5.3. Определение электрического сопротивления нитей

Цель работы. Изучение приборов, метода измерения и расчета электри­ческих характеристик нитей.

Задание. Провести измерение электрического сопротивления пробы ни­тей и рассчитать поверхностное и удельное электрическое сопротивление ни­тей разного химического состава.

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ

В процессе переработки и эксплуатации текстильные материалы электризуются (на материале генерируются электрические за­ряды, способные сохраняться значительное время). Электриза- ция существенно осложняет ход технологических процессов, ухудшает качество материала, создает опасность электрического удара и возникновения искры, вызывает неприятные ощущения при носке изделий.

Природа возникновения зарядов статистического элек­тричества до настоящего времени не имеет завершенной теории.

Согласно электронной теории при разъединении двух сопри­касающихся незаряженных тел электроны с одного тела пере­ходят на другое. При этом оба тела оказываются разноименно заряженными. Величина контактного напряжения зависит от многих факторов: диэлектрических свойств соприкасающихся тел, величины поверхности соприкосновения, состояния поверх­ностей, давления при их контакте, скорости движения тел, со­держания примесей, температуры и влажности тел и окружаю­щей среды. Трение усиливает контакт между телами. Подавляю­щее большинство текстильных материалов — диэлектрики с вы­соким сопротивлением. Сопротивление гидрофильных материа­лов подвержено резкому изменению на несколько порядков в зависимости от влажности материала. Чем меньше электриче­ское сопротивление, тем легче стекает с тела возникший на нем заряд. Текстильные материалы (прежде всего волокна) являют­ся дисперсными телами с сильно развитой внешней поверх­ностью, что также способствует электризации.

Вопросы электризации всегда привлекали внимание тек­стильщиков, особенно в шелковой и шерстяной промышленно­сти. Широкое применение химических и тем более синтетиче­ских волокон, имеющих очень высокое электрическое сопротив­ление, сделало эту проблему актуальной для всех отраслей текстильной промышленности.

Чтобы предотвратить негативное влияние электризации, не­обходимо располагать средствами ее обнаружения, измерения, контроля, профилактики. С этой целью применяют приборы и методы для измерения электрического сопротивления материа­лов, а также приборы и методы для оценки уровня электризуе-мости материалов в лабораторных и производственных усло­виях. Разрабатываются и применяются нормативы электриче­ских характеристик текстильных материалов. Широко исполь­зуют также средства предупреждения электризации: материа­лы обрабатывают антистатическими веществами, применяют ап­паратуру для нейтрализации генерированного заряда.

Удельное электрическое сопротивление текстильных нитей определяется в соответствии с ГОСТ 19806—74 [5.3] на при­боре ИЭСН-1 отечественного производства.

В комплект прибора (рис. 5.12) входит механизм наматыва­ния нити на датчик А, камера Б для экранирования дат­чика и тераомметр В — прибор для измерения высоких сопро­тивлений.

Рис. 5.12. Прибор ИЭСН-1 для измерения электрического сопротивления нитей

Датчик 1 представляет собой барабан, вдоль образующих которого установлено 20 пластинчатых, параллельно соединен­ных электродов. Контактная поверхность электрода покрыта то-копроводящей резиной, что обеспечивает лучший контакт нити с электродами. Нить с паковки 7 заправляют в иитепроводни-ки 8, между которыми установлен шайбовый нитснатяжитель 9 с пружиной для регулирования силы натяжения. Далее нить проходит через ролики тензометра 10, измеряющего натяжение (для химических нитей натяжение устанавливается в соответ­ствии с ГОСТ 19806—74 в зависимости от линейной плотности нити). С роликов тензометра нить заправляют в канавку ните-укладчика 2, который при наматывании перемещается вдоль вращающегося датчика, осуществляя раскладку нити на элек­тродах. При включении тумблера 4 загорается лампа 5.

После заправки нити нажимают кнопку 6, что обеспечивает наматывание нити на датчик. Вращающаяся кулачковая шай­ба 3 автоматически выключает электродвигатель после наматы­вания 100 витков. Затем концы нити закрепляют на датчике, а датчик снимают со шпинделя механизма наматывания и за­крепляют на нем три прижима. Перед испытанием нить в тече­ние суток должна быть выдержана в нормальных климатиче­ских условиях. Перед наматыванием нити необходимо прове­рить сопротивление датчика: оно должно быть не менее чем на порядок выше ожидаемого сопротивления нити. Перед наматы­ванием нити с каждой паковки отматывают слой длиной 150—• 200 м. Затем датчик помещают в камеру Б, включают электро­ды, соединяющие датчик с тераомметром, и при закрытой ка­мере измеряют электрическое сопротивление нити.

Рис. 5.13. Передняя панель тeраомметра Е6-13А

В комплект прибора входит тераомметр Е6-13А, позволяющий изме­рять электрическое со­противление постоянному току в диапазоне от 10 до 10¹⁴ Ом. Могут быть использованы также тераомметры других марок.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

Перед испытанием тераом­метр и измерительную камеру следует заземлить. Для это­го па задней панели прибо­ра, а также измерительной камеры предусмотрены клем­мы заземления. Необходимо иметь в виду, что напряже­ние питающей сети 220 В опас­но для жизни.

Перед началом работы нажимают кнопку 2 (рис. 5.13) замыкателя входа. Включив шнур питания в сеть, переводят выключатель питания 6 в поло­жение «сеть вкл.»; при этом должна светиться лампа 5. Через 30 мин ручкой «уст. О грубо» на задней панели и ручкой 1 «уст. О точно» устанавливают стрелку-указатель 10 на нулевое деление шкалы 9, а переключатель 7 — в положение ожидаемого сопротивления.

Прибор имеет четыре шкалы: две прямые — для измерения сопротивлений до 10⁶ Ом и две обратные — для измерения сопротивлений от 10^б до 10^!3 Ом. Измерение по обратным шкалам можно проводить при напряжении 100 или 10 В (переключение напряжения осуществляют тумблером на задней па­нели прибора). При работе с напряжением 10В на передней панели светится индикаторная лампа 8 (ХО,1[10V]). Это означает, что полученный резуль­тат измерения следует умножить на 0,1 (множитель 0,1 вводят только для поддиапазонов от 10⁶ до 10¹³ Ом).

После проверки нуля тераомметра к нему клеммами 3 и 4 (r_х) подсоеди­няют измерительную камеру и вновь проверяют установку нуля. Затем от­жимают кнопку 2 замыкателя входа, что обеспечивает подачу напряжения на датчик. Через 1 мин после этого производят отсчет по шкале, соответ­ствующей установленному диапазону. Так, например, если при установке пе­реключателя диапазонов 7 в положение 3-Ю⁹ стрелка прибора на обратных шкалах остановилась на цифрах 2 и 6, отсчет можно вести по верхней шкале, где стрелка указывает цифру 2, и тогда сопротивление равно 2-3-1С⁹ Ом, т.е. 6-Ю⁹ Ом. Отсчет можно вести и по второй сверху шкале; тогда сопро­тивление равно 6-Ю⁹ Ом, т. е. в этом случае множитель 3 перед 10⁹ Ом, ко­торый указывает переключатель, учитывать не следует.

Если измерение проводилось при напряжении 10 В, то полученный ре­зультат, как уже указывалось, надо умножить на 0,1. При этом измеряемое, сопротивление R_Зм = 0,1 -6-10⁹ = 6-10⁸ Ом. После измерения нажимают кнопку 2 на передней панели и отсоединяют тераомметр от камеры, сняв клемму f_х-

Для каждой паковки производят 3 измерения. Пробу составляют из 10 паковок. Всего для партии материала проводят 30 измерений.

Обработка результатов измерения производится следующим образом. По­лученный по шкале тераомметра показатель /?_Изм характеризует сопротивле­ние параллельно соединенных участков нити длиной 1 см каждый. Число участков нити и рассчитывают по числу электродов на датчике п\ = 20 и числу витков нити на датчике п₂ = 100:

n = n₁п₂ = 20 • 100 = 2000.

Сопротивление одного отрезка нити длиной 1 см R₁ будет в п раз выше Rизм:

R₁ = R_измn₁n₂ (5.11)

ГОСТ 19806 — 74 предусматривает расчет удельного поверхностного сопротив­ления нити ри. Если комплексная нить состоит из от элементарных нитей с ли­нейной плотностью Т_в и если допустить, что волокна имеют правильное круг­лое сечение, то периметр сечения одного волокна Р будет равен

P=πd

где d — диаметр волокна, см.

Известно, что диаметр волокна d (см) рассчитывают по формуле

d =

где γ — плотность вещества, образующего волокно, Тогда периметр сечения одного волокна

Р = 0,2π

или

P = 0,0112m

Периметр сечения всех волокон, образующих нить, будет в от раз больше:

ΣР = 0,0112m

Выражая линейную плотность волокна T_в через линейную плотность нити T_в = Т/т,

где Т — линейная плотность нити, получим

ΣР = 0,0112 .

Известно, что электрическое поверхностное сопротивление отрезка мате­риала R, выражается формулой

R=ρ_sL/L_п

где ρ_s — удельное поверхностное электрическое сопротивление материала, Ом; L_п — ширина поверхности материала, см; L — длина поверхности материала направлении тока, см.

В данном случае

L_п = ΣР = 0,0112

Тогда

ρ_s = 0,0112R/L

Для датчика с расстоянием между электродами L = 1 см и R =R₁

ρ_s = 0,0112 R₁ (5.12)

участка нити длиной 1 см R, определяют удельное электрическое сопротив­ление материала ρ_s, являющееся физической константой этого материала при данных климатических условиях.

При измерении сопротивления синтетических гидрофобных нитей следует рассчитывать удельное поверхностное сопротивление, так как в этом случае предполагается, что заряд стекает по поверхности волокна. Если же изме­ряют сопротивление гидрофильных натуральных или искусственных нитей, то принимают, что отекание электрического заряда осуществляется по всему се­чению волокна. Тогда рассчитывают удельное электрическое сопротивление р₀ (Ом-см). При этом исходят из расчета, что сопротивление R отрезка нити длиной L выражается формулой

R=ρ_vL/S

откуда

ρ_v=RS/L

где S — площадь поперечного сечения отрезка нити (см²), которая рассчиты­вается по формуле

S=T/(γ*10⁵)

Тогда

ρ_v=R₁T/( γ*10⁵L)

При расстоянии между электродами L= 1 см имеем

ρ_v=R₁T/( γ*10⁵) (5.13)

Подставляя в формулу (5.13) значение R;, рассчитанное по формуле (5.11), а также значения Т γ, определяют удельное сопротивление нити.

УКАЗАНИЯ ПО ОТЧЕТУ

Отчет должен содержать: схемы и описание приборов; методику и резуль­таты измерений; расчет поверхностного и удельного электрического сопро­тивления.