Способ определения постоянной времени релаксации объемного заряда и объемной электропроводности диэлектриков

Способ определения постоянной времени релаксации объемного заряда и объемной электропроводности диэлектриков

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ пп77 1 524 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 210678 (21) 2634614/18-25 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 151080. Бкзллетень ¹ 38

Дата опубликованная описания 15.10.80

<51) М. Кл.

6 01 N 27/02

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 537; 311. .35(088.8) (72) Авторы изобретения

В.С. Аксельроц и К.t=. Чигловский (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОСТОЯННОЙ ВРЕМЕНИ

РЕЛАКСАЦИИ ОБЪЕМНОГО ЗАРЯДА И ОБЪЕМНОЙ

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ

Изобретение относится к способам определения электрофизических свойств диэлектрических материалов и может быть использовано для определения постоянной времени релаксации объем- 5 ного заряда диэлектрических жидкостей, в частности, в нефтяной и химической промышленностях, а также для определения объемной электропроводности диэлектрических материалов в 10 электротехнической и других промышленностях.

Известен способ определения электропроводности жидкости путем измерения сопротивления жидкости в меж- 15 электродном пространстве измерительной ячейки, заполненной исследуемой жидкостью L1J .

В соответствии с этим способом, к электродам в процессе измерений при- 2О кладывают постоянное напряжение (от

25 до 2500 В). По известной электрической емкости ячейки и измеренному сопротивлению определяют искомую электропроводность. НедостаткоМ это- 25 го способа является то, что измеренная величина электропроводности зависит от значения приложенного напряжения, которое определяет характер процессов, протекающих в жидкости во 3О время измерения (в частности, процесса выноса носителей заряда). Этот способ измерения дает информацию о поведении жидкости при различных напряжениях, однако не позволяет определить истинную электропроводность жидкости. Низкая точность определения электропроводности этим способом объясняется также влиянием на результат измерения околоэлектродных процессов при приложении измерительных напряжений.

Ближайшим техническим решением к изобретению является способ определения постоянной времени релаксации объемного заряда и объемной электропроводности диэлектриков, при кото.ром исследуемый диэлектрик помещают в межэлектродное пространство, к электродам прикладывают постоянное напряжение и определяют постоянную времени изменения электрического сигнала (21 .

К недостаткам способа относится влияние величины начального напряжения и времени его приложения до начала измерения на точность результа тов измерения. Кроме того, существенным для точности измерения оказы771524 вается воздействие околоэлектродных процессов на разряд конденсатора.

Цель изобретения — повышение точности определения постоянной времени релаксации объемного заряда и электропроводности диэлектрика путем исключения влияния на точность измере5 иия выноса носителей заряда при измерениях в жидких диэлектриках, исключения необходимости измерения больших сопротивлений для твердых диэлек- 1О триков, а также путем исключения влияния околоэлектродных процессов.

Цель достигается тем, что в межэлектродное пространство вводят, по крайней мере, один слой вспомогательного диэлектрика, изменяют соотноше- 5 иие толщин слоев исследуемого и вспомогательного диэлектриков, определяют постоянные времени изменения напряженности электрического поля на одном из электродов при каждом фикси- 2Q рованном соотношении толщин слоев при подаче постоянного напряжения на электроды.

При этом при двухкратном изменении соотношения толщин слоев вспомо гательного и исследуемого диэлектриков постоянную времени релаксации объемного заряда и электропроводност: определяют по формулам:. п Е» <ЕРС» Е2 2 E2 (ЕоЕ» - Е» »1

Е2 М m2(о -» ь Е» О») л

"Е» "Е2 где m< и m2 — коэффициенты пропорциональности, зависящие от соотношений толщин диэлектриков; 40

ЕЕ и Е2 — постоянные времени изЕ» менения электрического поля при двух различных соотношениях толщин диэлектриков; и у — диэлектрическая пронио» цаемость и удельная объемная электропроводность вспомогательного диэлектрика; и — постоянная времени релаксации и удельная объемная электропроводность исследуемого диэлектрика;

E — диэлектрическая постоян-55 о ная.

При троекратном изменении соотношения толщин слоев вспомогательного и исследуемого диэлектриков постоянную времени релаксации объемного заряда и электропроводность определяют по формулам: и п!» е»("еъ "е2 щ2 E2("E1 "ез1 п ъ" ез(E2 "E» »(»И "Е2 2» Е» ЕЪ1 Э ("E2- Е» 5

yn» { еъ е21»" 2{е» "е ъ л 3(е2 е»1ЕоЕ» и р п л и и

» 2 ЕЪ(Е2 Е» » )" Е2("Е! Е-"1 2 Ъ Е»(Е) Е21 где m — коэффициент пропорциональ3 ности, зависящий от третьего соотношения толщин диэлектриков; постоянная времени изменеЕЪ ния напряженности электрического поля при третьем соотношении толщин диэлектриков.

Благодаря тому что при этом появляется возможность ограничить величину выносимого из объема электрическими силами заряда величиной заряда на границе раздела диэлектриков, повышается точность определения постоянной времени релаксации объемного заряда и электропроводности жидких диэлектриков. При исследовании твердых диэлектриков в этом случае исклг1чается необходимость в измерениях больших сопротивлений образцов, за счет чего также повышается точность.

И, наконец, благодаря тому что исследуемый диэлектрик может быть в процессе измерений изолирован от электродов вспомогательным диэлектриком, исключается влияние околоэлектродных процессов на точность определения постоянной времени релаксации объемного заряда электропроводности.

На фиг. 1 схематически показаны исследуемый и вспомогательный диэлектрики, помещенные в межзлектродное пространство, разрез; на фиг. 2 — исследуемый и вспомогательный многослойный диэлектрики в межэлектродном пространстве, разрез; на фиг. 3 кривые зависимости напряженности поля на электродах и плотности заряда на. границе раздела диэлектриков от времени при различных соотношениях толщин слоев диэлектриков.

Способ осуществляют следующим образом. Для определения постоянной времени релаксации объемного заряда и/или электропроводности исследуемого диэлектрика 1 (фиг. 1 и 2) последний помещают между электродами 2 и в межэлектродное пространство вводят хотя бы один слой 3 вспомогательного диэлектрика с диэлектрической проницаемостью 2 и электропроводностью у

Количество слоев исследуемого и вспомогательного диэлектриков может быть различным, это не оказывает влияния на определение искомых величин. После образования указанной слоистой системы из исследуемого и вспомогательного диэлектриков к электродам 2 прикладывают постоянное напряжение и определяют постоянную времени е изменения напряженности электрического поля на одном из электродов. Затем изменяют соотношение толщин слоев диэлектриков, например, изменив толщину

7715?4

-5 (О

3. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что при известных диэлектрической проницаемости и удельвспомогательного диэлектрика, и повторяют определение постоянной времени изменения напряженности электрического поля.

На фиг. 3 изображены кривые изменения напряженностей поля на электродах и поверхносТях заряда на границе раздела, причем сплошные и пунктирные линии соответствуют двум различным соотношениям толщин диэлектриков.

По формулам, связывающим определенные таким образом постоянные времени 7Е и соотношения толщин слоев с постоянной времени релаксации объемного заряда с» исследуемого диэлектрика или его электропроводностью, определяют эти величины. Эти соотношения могут быть получены аналитически или путем тарировки.

При определении постоянной времени релаксации объемного заряда и электропроводности диэлектриков описанным способом существенно повышается точность благодаря тому, что влияние околоэлектродных процессов исключается за счет использования больших толщин слоев исследуемого диэлектрика, а также за счет изолирования исследуемого диэлектрика от электродов при помощи вспомогательного диэлектрика. Кроме того, для жидких диэлектриков точность повыаается благодаря тому, что вынос носителей заряда из объема исследуемого диэлектрика может быть ограничен величиной заряда на границе раздела диэлектриков и не зависит от времени приложения напряжения, а для твердых диэлектриков исключается необходимость измерения больших электрических сопротивлений образцов.

Способ основывается на зависимости от геометрических соотношений времени формирования в электрическом поле свободного заряда на границе раздела сред с различными диэлектрическими проницаемостями и электропроводностями. Эта закономерность по временным параметрам совпадает с закономерностью изменения напряженности электрического поля на электродах.

При определении постоянной времени релаксации твердого диэлектрика (или его электропроводности) вспомогательный диэлектрик может быть выбран с большей или меньшей известной электропроводностью, за счет чего можно варьировать результирующую постоянную времени ее . При этом исключается необходимость измерения малых токов, что позволяет повысить точность определения р .

Применение предлагаемого способа позволит определять постоянную вре" мени релаксации объемного заряда и электропроводность как жидких, так и твердых диэлектриков с повышенной точностью. Повышение точности определения электропроводности и постоян4{)

65 ной времени релаксации объемного заряда диэлектриков позволит более качественно и точно решать задачи электростатической защиты систем н оборудования при использовании диэлектрических материалов, их изготовлении и транспортировке, обеспечивая взрывои пожаробезопасность в более широком диапазоне технологических режимов.

Определение постоянной времени релаксации объемного заряда и электропроводности диэлектрической жидкости предлагаемым способом дает повторяемые результаты с погрешностью, не превышающей 5Ъ независимо от величины прилагаемого напряжения в диапазоне от 4 до 1000 В и времени приложения напряжения в диапазоне от 1 до

15 мин, а также независимо от количества циклов приложения напряжения.

Формула изобретения

1. Способ определения постоянной времени релаксации объемного заряда и объемной электропроводности диэлектриков, при котором исследуемый диэлектрик помещают в межэлектродное пространство, к электродам прикладывают постоянное напряжение и определяют постоянную времени изменения электрического сигнала на электродах, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения, в межэлектродное пространство вводят, по крайней мере, один слой вспомогательного диэлектрика, изменяют соотношение толщин слоев исследуемого и вспомогательного диэлектриков, опре деляют постоянные времени изменения напряженности электрического поля н одном из электродов при каждом фиксированном соотношении толщин слоев диэлектриков и по соотношениям, связывающим эти постоянные времени и соотношения толщин слоев с определяемыми параметрами, вычисляют постоянную времени релаксации объемного заряда и объемную электропроводность исследуемого диэлектрика.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, ч-о при известной диэлектрической проницаемости вспомогательного диэлектрика определение постоянной времени изменения напряженности электрического поля производят при трех различных соотношениях толщин слоев диэлектриков и определяют указанные параметры по формулам: ф Я " Е»(Е3 "Е2) 2 "Е2(l Е 4 Wg lEЪ(Е Е»

»(Е3 ЕЕ) 2("Е» "ЕЪ)»+5(lE2 Е1) fYl»("Eg "е2) п 2(е» "еъ)Ф™ {lЕЕ "е») ЕоЕл g s

2 "Е3("Е2 Е») » 9" Е2{ Е» ЕУ Е Э" Е»(f> И) 771524

2 — 3 ной объемной электропроницаемости вспомогательного диэлектрика определение постоянной времени изменения электрического поля производят при двух различных соотношениях толщин слоев диэлектриков и определяют указанные параметры по формулам: п пт "g< (E Ei "f2 gi) п 2 "f2 (о л heidi} тп((Ео < "Е2 л) и 2(о » "е4 b i л т л

10 — (Eo« Е1Уi& Ыо -л "В У )

Ет Е2 где с и — постоянная времени релаксации объемного заряда и удельная объемная электропроводность исследуемого диэлектрика, m<,m2 и m>- коэффициенты пропорциональности, зависящие от соотно(пения толщин диэлектриков; постоянные времени изменения электрического поля при трех различных соотно-. шениях толщин слоев диэлектриков; диэлектрическая проницаемость вспомогательного диэлектрика; диэлектрическая постоянная.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1. Казарновский Л.М., Тареев R.М.

Испытания злектроизоляционных материалов. М., "Энергия", 1969, с.31-33.

2,

pubej shing comp., 3958,q,t.р.59(ïðîòîòènj.

771524

Е,4

+grnP Pe OW uA @ у Я u JCr

Составитель В.Гусева

Редактор Т.Орловская Техред С. Мигунова Корректор М.Вигула

Закаэ 6684/54 Тираж 1019 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4