостей во времени, изучать защитные свойства покрытий. Широкие возможности позволяют применять датчик для измерений на тонких пленках, особенно важных в таких областях, как радиоэлектроника (печатные платы, микросхемы, микропроцессоры), вычислительная техника (диски памяти 3BM), антикоррозийная техника (пленки, полученные при электрололимериэации, полимеризация в тлеющем разряде и др.).

Формула и з о б р е т е н и я

1. Импедансный датчик, содержащий .металлический стержень с диском, соединенный с измерительным прибором, и контактный слой в виде жидкости, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения импеданса и производных от него величин, диск выполнен в виде металлического кольца с вставкой из органического стекла, стержень снабжен разъемом для соединения с измерительным прибором, при этом диаметр d стержня, внешний диаметр D „ „„ диска .и высота 1 закрепления диска на стержне выбраны из зависимости

21 — h

D > +d,мм, внешн. tg <

1 где h — - высота диска, d — диаметр стержня, мм; гр с — тангенс угла наклона датчика в момент достижения состояния неустойчивого равновесия; а в качестве контактного слоя использована жидкость с удельной проводимостью, подчиняющейся соотношению с з 1 ).

Э

0,1(Z,(!

О удельная проводимость жид-1 -1 кости, Ом м величина эффективности загде

d з

15 зора, м;

1 Z I — модуль импеданса исследуе— h

-1 мого покрытия, Ом м

2(— 11 вечеа„н dу мму

4О где Ь вЂ” высота диска;

-d — диаметр стержня, мм, ср о — тангенс угла наклона датчика в момент достижения состояни неустойчивого равновесия, а в качестве контактного слоя исполь зована жидкость с удельной проводимостью, подчиняющейся соотношению

1 > — >—

0,1 I Е„(50 где ф—

Iz„I— удельная проводимость жидкости, Ом м величина эффективного зазора, мм, модуль импеданса исследуе- 1 — 1 мого покрытия, Ом .. м

2. Импедансный датчик, содержа2О щий металлический стержень с диском, соединенный с измерительным прибором, и контактный слой в виде жидкости, отличающий с я тем, что, с целью повышения точнос25 ти измерения импеданса и производных от него величин, диск выполнен в виде металлического кольца с встав. кой из органического стекла, в которой выполнено углубление с металлизированной поверхностью, заполненное токопроводящей жидкостью и содержащее металлический провод для соединения с измерительным прибором, при этом диаметр d стержня, внешний диа35 метр зне„„,диска и высо а f з акрепления дисКа на стержне выбраны из зависимости!

2б08!3

Составитель A.Платова

Редактор И.Сегляник Техред Л.Олейник

Корректор В.Бутяга

Подписное

Заказ 5222/43 Тираж 778

ВНИИПИ Государственного комите та СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-нолигра4ическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4