Дипломная (вкр): Возможности визуализации дефектов образцов с использованием газового разряда атмосферного давления

.1.3 Краткие технические характеристики источника питания

Таблица 2. Спецификация радиоэлементов схемы источника питания.

Комплекс защит источника питания

Таблица 3. Комплекс защит высоковольтного источника питания.

- источник самостоятельно восстанавливает работоспособность после устранения причины срабатывания защиты.

- допускается кратковременное превышение максимально допустимого входного напряжения с генератора импульсов до величины не превышающей 15 В. 3 - тепловая защита срабатывает при температуре 96-110°С на выходном транзисторе, далее начинает стабилизироваться температура за счёт плавного снижения величины напряжения питания и тока. Внешний вид и габаритные размеры высоковольтного источника питания На рис. 12 представлен внешний вид высоковольтного источника питания.

Рис. 12. Вид сверху высоковольтного источника питания: 1 - воздухозаборное отверстие.

На рис. 13 показаны виды спереди и вид сзади, высоковольтного источника питания с обозначением основных элементов управления и коммуникации.

Рис. 13. Вид спереди и вид сзади, высоковольтного источника питания:

- высоковольтный выход; 3 -индикатор потребления тока, повышающего трансформатора; 4 - тумблер включения/выключения высокого напряжения; 5 - индикатор готовности высоковольтной цепи;6 - комбинированный разъем сетевого питания и управляющих импульсов;7 - тумблер включения/выключения сетевого напряжения питания;8 - отверстие вывода горячего воздуха.

2.2 Генератор низкочастотных сигналов Г3-36

Генератор сигналов низкочастотный Г3-36, Г3-36А представляет собой портативный источник синусоидальных, (основной режим) и прямоугольных (дополнительный режим, только Г3-36А) электрических колебаний звуковых и ультразвуковых частот. Генератор предназначены для регулировки и испытания низкочастотных и ультразвуковых каскадов радиоаппаратуры в лабораторных и производственных условиях. В генераторе предусмотрена возможность плавной регулировки выходного напряжения. Напряжение на выходах генераторов контролируется стрелочным индикатором. Внешний вид прибора показан на рис. 14.

Рис. 14. Внешний вид лицевой панели генератора сигналов Г3-36.

Технические характеристики генератора сигналов Г3-36

Таблица 4. Технические характеристики генератора сигналов Г3-36.

2.3 Экспериментальная разрядная ячейка

Была разработана экспериментальная разрядная ячейка, для изучения специфики поведения органических и неорганических объектов в поверхностном диэлектрически барьерном разряде (ДБР) атмосферного давления в воздухе, рис. 14. Она представляет собой замкнутый объем из диэлектрического прозрачного материала (1), внутри которой располагается микровинт (2) с возможностью смены конфигурации острия, выступающего в роли электрода. На рисунке изображен электрод в виде острия (3). Внутри ячейки располагается столик для исследуемых объектов (4). Корпус ячейки монтируется на стол при помощи изоляторов (5). В ячейке предусмотрен механизм принудительной откачной системы для удаления продуктов взаимодействия исследуемых объектов с ДБР (6). Второй электрод, он же столик для исследуемых объектов (4) заземляется через клемму (7).

Рис. 14. Схема устройства экспериментальной разрядной ячейки.

- корпус из диэлектрического прозрачного материала, 2 - микровинт с возможностью смены конфигурации острия, выступающего в роли электрода (анода), 3 - электрод в виде острия, 4- столик для образцов (катод), 5 - изолятор, 6 - механизм удаления продуктов взаимодействия исследуемых объектов с ДБР, 7 - клемма заземления;

В основу проектирования экспериментальной разрядной ячейки были заложены следующие требования:

.        Изоляция всех токопроводящих цепей и элементов и снятие риска попадания под высокое напряжение.

.        Наличие замкнутого объема в экспериментальной ячейки. В виду того, что горение разряда в воздухе сопровождается выделением большого количества озона и двуокиси азота. Озон имеет высокую окисляющую способность и образуется во многих реакциях с участием свободных радикалов кислорода, что определяет его высокую токсичность. Наиболее опасно он воздействует на органы дыхания прямым раздражением и повреждением тканей, на холестерин в крови человека с образованием нерастворимых форм, приводящим к атеросклерозу.

Озон в Российской Федерации отнесён к первому, самому высокому классу опасности вредных веществ. Нормативы по озону:.         максимальная разовая предельно допустимая концентрация (ПДК м.р.) в атмосферном воздухе населённых мест 0,16 мг/м³

II.      среднесуточная предельно допустимая концентрация (ПДК с.с.) в атмосферном воздухе населённых мест 0,03 мг/м³

III.     предельно допустимая концентрация (ПДК) в воздухе рабочей зоны 0,1 мг/м³

IV.    При этом, порог человеческого обоняния приближённо равен 0,01 мг/м³.

Оксид азота (IV) так же высоко токсичен и относиться к первому классу опасности вредных веществ. Даже в небольших концентрациях он раздражает дыхательные пути, в больших концентрациях вызывает отёк лёгких.

.        Наличие прозрачных стенок экспериментальной ячейки и малогабаритные электроды, выполненные в виде полупрозрачной металлической сетки и острия, что необходимо и очень важно для обеспечения качественной визуализации процессов горения поверхностного барьерного разряда и объектов под действием. Кроме того, подобная конструктивная особенность позволяет беспрепятственно снимать спектральные характеристики разрядов.

.        Возможность быстрого подключения дополнительных диагностических приборов, таких как «Киловольтметр» и «Милли амперметр». Заметим, что «Киловольтметр» можно подключать непосредственно к высоковольтным электродам источника питания, а «Милли амперметр» включать в низковольтную часть схемы в цепь с нулем. Такое включение позволяет снимать вольт - амперную характеристику разрядов при нагрузке исследуемого объекта, необходимую для его классификации.

2.4 Съемный, гибкий зонд для изучения органических объектов

С целью изучения органических и биологических объектов был разработан специальный «зонд», представляющий собой стеклянную трубку с расположенным внутри электродом. Зонд подключается к описанному выше источнику питания и позволяет без термической и какой-либо другой деструкции воздействовать диэлектрически барьерным разрядом на поверхность органических материалов и живых объектов. Внешний вид и устройство "зонда" показано на рис. 15.

Рис. 15. Зонд для изучения органических и живых объектов:

- кварцевая трубка, покрытая слоем изоляции; 2 - электрод; 3 - проводник; 4 - изолятор проводника; 5 - питающий провод; 6 - клемма для подключения к высоковольтному источнику питания.

3. ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В рамках данной бакалаврской работы были изучены всевозможные типы проводов и кабелей, причём, не только отечественного, но и зарубежного производства.

.1 Эмалированная одножильная медная проволока

Первым объектом исследования была эмалированная одножильная медная проволока. Основная особенность данного образца - это нанесённый сплошной слой эмалированного покрытия, изоляционные свойства которого должны быть достаточно высокими, однако, в результате эксплуатации внешний слой может постепенно разрушаться вследствие воздействия на него ряда факторов, таких как:

. Эксплуатация в высокоточных цепях.

Наиболее часто температурное воздействие на проволоки осуществляется при их долгой эксплуатации в высокоточных цепях. Нередко случаются ситуации, когда при выходе из строя каких-либо схемотехнически элементов провода подвергаются воздействию тока короткого замыкания, при этом эмалированный слой теряет свою эластичность, становится хрупким и даже при незначительных механических воздействиях в нём возникают дефекты, которые представлены на изображении рис.16.

Рис. 16. Визуализация дефектов медной проволоки после эксплуатации в высокоточных цепях

. Использование в агрессивных средах.

Зачастую аппаратура может эксплуатироваться в агрессивных внешних условиях, в присутствии, например, серных газов. При этом, кратковременное воздействие не приводит к образованию дефектов, однако при длительном воздействии могут растравливаться наиболее критические участки, связанные с неравномерностью эмалирования проводов. Такое старение мы сымитировали в лабораторных условиях путём погружения образца в концентрированную серную кислоту. Выбор именно концентрированной серной кислоты связан с тем что она не реагирует с материалом проволоки - медью.

Визуализацию дефектов, возникающих при данном воздействии на проволоку можно увидеть на рис. 17.

Рис. 17. Визуализация дефектов при травлении образца

. Физический контакт.

Не секрет, что на производстве зачастую бывают ситуации, предшествующие нарушению целостности образца. Самым распространённым видом такого нарушения является физический контакт с поверхностью. В лаборатории мы добились такого контакта путём нанесения царапин тонким алмазным надфилем вплоть до нарушения целостности приповерхностного слоя, которым покрыта проволока.

На рис. 18 явно видно, что точечные дефекты хорошо визуализируются в виде яркого свечения на месте дефекта.

Рис. 18. Механический дефект

Стоит отметить, что эмалированные провода отечественного производства обладают достаточно низкой дефектностью и незначительный нагрев, а также влага, не приводят к образованию дефектов.

.2 Медный провод с резиновой изоляцией

Спектр проводов, используемых в технологии достаточно широк. Так, например, в высоковольтных цепях используют провода с резиновой изоляцией. Они наиболее подвержены фатальному влиянию под действием внешних факторов.

. Температурные дефекты.

Уже незначительное температурное воздействие в течение получаса при температуре 100 ^оС приводит к внутренним изменениям в резиновом слое и появлению точечных дефектов, которые и показаны на рис. 19.

Рис. 19. Визуализация дефектов при прокаливании

. Физическое взаимодействие.

Чаще всего дефекты возникают не из-за несоблюдения условий эксплуатации образца, а по причине старения, проколов, трещин в результате постоянного и длительного использования.

Мы сымитировали данное взаимодействие в лабораторных условиях путём прокалывания образца иглой. Результаты можно увидеть на рис. 20.

Рис. 20. Свечение образца с механическими дефектами

Работая с данным видом проводов я сделал вывод, что его желательно заменить при первом подозрении на наличие дефектов.

.3 Коаксиальный кабель

Коаксиальные кабели занимают определённое место в радиоэлектронной аппаратуре. Это СВЧ электроника, где требуется надёжное экранирование центрального (или как его ещё называют «сигнального провода») от внешних электромагнитных полей.

Термическое старение приводило к незначительным микротрещинам в слое диэлектрической изоляции, что визуализировалось в виде равномерного свечения, что можно увидеть на рис. 21.

Рис. 21. Визуализация дефектов коаксиального кабеля при термическом старении

. Физическое взаимодействие.

Дефекты в виде проколов в коаксиальном кабеле зарубежного производства не провизуализировались. Скорее всего это связано с тем, что экран данного типа провода выполнен из широкой алюминиевой фольги, которую нельзя рассматривать как точечный дефект.

Однако, в коаксиальном кабеле отечественного производства прокол явно наблюдался как в темноте, так и при освещении (рис. 22). Я связываю это с тем, что экран данного провода существенно отличается от экрана коаксиального кабеля зарубежного производства и представляет собой сетку из тонких медных проводов. Их можно рассматривать как точечные объекты, дающие свечение в ПБРе.

Рис. 22. Визуализация дефекта от прокола иглой в отечественном кабеле

3.4 Четырёхжильный медный кабель

Современная аппаратура, как правило, оснащена многожильными кабелями, поэтому наличие целостность жил в составе имеет первостепенное значение. При технологическом подходе к ремонту такой аппаратуры, важно уметь быстро определять присутствует ли внутренняя токопроводящая жила в составе кабеля или нет, так как она может удаляться, например, при первоначальном монтаже оборудования.