способ контроля целостности токопроводящего покрытия на диэлектрическом материале

Формула изобретения

Способ контроля целостности токопроводящего покрытия на диэлектрическом материале, включающий операции размещения с зазором плоского электрода, измерения электрической емкости между плоским электродом и поверхностью токопроводящего покрытия, перемещения электрода, операцию сравнения электрических емкостей, отличающийся тем, что плоский электрод устанавливают на подвижном электроприводе, соединенном с регистратором, при этом плоский электрод возвратно-поступательно перемещают эквидистантно поверхности токопроводящего покрытия, а токопроводящее покрытие перемещают перпендикулярно относительно движения плоского электрода, затем полученное значение электрической емкости, поступающее в регистратор, сравнивают с эталонной емкостью, при нарушении равенства электрических емкостей отмечают наличие дефекта на токопроводящем покрытии.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для обнаружения замкнутых микротрещин на токопроводящем покрытии нанесенном на диэлектрик и может быть использовано в ракетно-космической технике и в других областях техники при изготовлении, хранении и транспортировании, при криогенных температурах, пожаровзрывоопасных сжиженных газов и углеводородов.

В настоящее время существует проблема по контролю целостности токопроводящего покрытия на диэлектрическом материале большой площади, например, поверхности топливного бака ракеты-носителя. Необходимость контроля целостности токопроводящего покрытия на диэлектрическом материале возникла для предотвращения образования разности потенциалов между локальными зарядами статического электричества. Локальные заряды статического электричества образуются на поверхности диэлектрического материала нанесенного на металлическое основание, из-за воздействия суточного перепада температур, ветра с дисперсными включениями пыли, песка и т.п.. Для исключения образования разности потенциалов между локальными зарядами статического электричества на диэлектрический материал наносится токопроводящее покрытие. В процессе эксплуатации изделия, в процессе транспортировки или хранения изделия, за счет разных удельных коэффициентов расширения металлического бака, диэлектрического материала и токопроводящего покрытия могут образовываться локальные участки (замкнутые микротрещины) токопроводящего покрытия, электрически не связанные с остальным токопроводящим покрытием. Площадь локальных участков, образованных замкнутыми микротрещинами, не должна превышать площади, на которой накапливается электростатический заряд, энергия разряда которого способна вызывать воспламенение или взрыв пожароопасных сред, например кислорода, водорода.

Известен емкостной способ измерения толщины покрытий на проводящем основании (А.С. СССР № 1634988), заключающийся в том, что измеряют емкость между проводящем основанием и электродом измерительного устройства.

Недостатками вышеописанного способа являются: высокая трудоемкость, которая необходима для расчета емкости, а также использование жидкого металла в большом количестве, для больших площадей, например: ртути, что вредно для здоровья испытателей и окружающей среды.

Известен емкостной способ определения толщины асфальтобетонного покрытия (Патент RU № 2295701), заключающийся в измерении емкости между электродом, расположенным над поверхностью покрытия и проводящим основанием, причем электрод перемещают над поверхностью покрытия и измеряют текущие значения емкости при заданных расстояниях между электродом и поверхностью покрытия, полученную зависимость значений емкости от расстояния между электродом и поверхностью покрытия сравнивают с расчетными, взятыми из базы предварительно рассчитанных зависимостей емкости от расстояния между электродом и поверхностью покрытия для любых допустимых значений толщины.

Наиболее близким техническим решением выбранным в качестве прототипа является способ измерения толщины (А.С. СССР № 1201673), в котором образец устанавливают на базовую плоскость, параллельно его контролируемой поверхности размещают с зазором плоский электрод емкостного датчика зазора, измеряют электрическую емкость между ним и контролируемой поверхностью образца до травления, перемещают электрод параллельно самому себе в направлении к поверхности и измеряют электрическую емкость между ним и контролируемой поверхностью образца после травления, при этом перемещение электрода относительно поверхности образца после его травления осуществляют до тех пор, пока емкость между ним и контролируемой поверхностью образца станет равной емкости между электродом и контролируемой поверхностью образца до травления, а затем измеряют величину перемещения электрода, по которой определяют контролируемую величину.

Недостатками известного способа (прототипа), а также вышеописанного являются их ограниченные возможности, т.к. этими способами определяют только толщину покрытия; высокая трудоемкость контроля целостности токопроводящего покрытия на больших площадях.

Задачей предлагаемого изобретения является расширение его эксплуатационных возможностей, осуществление контроля токопроводящего покрытия большой площади и сокращение трудоемкости контроля токопроводящего покрытия.

Поставленная задача достигается тем, что в способе контроля целостности токопроводящего покрытия на диэлектрическом материале, включающий операцию размещения с зазором плоского электрода, измерение электрической емкости между плоским электродом и поверхностью токопроводящего покрытия, перемещения электрода, операцию сравнения электрических емкостей, при этом плоский электрод устанавливают на подвижном электроприводе соединенным с регистратором, при этом плоский электрод возвратно-поступательно перемещают эквидистантно поверхности токопроводящего покрытия, а токопроводящее покрытие перемещают перпендикулярно относительно движения плоского электрода, затем полученное значение электрической емкости поступающее в регистратор, сравнивают с эталонной емкостью, при нарушении равенства электрических емкостей отмечают наличие дефекта на токопроводящем покрытии.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами.

На фигуре 1 - главный вид контролируемого изделия с электроприводом и плоским электродом.

На фигуре 2 - сечение контролируемого изделия и плоского электрода с электроприводом.

На диэлектрический материал 1, например пенополиуретан, напыленный на металлическое основание 2, например, из алюминиевого сплава, нанесено токопроводящее покрытие 3, например эмаль ХП-5237.

Над токопроводящем покрытием 3 размещают с постоянным зазором плоский электрод 4. Плоский электрод 4 устанавливают на подвижном электроприводе 5. Поверхность токопроводящего покрытия 3 и поверхность плоского электрода 4 образуют конденсатор. Перемещая плоский электрод 4 возвратно-поступательно эквидистантно поверхности токопроводящего покрытия 3, измеряют электрическую емкость конденсатора, при этом токопроводящее покрытие 3 перемещают перпендикулярно относительно движения плоского электрода 4 с шагом, соизмеримым с 0,5 ширины плоского электрода 4. Конфигурация плоского электрода 4 может быть любой формы, например прямоугольной, а замкнутые микротрещины 6 неизвестны, непредсказуемы и визуально могут быть невидимы, особенно если на токопроводящее покрытие нанесена отделочная краска 7, например эмаль ХВ-16. Полученное значение емкости поступает на регистратор 8 (на чертеже не показан), который соединен с подвижным электроприводом 5. В регистраторе 8 происходит сравнение полученной емкости с эталонной емкостью. Эталонную емкость получают расчетным путем или экспериментально. Расчет производят по формуле (согласно Квартин М.И. «Электромеханические и магнитные устройства автоматики и их расчет» М., Высшая школа, 1973 г., стр.104)

C=(0,89× ×S)/d, где

C - емкость плоского конденсатора;

- диэлектрическая проницаемость среды между обкладками конденсатора;

S - площадь перекрытия обкладок конденсатора;

d - зазор между обкладками конденсатора.

Получение эталонной емкости экспериментально заключается в изготовлении образца. На металлическое основание наносят диэлектрический материал, а на него наносят токопроводящее покрытие. Все материалы берут такие же, как и на изделии. К токопроводящему покрытию и к плоскому электроду, расположенному со стороны токопроводящего покрытия, подсоединяют щупы измерительного прибора и по его показаниям фиксируют полученное значение емкости, которое и принимают за эталонное.

При нарушении равенства электрических емкостей в регистраторе 8, содержащем устройство отметки дефекта, отмечают наличие дефекта и распыляющей форсункой или другим аналогичным устройством, совмещенным с подвижным электродом, наносится на токопроводящее покрытие 3, красящее вещество (в виде точки, штриха, крестика и т.п.).

Предлагаемый способ контроля целостности токопроводящего покрытия на диэлектрическом материале позволяет расширить эксплуатационные возможности, контролировать токопроводящее покрытие большой площади с выявлением на нем дефектов и сократить трудоемкость контроля токопроводящего покрытия.