Устройство для испытания образца на электростатическую зарядку

Устройство для испытания образца на электростатическую зарядку

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Саеетских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 240681 (2т) 3310079/18-21 f51) М. КЛ.З с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

0 01 и 31/00

Государственный комитет

СССР яо делам изобретений и открытий

Опубликовано 1502.83. Бюллетень М 6

Дата опубликования описания 150283 (53) УДК 389!621 °.317.318 (088.8) (72) Авторы изобретения

В.М. Иванов, Ю.Г. Пехтерев и Т.Я. Рябова (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ОБРАЗЦА

HA ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКУЮ ЗАРЯДКУ

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при создании устройств для контроля электростатических зарядов элементов конструкций, образцов материала и изделий.

Известно устройство для испытаний образцов материалов на электростатическую зарядку, состоящее иэ неподвижной. кассеты с образцами и пере. мещаемого емкостного зонда, подключенного к усилителю постоянного то- ка (1).

Недостатком этого устройства asляется низкая точность измерения в .результате того, что измеритель потенциала, работающий как емкостнЫй . делитель, не успевает разрядиться до нового значения. Кроме того, устройство содержит дополнительный двигатель для перемещения зонда в результате обнуления устройства, что снижает надежность устройства.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для испытания образца на . электростатическую зарядку, содержащсе емкостной датчик электрического поля в виде тонкой консольной балки, соединенной с усилителем, измеI рителем и индикатором, емкостной датчик, механически связанный через мо- дулятор с выходом генератора, пери-. одически колеблющийся вдоль силовых линий электрического поля исследуе- мого образца 12(.

Недостатком известного устройства является невысокая точность измерения, обусловленная тем, что емкостной датчик (тонкая консольная балка) колеблется под действием модулятора на 1-ом типе иэгибных колебаний, частота которых зависит от герметических размеров датчика и механических свойств материала, которые меняются . под действием внешних факторов и в процессе эксплуатации в результате старения и усталости металла..В ре« эультате частота генератора и соб,ственная частота 1-го типа иэгибных . колебаний начинают отличаться, следствием чего является; уменьшение амплитутвя колебаний да чика и глубины модуляции емкости.

Так как выходной сигнал пропорционален глубине модуляции емкости, то уменьшение амплитуды колебаний датчика приводит к сыибкам измереЗО, ний, особенно при длительной эксплуа

996958 тации, когда появляются усталостные явления в материале датчика.

Цель изобретения - повышение точ,ности измерений при длительной эксплуатации устройства °

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство для испытаний образца не электростатическую ,зарядку, содержащее модулятор, гене: ратор, источник питания, емкостной датчик, электрического поля в виде тонкой консольной балки, соединенной, через усилитель с измерителем, выход которого соединен с индикатором, вве дены катушка соленоида, транзисторный ключ, проходной транзистор, фазовращатель, усилитель-формирователь, линейный усилитель, детектор, блок сравнения, источник опорного напряжения, индукционный датчик, причем емкостной датчик электрического поля и модулятор выполнены из магнитного материала, последний выполнен в виде жестко закрепленного одним концом

20 на емкостном датчике электри ского поля стержня, другой конец которого расположен в осевом канале катушки соленоида, индукционный датчик с сердечником: в виде Ч-образного постоянного магнита расположен под емкостным датчиком электрического поля

25 в плоскости изгибных колебаний последнего, катушка индукционного датчика, расположенная на сердечнике, одним из выводов .подключена к общему выводу, а другим выводом — к

30 лителя, выход последнего через детектор соединен с одним из входов блока сравнения, другой вход которого соединен с источником опорного напряжения, а выход — с базой проходного транзистора, коллектор кото40 рого соединен с выходом источника питания, а эмиттер — с коллектором транзисторного ключа, эмиттер которо. го соединен через катушку соленоида с общим выводом, а база — с выходом генератора и с выходом усилителя-формирователя, вход которого соединен с выходом фазовращателя.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства, на фиг. 2эпюры отклонения емкостного датчика электрического поля и напряжений в различных точках устройства.

Устройство содержит емкостной датчик 1 электрического поля, выполненный в виде тонкой консольной балки, под которым на заземленном основании 2 из немагнитного материала установлен образец 3. На емкостиом. датчике 1 перпендикулярно его оси жестко закреплен одним концом модулятор 4 в виде стержня, выпол50

60 ненный, как и датчик, из магнитного. материала. Другой конец стержня 4 размещен в осевом канале соленоида входам фазовращателя и линейного уси- 35

5. Емкостной датчик 1 соединен с последовательно соединенньвюи усилите-! лем 6, измерителем 7 и индикатором

8. Соленоид 5 является нагрузкой транзисторного. ключа 9, с. базой которого соединен индукционный датчик

10 через фазовращатель 11 и усилитель-формирователь 12.

Между источником 13 питания 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 сравнения. Кроме того, в устройство входит генератор 18, соединенный с базой транзисторного ключа 9, а также источник 19 опорного напряжения.

Катушка индукционного датчика 10, фазовращатель 11, усилитель-формирователь 12, транзисторный ключ 9, катушка соленоида 5 и стержень 4 образуют цепь положительной обратной связи, необходимой для поддержки незату,.хающих изгибных колебаний датчика.

На фиг. 2 обозначено: g4 — откло" нение датчика 1 от положения равно/весия, Uup - напряжение на катушке ин дукционного датчика 10, 0 8- напряжение на выходе фазовращателя 11,Ц снапряжение на выходе усилителя-формирователя 12, 0 „- напряжение на выходе транзисторного ключа 9.

Работа устройства основана на том, что изменение собственной частоты изгибных колебаний зонда при изменении внешних факторов не приводит к уменьшению амплитуды колебаний,так как это изменение автоматически отражается и на сигнале обратной связи, который зависит от частоты колебаний датчика. В результате этого не возникают ошибки, связанные с изменением собственной частоты датчика, что может иметь место при длительной работе, когда меняется жесткость стержня из-за усталости материала.

Устройство работает следующим образом.

В исходном .состоянии емкостной датчик 1 находится в равновесии под действием силы притяжения индукционного датчика 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 стягивает стержень внутрь соленоида 5 и выводит датчик в нижнее от равновесия положение. По окончании импульса тока датчик стремится вернуться в положение равновесия, но за счет инерции проходит его до верхнего от равнове-. сия положения.

В катушке индукциоино о датчика

10 из-за изменения магнитного сопро-, тивления зазора между полюсами магни1 б - :- = 9.96958 6

I и стальным датчиком 1 наводится Формула изобретения та аинусоидальное напряжение с частотой колебаний датчика 1. Это напряжение с помощью фазовращателя 11,, усилителя 12 и транзисторного ключа 9 преобразуется в прямоугольный импульс, который в соответствующей Фазе колебаний датчика и длительностью, приблизительно равной 1/3 периода колебаний, подается на катушку соленоида 5. За счет магнитного поля к стержню 4 прикладывается сила, благоприятная для резонансной раскачки емкостного датчика 1. Такая положительная обратная связь позволяет с высокой точностью отслеживать частоhy модулятора в соответствии с cod ственной частотой изгибных колебаний датчика.

Прн увеличении амплитуды колебанмй датчика 1, вызванном старением материала датчика, увеличивается амплитуда синусоидального напряжения на датчике 10, что приводит к увеличению амплитуды сигнала на одном иэ .входов блока 17 сравнения, на вто рой вход которого поступает опорное. напряжения с источника опорного на-.. пряжения 19. С выхода блока 17 сравнения управляющий сигнал поступает на базу проходного транзистора 14, изменяя питающее. напряжение ключа 9 так, чтобы уменьшилась сила,раскрывающая датчик 1.

В результате амплитуда колебаний датчика 1 остается постоянной при изменении механических характеристик материала датчика в широких пределах, что особенно важно при длительной эксплуатации.

Таким образом, выполнение модулятора в виде стержня из магнитного материала, жестко закрепленного одним концом на емкостном датчике также иэ магнитного материала перпендикулярно его оси, другой конец которого размещен в осевом канале соленоида с воэможностью перемещения вдоль его оси, наличие индукционного, датчика, размещенного под емкостным датчиком в полости иэгибных колебаний датчика, а также наличие положительной обратной.связи по глубине модуляции датчика и отрицательной обратной связи по . питающему напряжению позволяет повысить точность измерений при длитель-.

: ности воздействия внешних дестабилизирующих факторов при длительной эксплуатации.

Устройство для испытания образца на электростатическую зарядку, содержащее модулятор, генератор, источник-питания, емкостный датчик электрического поля в энде тонкой консольной балки, соединенной через усилитель с измерителем, выход которого соединен с индикатором, о т л ич а ю щ е е с я теи, что, с целью повьааения точности .иэиерения при длительной эксплуатации, в устройство введены катушка соленоида, транзисторный ключ, проходной транзистор, фаэовращатель, усилитель-фориирова15 тель, линейный .усилитеж., детектор, блок сравнения, источник опорного напряжения, индукционный датчик, прич4и емкостной датчик электрического поля и модулятор выполнены из иагнитного: щ материала, последний выполнен в виде жестко закрепленного одним концом на емкостном датчике электрического .поля стержня, другой конец которого расположен в осевом канале катушки соленоида, индукционный датчик с сердечником в виде V-образного цостоян,, ного магнита расположен под емкостным датчиком электрического поля в плос- кости нэгмбмых колебаний .последнего, катушка индукционного датчика, расположенная на сердечнике, одним иэ вы:водов одключема к общему выводу, а другим выводом - к входам фаэовраща-. теля и линейного усилителя, выход последнего через детектор соединен

И с одним иэ входов блока сравнения, другой вход которого соединен с ис- . точником опорного напряжения, а вы-:. ход - с базой проходного транзистора, коллектор которого соединен с вы @} ходом источника питания, а эимттерс коллекторои транзисторного ключа, змиттер которого соединен через ка" тушку соленоида с общим выводом, а база - с выходом генератора и с выходом усилителя-формирователя, вход которого соединен с выходом фазовра" щателя.

Источники информации, принятые во внимание прн экспертизе

1. Нс. Pherson О.А., Couffman Э Р.

3© Schobeit М.R.- Spacecraft ChariIng Of

Н19И AItItudes ЗСАТНА SateI IIte Program. - Y. Spacecraft, vol. 12-, В 10 1975.2. Авторское свидетельство СССР

И по заявке и 290445/18-21, кл. G 01 R 31/00, 1980 (прототип).

996958

Составитель Е.Березов

Редактор К.Волощук Техред Т,фанта КорректорЛ.Бокшан

Эаказ 926/63 Тираи 708 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", r. Уагород, ул. Проектная, 4