專利名稱：：浸漬方法和監(jiān)視基體材料浸漬的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種浸漬方法，其中用一種浸漬劑浸漬一種基體材料。本發(fā)明還涉及一種監(jiān)視用一種浸漬劑浸漬基體材料的裝置。在蔡忠發(fā)表在“合成材料”1992年26卷9期上的論文“RTM過程中模填料分析”(“AnalysisofMoldFillinginRTMProcess”vonZhongCaiinJournalofCompositeMaterials，Vol．26，9／1992)中提出了一種浸漬方法。文章描述了一種樹脂轉(zhuǎn)換模注(RTM，ResinTransferMolding)方法，其中，為了形成一種樹脂復(fù)合材料而將纖維浸漬。文章還提出了一個數(shù)字模型，它基于Darcy定律描繪浸漬過程。本發(fā)明的目的在于提供一種浸漬方法。本發(fā)明的另一目的是提供監(jiān)視基體材料浸漬的裝置。所述有關(guān)浸漬方法的發(fā)明目的是通過如下一種浸漬方法實現(xiàn)的，在該方法中，一種基體材料用一種浸漬劑浸漬，這樣基體材料的介電常數(shù)就被改變，其中，測量一種與介電常數(shù)有關(guān)的被測參數(shù)，并由此確定基體材料的浸漬值。本發(fā)明是基于通過浸漬劑浸入基體材料就可改變基體材料的介電常數(shù)這一認(rèn)識。通過確定介電常數(shù)例如可以推斷出浸漬劑已將基體材料浸漬得多深。因而可以監(jiān)視該浸漬過程。導(dǎo)電體的一種架構(gòu)的電容優(yōu)選用作被測參數(shù)，在這種架構(gòu)中基體材料用作電介質(zhì)。這種為電容器形式的結(jié)構(gòu)使得通過測量電容來簡便地確定介電常數(shù)成為可能。電容例如可以通過施加一個直流電壓來確定，或者通過確定電容電阻來確定。優(yōu)選測量被測參數(shù)隨時間的變化曲線，并由此確定浸漬值隨時間的變化曲線。因而可以描繪表征浸漬過程的參數(shù)隨時間的變化曲線。也優(yōu)選確定在一個參照浸漬值與被測參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系，并從這一函數(shù)關(guān)系得出浸漬值。如果確定了參照浸漬值與被測參數(shù)的函數(shù)關(guān)系，那么就有可能從被測參數(shù)中獲得一個浸漬值。浸漬值隨時間的變化曲線優(yōu)選根據(jù)下式計算D(t)=DR(C(t))式中D為浸漬值，DR為參照浸漬值，C為被測參數(shù)，尤其是電容，t為時間。利用所獲得的參照浸漬值與被測參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系，就可以通過所測得的被測參數(shù)隨時間的變化曲線直接獲得浸漬值隨時間的變化曲線。確定函數(shù)關(guān)系的步驟優(yōu)選是·將浸漬度定義為基體材料中浸漬體積與未浸漬體積之比；·對于預(yù)定的工藝參數(shù)下一系列的浸漬度，借助一個流動模型的模擬，將一個具有基體材料內(nèi)至少一個未浸漬干區(qū)和至少一個浸漬濕區(qū)的空間分布狀態(tài)的一個參照浸漬值配給各個浸漬度；·將第一介電常數(shù)配給所述至少一個干區(qū)，將第二介電常數(shù)配給所述至少一個濕區(qū)；·借助這些介電常數(shù)，將一個被測參數(shù)配給各個參照浸漬值，從而獲得所尋求的函數(shù)關(guān)系。浸漬劑浸入基體材料，形成一個流動線。在此，干區(qū)和／或濕區(qū)可以相互連貫，因而它們總是表示一個連貫的體積。然而，流動線也可以導(dǎo)致干區(qū)和濕區(qū)復(fù)雜的空間分布。通過這些區(qū)域的不同，介電常數(shù)就導(dǎo)致一個復(fù)雜的電場。然而即便浸漬劑在基體材料內(nèi)產(chǎn)生復(fù)雜的流動線，由所述方式也可在浸漬值和電容之間建立一種函數(shù)關(guān)系。這一點通過一種基于一個流動模型的模擬來實現(xiàn)，這種模擬對于一個預(yù)先給定的百分浸漬度提供一個確定的干區(qū)和濕區(qū)的分布狀況。在此給這些不同的區(qū)域分別分配一個確定的介電常數(shù)，可以根據(jù)所形成的這些不同區(qū)域的空間分布來計算基體材料內(nèi)的電位分布。然后由下式得到電容在此，該積分在為進行電容測量而設(shè)計的導(dǎo)體架構(gòu)的電極的面積Г上進行。ε0是真空的介電常數(shù)，εr是干區(qū)介電常數(shù)和濕區(qū)介電常數(shù)的平均介電常數(shù)，φ是電位，U是作用在電極上的電壓。另外優(yōu)選的是，對一種多孔基體材料而言，采用適用于牛頓浸漬劑的流動的Darcy定律或采用適用于非牛頓浸漬劑的流動的適當(dāng)修正的Darcy定律來計算參照浸漬值的空間分布。對多孔介質(zhì)而言，流動線擴展?fàn)顩r的計算可用Darcy定律來模擬，該定律公認(rèn)能足夠良好地描繪物理關(guān)系。優(yōu)選從浸漬值獲得浸漬劑進入基體材料的浸入深度。另外優(yōu)選的是獲得浸入深度隨時間的變化曲線E，并由此確定基體材料下列參數(shù)中的至少一個·過濾系數(shù)；·流動阻力；·滲透率；·相對孔隙率。對于浸漬劑以一個直的流動線通過一種具有恒定直徑的形狀而流動的情況有下述關(guān)系所用符號的含義見下表<tablesid="table1"num="001"><table>符號含義單位E(t)隨時間變化的浸入深度mK滲透率m2φ相對孔隙率μ粘度Pa×sKφ2／μ導(dǎo)電率m2／(Pa·s)μ／Kφ2流動阻力Pa·s／m2q0流動速率m／s△p壓力差Pa</table></tables>當(dāng)基體材料幾何形狀簡單時，例如為一種圓柱體寸，那么流動線也簡單和均勻。在這種情況下，無需計算參照浸漬值就可從被測參數(shù)獲得浸漬值，由此得出浸漬劑浸入深度隨時間的變化。通過確定浸入深度隨時間的變化曲線，又可以獲得材料特性，如過濾系數(shù)或流動阻力。另外優(yōu)選的是獲得浸入深度隨時間的變化曲線，并由此得到浸漬劑的粘度。用樹脂，尤其是環(huán)氧樹脂來浸漬，例如在生產(chǎn)復(fù)合材料以及浸漬發(fā)電機電繞組時起著很重要的作用，優(yōu)選采用待生產(chǎn)纖維復(fù)合材料的纖維作為基體材料。優(yōu)選將一種電絕緣材料作為基體材料。另外優(yōu)選尤其用一種全浸漬方法，即VPI方法(真空壓力浸漬法-VaccumPressureImpregnation)對一種發(fā)電機，尤其是渦輪發(fā)電機中的定子的電繞組進行浸漬。當(dāng)今渦輪發(fā)電機中的定子大多用全浸漬方法制造。在此，定子浸漬在環(huán)氧樹脂中，并在壓力和高溫下浸漬。在環(huán)氧樹脂順利硬化后得到特別長久的并耐抗的定子表層。優(yōu)選由測量得到的浸漬值得出基體材料內(nèi)是否存在浸漬缺陷。浸漬缺陷是一直未浸漬的區(qū)域。借助被測參數(shù)來測量浸漬值，以識別例如由于材料特性而出現(xiàn)的浸漬缺陷。尤其當(dāng)常規(guī)的終端電容，即通常在浸漬過程結(jié)束時形成的電容沒有達(dá)到時就說明可能出地了浸漬缺陷。本發(fā)明有關(guān)裝置方面的同的是通過一種監(jiān)視用浸漬劑浸漬基體材料的浸漬值的裝置來實現(xiàn)的，其中，設(shè)置一種導(dǎo)體架構(gòu)，使得基體材料作為影響該導(dǎo)體架構(gòu)的電容的電介質(zhì)；一種用于測量電容的測量裝置與該導(dǎo)體架構(gòu)相連。這樣一種裝置的優(yōu)點類似于上述浸漬方法的優(yōu)點。優(yōu)選的是，基體材料是一種渦輪發(fā)電機的定子的一個導(dǎo)體桿的絕緣體，其中導(dǎo)體架構(gòu)包括一種包圍基體材料的導(dǎo)電帶和導(dǎo)體桿的導(dǎo)電體。在對渦輪發(fā)電機的定子進行全浸漬期間的浸漬值用這一裝置可特別簡單地加以控制。在此僅僅需要測量導(dǎo)電帶和導(dǎo)體桿的導(dǎo)電體之間的電容。按照上述浸漬方法，通過電容測量就可得出浸漬值。下面借助附圖對本發(fā)明作進一步說明，附圖中圖1為一種待浸漬物體的示意圖；圖2示出由電容計算浸漬值的方法步驟；圖3為渦輪發(fā)電機的定子的導(dǎo)體桿的截面圖。相同的附圖標(biāo)記在不同的附圖中有相同的意義。圖1是材質(zhì)為基體材料1的矩形物體1A的縱截面示意圖。在物體1A的窄邊1B、1C上安置一種導(dǎo)電體架構(gòu)3。導(dǎo)體架構(gòu)3包括在窄邊1B上的第一導(dǎo)體3B和在窄邊1C上的第一導(dǎo)體3C。導(dǎo)體3B和3C與測量裝置9相連，使得導(dǎo)體架構(gòu)3的電容可通過該測量裝置9來確定。基體材料1從窄邊1B開始用一種浸漬劑2浸漬。浸漬劑2隨著時間的推移從窄邊1B到窄邊1C浸漬整個基體材料。在此形成一個流動線2A。流動線2A將基體材料1分成一個濕區(qū)4和一個干區(qū)5。濕區(qū)4的介電常數(shù)為εF，干區(qū)5的介電常數(shù)為εT。流動線2A在某一時刻t定義浸漬劑2浸入基體材料1的平均浸入深度E(t)。如何從電容測量獲得基體材料1的浸漬值隨后在圖2中說明。圖2示出了三個方法步驟V1、V2、V3。在方法步驟V1計算一個參照浸漬值DR和電容C之間的函數(shù)關(guān)系D(C)。對此方法參數(shù)例如有壓力P，在此壓力下浸漬劑2浸入基體材料1；溫度T；浸漬劑2的粘度V；基體材料1的過濾系數(shù)FK或流動阻力FW，它可導(dǎo)出基體材料1的滲透率S。對多孔基體材料1，采用Darcy定律來確定在一個預(yù)先給定的浸漬度下已浸漬的濕區(qū)4和未浸漬的干區(qū)5預(yù)期會具有哪一種空間分布。在一維情況下，Darcy等式為q=SVδpδx]]>式中q為浸漬劑2的流動速率，S為基體材料1滲透率，V為浸漬劑2的粘度，δp／δx是壓力梯度。利用這樣模擬得到的有關(guān)濕區(qū)4和干區(qū)5的空間分布，通過給濕區(qū)指派介電常數(shù)εF，給干區(qū)指派介電常數(shù)εT，就可獲得電容C。從而建立所期望的在參照浸漬值DR和電容C之間的函數(shù)關(guān)系DR(C)。在第二方法步驟V2中，用圖1所示測量裝置9測量電容C隨時間t的變化。方法步驟V1和V2的結(jié)果在方法步驟V3中組合起來，并根據(jù)時間t從等式D(t)=DR(C(t))中確定出浸漬值D。分別根據(jù)所期望的測量精度，可以不考慮流動線的形狀，并從而不要求有精確的濕區(qū)4和干區(qū)5的空間分布。在這種情況下，采用大體與Darcy等式相同的流動模型進行模擬是不必要的。然后從電容C可直接得出濕區(qū)4和干區(qū)5的百分比以及浸漬值D。圖3為沒有示出的渦輪發(fā)電機定子的導(dǎo)體桿12的截面圖。導(dǎo)體桿12由一個導(dǎo)電體10組成，優(yōu)選由銅制成。它由一個絕緣體1包圍，在本實施例中絕緣體1為基體材料1。絕緣體1由一個從外部纏繞的、沒有精確示出的電暈防護帶包圍。在電暈防護帶上纏繞一個導(dǎo)電帶11。該導(dǎo)電帶11和導(dǎo)體10與測量電容C的測量裝置9相連接。這樣一根導(dǎo)體桿12放在一未示出的板疊芯片的槽中，并與其它相應(yīng)安置的導(dǎo)體桿12相連接形成一個電繞組。該整個架構(gòu)形成渦輪發(fā)電機的定子。它在全浸漬方法中用環(huán)氧樹脂浸漬。為此整個定子放入一個壓力容器中。然后在高溫高壓下將構(gòu)成浸漬劑2的環(huán)氧樹脂浸入基體材料1，即絕緣體1。一種無缺陷的、實際上完完全全的浸漬對發(fā)電機的運行安全和壽命是必要的。通過借助測量裝置9測量電容C，可以監(jiān)視絕緣體1的浸漬值。例如，如果在浸漬過程結(jié)束時在正常情況下達(dá)到的終端電容沒有達(dá)到，那么就可確定出現(xiàn)了浸漬缺陷，即存在未浸漬的區(qū)域。本發(fā)明除了用于監(jiān)視發(fā)電機定子的全浸漬過程外，也可有利地應(yīng)用于其它領(lǐng)域。尤其纖維復(fù)合材料的制造經(jīng)常需要用樹脂浸漬。在此，對浸漬過程進行監(jiān)視對保證質(zhì)量有極大的好處。權(quán)利要求1．一種浸漬方法，其中用一種浸漬劑(2)浸漬一種基體材料(1)，這樣基體材料(1)的介電常數(shù)(εr)就被改變，其中，測量一種與介電常數(shù)(εr)有關(guān)的被測參數(shù)(C)，并由此確定基體材料(1)的浸漬值(D)。2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的浸漬方法，其中，導(dǎo)電體(3)的一種架構(gòu)的電容(C)用作被測參數(shù)，在這種架構(gòu)(3)中基體材料(1)用作電介質(zhì)。3．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的浸漬方法，其中，測量被測參數(shù)(C)隨時間的變化曲線(C(t))，并由此確定浸漬值隨寸間的變化曲線(D(t))。4．根據(jù)上述任一項權(quán)利要求所述的浸漬方法，其中，確定在一個參照浸漬值(DR)與被測參數(shù)(C)之間的函數(shù)關(guān)系(DR(C))，并從這一函數(shù)關(guān)系(DR(C))得出浸漬值(D)。5．根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的浸漬方法，其中，浸漬值(D)隨時間的變化曲線(D(t))根據(jù)下式計算D(t)=DR(C(t))式中D-浸漬值；DR-參照浸漬值；C-被測參數(shù)，尤其是電容；t-時間。6．根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的浸漬方法，其中，函數(shù)關(guān)系(DR(C))的確定步驟是·將浸漬度定義為基體材料(1)中浸漬體積與未浸漬體積之比；·對于預(yù)定的工藝參數(shù)下一系列的浸漬度，借助一個流動模型的模擬，將一個具有基體材料(1)內(nèi)至少一個未浸漬干區(qū)(4)和至少一個浸漬濕區(qū)(5)的空間分布狀態(tài)的一個參照浸漬值(DR)配給各個浸漬度；·將第一介電常數(shù)(εr)配給所述至少一個干區(qū)(4)，將第二介電常數(shù)(εF)配給所述至少一個濕區(qū)(5)；·借助這些介電常數(shù)(εr、εF)將一個被測參數(shù)(C)配給各個參照浸漬值(DR)，從而獲得所尋求的函數(shù)關(guān)系(DR(C))。7．根據(jù)權(quán)利要求6所述的浸漬方法，其中，對一種多孔基體材料(1)而言，采用適用于牛頓浸漬劑的流動的Darcy定律或采用適用于非牛頓浸漬劑的流動的適當(dāng)修正的Darcy定律來計算參照浸漬值(DR)的空間分布。8．根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的浸漬方法，其中，從浸漬值(D)獲得浸漬劑(2)進入基體材料(1)的浸入深度(E)。9．根據(jù)權(quán)利要求8所述的浸漬方法，其中，獲得浸入深度(E)隨時間的變化曲線(E(t))，并由此確定基體材料(1)下列參數(shù)中的至少一個·過濾系數(shù)(FK)；·流動阻力(FW)；·滲透率；·相對孔隙率。10．根據(jù)權(quán)利要求8所述的浸漬方法，其中，獲得浸入深度隨時間的變化曲線(E(t))，并由此得到浸漬劑(2)的粘度(V)。11．根據(jù)上述任一項權(quán)利要求所述的浸漬方法，其中，將一種樹脂，尤其是一種環(huán)氧樹脂(2)用作浸漬劑(2)。12．根據(jù)上述任一項權(quán)利要求所述的浸漬方法，其中，將纖維(6)用作基體材料(1)，這些纖維(6)為了一種待制造的纖維復(fù)合材料(7)而浸漬。13．根據(jù)上述任一項權(quán)利要求所述的浸漬方法，其中，將一種電絕緣體材料(1)用作基體材料(1)。14．根據(jù)權(quán)利要求13所述的浸漬方法，其中，尤其用一種全浸漬方法對一種發(fā)電機，尤其是渦輪發(fā)電機中的定子(8)的電繞組(7)進行浸漬。15．根據(jù)上述任一項權(quán)利要求所述的浸漬方法，其中，由浸漬值(D)得出基體材料(1)內(nèi)是否存在浸漬缺陷。16．一種監(jiān)視用一種浸漬劑(2)浸漬基體材料(1)的浸漬值(D)的裝置，其中，這樣安置一種導(dǎo)體架構(gòu)(3)，使得基體材料(1)作為影響該導(dǎo)體架構(gòu)(3)的電容的電介質(zhì)；一種用于測量電容(C)的測量裝置(9)與該導(dǎo)體架構(gòu)(3)相連。17．根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其中，基體材料(1)是一種渦輪發(fā)電機的定子(8)的一個導(dǎo)體桿(12)的絕緣體，其中導(dǎo)體架構(gòu)(3)包括一種包圍基體材料(1)的導(dǎo)電帶(11)和導(dǎo)體桿(12)的導(dǎo)電體(10)。全文摘要本發(fā)明涉及一種浸漬方法,其中用一種浸漬劑(2)浸漬一種基體材料(1),基體材料(1)的浸漬通過基體材料(1)的介電常數(shù)(ε文檔編號G01N27/22GK1278916SQ98811071公開日2001年1月3日申請日期1998年10月1日優(yōu)先權(quán)日1997年10月14日發(fā)明者多拉·謝陶爾,卡伊·維爾坦,艾瓦斯·澤米蒂斯,弗朗茲－約瑟夫·弗魯恩特申請人:西門子公司