专利名称：：浸渍方法和监视基体材料浸渍的装置的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种浸渍方法，其中用一种浸渍剂浸渍一种基体材料。本发明还涉及一种监视用一种浸渍剂浸渍基体材料的装置。在蔡忠发表在“合成材料”1992年26卷9期上的论文“RTM过程中模填料分析”(“AnalysisofMoldFillinginRTMProcess”vonZhongCaiinJournalofCompositeMaterials，Vol．26，9／1992)中提出了一种浸渍方法。文章描述了一种树脂转换模注(RTM，ResinTransferMolding)方法，其中，为了形成一种树脂复合材料而将纤维浸渍。文章还提出了一个数字模型，它基于Darcy定律描绘浸渍过程。本发明的目的在于提供一种浸渍方法。本发明的另一目的是提供监视基体材料浸渍的装置。所述有关浸渍方法的发明目的是通过如下一种浸渍方法实现的，在该方法中，一种基体材料用一种浸渍剂浸渍，这样基体材料的介电常数就被改变，其中，测量一种与介电常数有关的被测参数，并由此确定基体材料的浸渍值。本发明是基于通过浸渍剂浸入基体材料就可改变基体材料的介电常数这一认识。通过确定介电常数例如可以推断出浸渍剂已将基体材料浸渍得多深。因而可以监视该浸渍过程。导电体的一种架构的电容优选用作被测参数，在这种架构中基体材料用作电介质。这种为电容器形式的结构使得通过测量电容来简便地确定介电常数成为可能。电容例如可以通过施加一个直流电压来确定，或者通过确定电容电阻来确定。优选测量被测参数随时间的变化曲线，并由此确定浸渍值随时间的变化曲线。因而可以描绘表征浸渍过程的参数随时间的变化曲线。也优选确定在一个参照浸渍值与被测参数之间的函数关系，并从这一函数关系得出浸渍值。如果确定了参照浸渍值与被测参数的函数关系，那么就有可能从被测参数中获得一个浸渍值。浸渍值随时间的变化曲线优选根据下式计算D(t)=DR(C(t))式中D为浸渍值，DR为参照浸渍值，C为被测参数，尤其是电容，t为时间。利用所获得的参照浸渍值与被测参数之间的函数关系，就可以通过所测得的被测参数随时间的变化曲线直接获得浸渍值随时间的变化曲线。确定函数关系的步骤优选是·将浸渍度定义为基体材料中浸渍体积与未浸渍体积之比；·对于预定的工艺参数下一系列的浸渍度，借助一个流动模型的模拟，将一个具有基体材料内至少一个未浸渍干区和至少一个浸渍湿区的空间分布状态的一个参照浸渍值配给各个浸渍度；·将第一介电常数配给所述至少一个干区，将第二介电常数配给所述至少一个湿区；·借助这些介电常数，将一个被测参数配给各个参照浸渍值，从而获得所寻求的函数关系。浸渍剂浸入基体材料，形成一个流动线。在此，干区和／或湿区可以相互连贯，因而它们总是表示一个连贯的体积。然而，流动线也可以导致干区和湿区复杂的空间分布。通过这些区域的不同，介电常数就导致一个复杂的电场。然而即便浸渍剂在基体材料内产生复杂的流动线，由所述方式也可在浸渍值和电容之间建立一种函数关系。这一点通过一种基于一个流动模型的模拟来实现，这种模拟对于一个预先给定的百分浸渍度提供一个确定的干区和湿区的分布状况。在此给这些不同的区域分别分配一个确定的介电常数，可以根据所形成的这些不同区域的空间分布来计算基体材料内的电位分布。然后由下式得到电容在此，该积分在为进行电容测量而设计的导体架构的电极的面积Г上进行。ε0是真空的介电常数，εr是干区介电常数和湿区介电常数的平均介电常数，φ是电位，U是作用在电极上的电压。另外优选的是，对一种多孔基体材料而言，采用适用于牛顿浸渍剂的流动的Darcy定律或采用适用于非牛顿浸渍剂的流动的适当修正的Darcy定律来计算参照浸渍值的空间分布。对多孔介质而言，流动线扩展状况的计算可用Darcy定律来模拟，该定律公认能足够良好地描绘物理关系。优选从浸渍值获得浸渍剂进入基体材料的浸入深度。另外优选的是获得浸入深度随时间的变化曲线E，并由此确定基体材料下列参数中的至少一个·过滤系数；·流动阻力；·渗透率；·相对孔隙率。对于浸渍剂以一个直的流动线通过一种具有恒定直径的形状而流动的情况有下述关系所用符号的含义见下表<tablesid="table1"num="001"><table>符号含义单位E(t)随时间变化的浸入深度mK渗透率m2φ相对孔隙率μ粘度Pa×sKφ2／μ导电率m2／(Pa·s)μ／Kφ2流动阻力Pa·s／m2q0流动速率m／s△p压力差Pa</table></tables>当基体材料几何形状简单时，例如为一种圆柱体寸，那么流动线也简单和均匀。在这种情况下，无需计算参照浸渍值就可从被测参数获得浸渍值，由此得出浸渍剂浸入深度随时间的变化。通过确定浸入深度随时间的变化曲线，又可以获得材料特性，如过滤系数或流动阻力。另外优选的是获得浸入深度随时间的变化曲线，并由此得到浸渍剂的粘度。用树脂，尤其是环氧树脂来浸渍，例如在生产复合材料以及浸渍发电机电绕组时起着很重要的作用，优选采用待生产纤维复合材料的纤维作为基体材料。优选将一种电绝缘材料作为基体材料。另外优选尤其用一种全浸渍方法，即VPI方法(真空压力浸渍法-VaccumPressureImpregnation)对一种发电机，尤其是涡轮发电机中的定子的电绕组进行浸渍。当今涡轮发电机中的定子大多用全浸渍方法制造。在此，定子浸渍在环氧树脂中，并在压力和高温下浸渍。在环氧树脂顺利硬化后得到特别长久的并耐抗的定子表层。优选由测量得到的浸渍值得出基体材料内是否存在浸渍缺陷。浸渍缺陷是一直未浸渍的区域。借助被测参数来测量浸渍值，以识别例如由于材料特性而出现的浸渍缺陷。尤其当常规的终端电容，即通常在浸渍过程结束时形成的电容没有达到时就说明可能出地了浸渍缺陷。本发明有关装置方面的同的是通过一种监视用浸渍剂浸渍基体材料的浸渍值的装置来实现的，其中，设置一种导体架构，使得基体材料作为影响该导体架构的电容的电介质；一种用于测量电容的测量装置与该导体架构相连。这样一种装置的优点类似于上述浸渍方法的优点。优选的是，基体材料是一种涡轮发电机的定子的一个导体杆的绝缘体，其中导体架构包括一种包围基体材料的导电带和导体杆的导电体。在对涡轮发电机的定子进行全浸渍期间的浸渍值用这一装置可特别简单地加以控制。在此仅仅需要测量导电带和导体杆的导电体之间的电容。按照上述浸渍方法，通过电容测量就可得出浸渍值。下面借助附图对本发明作进一步说明，附图中图1为一种待浸渍物体的示意图；图2示出由电容计算浸渍值的方法步骤；图3为涡轮发电机的定子的导体杆的截面图。相同的附图标记在不同的附图中有相同的意义。图1是材质为基体材料1的矩形物体1A的纵截面示意图。在物体1A的窄边1B、1C上安置一种导电体架构3。导体架构3包括在窄边1B上的第一导体3B和在窄边1C上的第一导体3C。导体3B和3C与测量装置9相连，使得导体架构3的电容可通过该测量装置9来确定。基体材料1从窄边1B开始用一种浸渍剂2浸渍。浸渍剂2随着时间的推移从窄边1B到窄边1C浸渍整个基体材料。在此形成一个流动线2A。流动线2A将基体材料1分成一个湿区4和一个干区5。湿区4的介电常数为εF，干区5的介电常数为εT。流动线2A在某一时刻t定义浸渍剂2浸入基体材料1的平均浸入深度E(t)。如何从电容测量获得基体材料1的浸渍值随后在图2中说明。图2示出了三个方法步骤V1、V2、V3。在方法步骤V1计算一个参照浸渍值DR和电容C之间的函数关系D(C)。对此方法参数例如有压力P，在此压力下浸渍剂2浸入基体材料1；温度T；浸渍剂2的粘度V；基体材料1的过滤系数FK或流动阻力FW，它可导出基体材料1的渗透率S。对多孔基体材料1，采用Darcy定律来确定在一个预先给定的浸渍度下已浸渍的湿区4和未浸渍的干区5预期会具有哪一种空间分布。在一维情况下，Darcy等式为q=SVδpδx]]>式中q为浸渍剂2的流动速率，S为基体材料1渗透率，V为浸渍剂2的粘度，δp／δx是压力梯度。利用这样模拟得到的有关湿区4和干区5的空间分布，通过给湿区指派介电常数εF，给干区指派介电常数εT，就可获得电容C。从而建立所期望的在参照浸渍值DR和电容C之间的函数关系DR(C)。在第二方法步骤V2中，用图1所示测量装置9测量电容C随时间t的变化。方法步骤V1和V2的结果在方法步骤V3中组合起来，并根据时间t从等式D(t)=DR(C(t))中确定出浸渍值D。分别根据所期望的测量精度，可以不考虑流动线的形状，并从而不要求有精确的湿区4和干区5的空间分布。在这种情况下，采用大体与Darcy等式相同的流动模型进行模拟是不必要的。然后从电容C可直接得出湿区4和干区5的百分比以及浸渍值D。图3为没有示出的涡轮发电机定子的导体杆12的截面图。导体杆12由一个导电体10组成，优选由铜制成。它由一个绝缘体1包围，在本实施例中绝缘体1为基体材料1。绝缘体1由一个从外部缠绕的、没有精确示出的电晕防护带包围。在电晕防护带上缠绕一个导电带11。该导电带11和导体10与测量电容C的测量装置9相连接。这样一根导体杆12放在一未示出的板叠芯片的槽中，并与其它相应安置的导体杆12相连接形成一个电绕组。该整个架构形成涡轮发电机的定子。它在全浸渍方法中用环氧树脂浸渍。为此整个定子放入一个压力容器中。然后在高温高压下将构成浸渍剂2的环氧树脂浸入基体材料1，即绝缘体1。一种无缺陷的、实际上完完全全的浸渍对发电机的运行安全和寿命是必要的。通过借助测量装置9测量电容C，可以监视绝缘体1的浸渍值。例如，如果在浸渍过程结束时在正常情况下达到的终端电容没有达到，那么就可确定出现了浸渍缺陷，即存在未浸渍的区域。本发明除了用于监视发电机定子的全浸渍过程外，也可有利地应用于其它领域。尤其纤维复合材料的制造经常需要用树脂浸渍。在此，对浸渍过程进行监视对保证质量有极大的好处。权利要求1．一种浸渍方法，其中用一种浸渍剂(2)浸渍一种基体材料(1)，这样基体材料(1)的介电常数(εr)就被改变，其中，测量一种与介电常数(εr)有关的被测参数(C)，并由此确定基体材料(1)的浸渍值(D)。2．根据权利要求1所述的浸渍方法，其中，导电体(3)的一种架构的电容(C)用作被测参数，在这种架构(3)中基体材料(1)用作电介质。3．根据权利要求1或2所述的浸渍方法，其中，测量被测参数(C)随时间的变化曲线(C(t))，并由此确定浸渍值随寸间的变化曲线(D(t))。4．根据上述任一项权利要求所述的浸渍方法，其中，确定在一个参照浸渍值(DR)与被测参数(C)之间的函数关系(DR(C))，并从这一函数关系(DR(C))得出浸渍值(D)。5．根据权利要求3或4所述的浸渍方法，其中，浸渍值(D)随时间的变化曲线(D(t))根据下式计算D(t)=DR(C(t))式中D-浸渍值；DR-参照浸渍值；C-被测参数，尤其是电容；t-时间。6．根据权利要求4或5所述的浸渍方法，其中，函数关系(DR(C))的确定步骤是·将浸渍度定义为基体材料(1)中浸渍体积与未浸渍体积之比；·对于预定的工艺参数下一系列的浸渍度，借助一个流动模型的模拟，将一个具有基体材料(1)内至少一个未浸渍干区(4)和至少一个浸渍湿区(5)的空间分布状态的一个参照浸渍值(DR)配给各个浸渍度；·将第一介电常数(εr)配给所述至少一个干区(4)，将第二介电常数(εF)配给所述至少一个湿区(5)；·借助这些介电常数(εr、εF)将一个被测参数(C)配给各个参照浸渍值(DR)，从而获得所寻求的函数关系(DR(C))。7．根据权利要求6所述的浸渍方法，其中，对一种多孔基体材料(1)而言，采用适用于牛顿浸渍剂的流动的Darcy定律或采用适用于非牛顿浸渍剂的流动的适当修正的Darcy定律来计算参照浸渍值(DR)的空间分布。8．根据权利要求1至3中任一项所述的浸渍方法，其中，从浸渍值(D)获得浸渍剂(2)进入基体材料(1)的浸入深度(E)。9．根据权利要求8所述的浸渍方法，其中，获得浸入深度(E)随时间的变化曲线(E(t))，并由此确定基体材料(1)下列参数中的至少一个·过滤系数(FK)；·流动阻力(FW)；·渗透率；·相对孔隙率。10．根据权利要求8所述的浸渍方法，其中，获得浸入深度随时间的变化曲线(E(t))，并由此得到浸渍剂(2)的粘度(V)。11．根据上述任一项权利要求所述的浸渍方法，其中，将一种树脂，尤其是一种环氧树脂(2)用作浸渍剂(2)。12．根据上述任一项权利要求所述的浸渍方法，其中，将纤维(6)用作基体材料(1)，这些纤维(6)为了一种待制造的纤维复合材料(7)而浸渍。13．根据上述任一项权利要求所述的浸渍方法，其中，将一种电绝缘体材料(1)用作基体材料(1)。14．根据权利要求13所述的浸渍方法，其中，尤其用一种全浸渍方法对一种发电机，尤其是涡轮发电机中的定子(8)的电绕组(7)进行浸渍。15．根据上述任一项权利要求所述的浸渍方法，其中，由浸渍值(D)得出基体材料(1)内是否存在浸渍缺陷。16．一种监视用一种浸渍剂(2)浸渍基体材料(1)的浸渍值(D)的装置，其中，这样安置一种导体架构(3)，使得基体材料(1)作为影响该导体架构(3)的电容的电介质；一种用于测量电容(C)的测量装置(9)与该导体架构(3)相连。17．根据权利要求16所述的装置，其中，基体材料(1)是一种涡轮发电机的定子(8)的一个导体杆(12)的绝缘体，其中导体架构(3)包括一种包围基体材料(1)的导电带(11)和导体杆(12)的导电体(10)。全文摘要本发明涉及一种浸渍方法,其中用一种浸渍剂(2)浸渍一种基体材料(1),基体材料(1)的浸渍通过基体材料(1)的介电常数(ε文档编号G01N27/22GK1278916SQ98811071公开日2001年1月3日申请日期1998年10月1日优先权日1997年10月14日发明者多拉·谢陶尔,卡伊·维尔坦,艾瓦斯·泽米蒂斯,弗朗兹－约瑟夫·弗鲁恩特申请人:西门子公司