CN103576005B - 针-板电极固体介质空间电荷测量系统 - Google Patents

针-板电极固体介质空间电荷测量系统 Download PDF

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Abstract

一种电变量测量领域的针-板电极固体介质空间电荷测量系统，包括：针电极、绝缘件、固定夹具、下电极板、压电薄膜、声波吸收层和屏蔽盒，其中：绝缘件固定于固定夹具上，被测固体样品定位于下电极板的上表面中部，针电极穿过绝缘件的中心通孔插入被测固体样品，下电极板与固定夹具的下方连接，下电极板的下表面中部设压电薄膜，该压电薄膜的位置与被测固体样品相对应，声波吸收层设置于压电薄膜的下方且两者均设于屏蔽盒内。本发明能够实现不同截面、不同厚度的固体介质中空间电荷的测量。

Description

针-板电极固体介质空间电荷测量系统
技术领域
本发明涉及的是一种电变量测量领域的装置，具体是一种针-板电极固体介质空间电荷测量系统。
背景技术
针-板电极系统在电介质绝缘性能的研究过程中应用非常广泛，主要被用于研究介质在极不均匀电场下的放电机理和老化过程。对于针-板电极下介质内部的电荷输运和电场分布，目前只能通过仿真计算进行预测，无法实现实际测量，这对绝缘介质老化机理的研究造成了障碍。
电声脉冲法是一种比较成熟的用于固体介质绝缘性能研究的无损测量方法，可以测量高压直流电场作用下的绝缘材料中的电荷行为，并且可以通过后期计算得出材料中的电场分布。目前这一方法已经成功用于平板电极和同轴电极下固体介质的空间电荷测量，但对针-板电极系统下固体介质的测量还未见报道。
经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN2413294，公开日2001-01-03，记载了一种固体电介质材料中空间电荷分布的测量装置，由试样测试腔、声电/电声转换器，高速电信号发生器、高压电信号发生器、高压直流电源、高阻输入放大器、低阻输入放大器、示波器和计算机组成。但该技术的上下电极均为平板电极，用于研究固体介质在均匀电场下的空间电荷分布。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种针-板电极固体介质空间电荷测量系统，其上电极采用的是针尖电极，可以测量固体介质在针-板电极构成的极不均匀电场下的空间电荷分布，并能够实现不同截面、不同厚度的固体介质中空间电荷的测量。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：针电极、绝缘件、固定夹具、下电极板、压电薄膜、声波吸收层和屏蔽盒，其中：绝缘件固定于固定夹具上，被测固体样品定位于下电极板的上表面中部，针电极穿过绝缘件的中心通孔插入被测固体样品，下电极板与固定夹具的下方连接，压电薄膜位于下电极板的下表面中部并正对与被测固体样品，声波吸收层设置于压电薄膜的下方且两者均设于屏蔽盒内。
所述的固定夹具的两侧设螺杆，并由螺杆与位于其下方的下电极板相连，两者的距离由螺杆调节。
所述的下电极板的上表面中部设对中垫片，该对中垫片的中部开有与被测固体样品的截面形状相适应的通孔。
所述的对中垫片的直径范围是20mm-30mm，深度范围是1mm-3mm。
所述的下电极板的下表面中部开有圆环凹槽，该圆环凹槽的中心位置与对中垫片的中心位置相对应，屏蔽盒由该圆环凹槽与下电极板相固定。
所述的圆环凹槽的外径范围是25mm-35mm，圆环凹槽的内径范围是10mm-20mm。
所述的针电极的顶部设金属均压球。
所述的绝缘件为凸字形结构且嵌套于固定夹具的凸字形孔中。
所述的绝缘件的上表面的直径是20mm，下表面的直径是40mm，高度是20mm，其中凸出部分的高度是15mm。
所述的绝缘件的中心通孔的直径为2mm。
所述的固定夹具的凸字形孔的上端的直径是20mm，下端的直径是40mm，下端的深度是5mm。
所述的屏蔽盒为双层嵌套结构，内层为绝缘圆管，该绝缘圆管的内径与下电极板的圆环凹槽的内径相同；外层为金属圆管，该金属圆管的外径与下电极板的圆环凹槽的外径相同。
所述的屏蔽盒的下端设有金属圆盖，其外径与金属圆管的外径相同。
所述的压电薄膜为平板结构，声波吸收层为平板结构。
所述的绝缘件、对中垫片和绝缘圆管的材质均为聚四氟乙烯，声波吸收层的材质为有机玻璃。
所述的下电极板的材质为铝。
有益效果
本发明固定夹具的位置可调节，因而可以根据需要改变针电极与下电极板之间的距离，适用于不同厚度的样品；对中垫片的中部采用形状不同通孔，实现不同截面样品的测量。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为实施例1中下电极板的圆形浅槽示意图；
图3为实施例1中对中垫片的方形通孔示意图；
图4为实施例1中下电极板的圆环凹槽示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1所示，本实施例包括：针电极2、绝缘件3、固定夹具5、下电极板8、压电薄膜9、声波吸收层10和屏蔽盒11，其中：绝缘件3固定于固定夹具5上，被测固体样品6定位于下电极板8的上表面中部，针电极2穿过绝缘件3的中心通孔插入被测固体样品6，下电极板8与固定夹具5的下方连接，下电极板8的下表面中部设压电薄膜9，该压电薄膜9的位置与被测固体样品6相对应，声波吸收层10设置于压电薄膜9的下方且两者均设于屏蔽盒11内。
所述的固定夹具5的两侧设螺杆4，并由螺杆4与位于其下方的下电极板8相连，两者的距离由螺杆4及其配合的螺母调节。
所述的下电极板8的上表面中部设对中垫片7，该对中垫片7的中部开有与被测固体样品6的截面形状相适应的通孔。
如图2所示，本实施例中，下电极板8的上表面中部开一个圆形浅槽12用来设置对中垫片7，如图3所示，对中垫片7的中部开有一个方形通孔13，与本实施例的被测固体样品6的截面相适应。
所述的对中垫片7的直径范围是20mm-30mm，深度范围是1mm-3mm。
如图4所示，所述的下电极板8的下表面中部开有圆环凹槽14，该圆环凹槽14的中心位置与对中垫片7的中心位置相对应，屏蔽盒11由该圆环凹槽14与下电极板8相固定。
所述的圆环凹槽14的外径范围是25mm-35mm，圆环凹槽14的内径范围是10mm-20mm。
所述的针电极2的顶部设金属均压球1。
所述的绝缘件3为凸字形结构且嵌套于固定夹具5的凸字形孔中。
所述的绝缘件3的上表面的直径是20mm，下表面的直径是40mm，高度是20mm，其中凸出部分的高度是15mm。
所述的绝缘件3的中心通孔的直径为2mm。
所述的固定夹具5的凸字形孔的上端的直径是20mm，下端的直径是40mm，下端的深度是5mm。
所述的屏蔽盒11为双层嵌套结构，内层为绝缘圆管，该绝缘圆管的内径与下电极板8的圆环凹槽14的内径相同；外层为金属圆管，该金属圆管的外径与下电极板8的圆环凹槽14的外径相同。
所述的屏蔽盒11的下端设有金属圆盖，其外径与金属圆管的外径相同。
压电薄膜9为平板结构，声波吸收层10为平板结构。
本实施例中，所述的绝缘件3、对中垫片7和绝缘圆管的材质均为聚四氟乙烯，声波吸收层10的材质为有机玻璃。
本实施例中，下电极板8的材质为铝。
测量时，将被测固体样品6置于对中垫片7中间的方形通孔13中，依靠对中垫片7实现对中，并在被测固体样品6的底面与下电极板8之间滴少许硅油来提高接触效果。利用中心嵌套绝缘件3的固定夹具5将被测固体样品6固定在下电极板8上。将针电极2通过绝缘件3中心的通孔插入被测固体样品6的中心，金属均压球1与针电极2的顶端相连。测量时，在针电极2的顶端施加一个纳秒级电压脉冲，则被测固体样品6内部的空间电荷在电压脉冲的作用下产生振动，发出机械波信号，该机械波信号通过下电极板8被压电薄膜9接收，压电薄膜9将接收到的机械波信号转换为电压信号，该电压信号可以反映被测固体样品6内部的空间电荷分布。透过压电薄膜的剩余机械波信号被声波吸收层10吸收。

Claims (9)

1.一种针-板电极固体介质空间电荷测量系统，其特征在于，包括：针电极、绝缘件、固定夹具、下电极板、压电薄膜、声波吸收层和屏蔽盒，其中：绝缘件固定于固定夹具上，被测固体样品定位于下电极板的上表面中部，针电极穿过绝缘件的中心通孔插入被测固体样品，下电极板与固定夹具的下方连接，压电薄膜位于下电极板的下表面中部并正对于被测固体样品，声波吸收层设置于压电薄膜的下方且两者均设于屏蔽盒内；
所述的下电极板的下表面中部开有圆环凹槽，该圆环凹槽的中心位置与对中垫片的中心位置相对应，屏蔽盒由该圆环凹槽与下电极板相固定；
所述的被测固体样品置于对中垫片中间的方形通孔中，依靠对中垫片实现对中，并在被测固体样品的底面与下电极板之间滴少许硅油，利用中心嵌套绝缘件的固定夹具将被测固体样品固定在下电极板上，将针电极通过绝缘件中心的通孔插入被测固体样品的中心，金属均压球与针电极的顶端相连；测量时，在针电极的顶端施加一个纳秒级电压脉冲，则被测固体样品内部的空间电荷在电压脉冲的作用下产生振动，发出机械波信号，该机械波信号通过下电极板被压电薄膜接收，压电薄膜将接收到的机械波信号转换为电压信号，该电压信号能够反映被测固体样品内部的空间电荷分布，透过压电薄膜的剩余机械波信号被声波吸收层吸收。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的固定夹具的两侧设螺杆，并由螺杆与位于其下方的下电极板相连，两者的距离由螺杆调节。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的下电极板的上表面中部设对中垫片，该对中垫片的中部开有与被测固体样品的截面形状相适应的通孔。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的对中垫片的直径范围是20mm-30mm，深度范围是1mm-3mm。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的圆环凹槽的外径范围是25mm-35mm，圆环凹槽的内径范围是10mm-20mm。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的针电极的顶部设金属均压球。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的绝缘件为凸字形结构且嵌套于固定夹具的凸字形孔中。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的屏蔽盒为双层嵌套结构，内层为绝缘圆管，该绝缘圆管的内径与下电极板的圆环凹槽的内径相同；外层为金属圆管，该金属圆管的外径与下电极板的圆环凹槽的外径相同。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征是，所述的屏蔽盒的下端设有金属圆盖，其外径与金属圆管的外径相同。
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