CN104569630A - 基于电声脉冲法的固-液通用型温控空间电荷测量装置 - Google Patents
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Abstract
一种电荷测量技术领域的基于电声脉冲法的固‐液通用型温控空间电荷测量装置，包括：由下而上依次设置的声波检测机构、气/液循环加热系统以及包括金属均压球、上电极屏蔽罩、上电极和半导电片的高压上电极系统，其中：上电极经由金属导体引出至上电极屏蔽罩，用于防止高压时端部放电的金属均压球设置于上电极的引出端部，用于改善固体试样和上电极间的声匹配的半导电片置于上电极和试样之间。本发明可适应于固体介质、液体介质和固体/液体双层介质中空间电荷的测量，并且测试介质中温度可以调节。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种电荷测量领域的技术，具体是一种基于电声脉冲法的固‐液通用型温控空间电荷测量装置。
背景技术
空间电荷积聚是绝缘介质中普遍存在的一种现象，它不仅会畸变绝缘介质中的电场分布，同时会加速绝缘介质的老化，影响绝缘的寿命；另外一些传感器如驻极体材料等又依赖于空间电荷的作用，因此空间电荷是绝缘和传感器领域普遍关心的问题。由于聚合物中的空间电荷对于介质材料的特性和应用至关重要，所以空间电荷的测量与表征技术的研究起步较早且得到了不断发展。通过空间电荷的测量，可以获得聚合物内部一些参数的基本信息，如不同电场和温度场下的载流子极性、载流子迁移率和陷阱深度。载流子的极性是空间不同位置净电荷的极性，并且对电场梯度非常敏感，而这些信息用基于空间信息平均值的外部电流法和表面电位法等全域技术是无法获得的。
电声脉冲法测试技术具有原理简单，测试技术成熟，使用安全性高，因此该类设备在国内外都得到了广泛的应用。目前基于该方法的平板结构试样空间电荷测量装发展迅速，据此国际电工委员会(IEC)发布了这类设备的测试校验标准IEC TS 62758-2012。但现有传统基于电声脉冲法的平板结构空间电荷测量装置主要适用于固体介质试样内部的空间电荷测量，无法测量液体介质试样中的空间电荷分布。另外，上述部分设备可以测量试样在不同温度下的空间电荷，其试样温度主要通过对测量电极的加热来控制：一类是采用加热丝对单个电极(一般为安装压电传感器的接地电极)直接加热，这类方法结构简单，但当试样厚度较厚时，可能导致试样内部受热不均匀；另一类采用导热液体介质在两个测量电极中分别流通来实现电极加热，这种结构可确保测量电极间的试样上下表面均匀受热，当两个测量电极中流通的导热液体介质不同时，可在试样内部形成一定的温度梯度，研究试样温度梯度对空间电荷的影响，但这类控温结构相对复杂。因此需要对传统的适用于固体介质的空间电荷测量系统进行改进，以适用于液体介质中的空间电荷测量，并简化试样控温系统的结构。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于电声脉冲法的固‐液通用型温控空间电荷测量装置，可适应于固体介质、液体介质和固体/液体双层介质中空间电荷的测量，并且测试介质试样中温度可以调节。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：包括：由下而上依次设置的声波检测机构、气/液循环加热系统以及包括金属均压球、上电极屏蔽罩、上电极和半导电片的高压上电极系统，其中：上电极经由金属导体引出至上电极屏蔽罩，用于防止高压时端部放电的金属均压球设置于上电极的引出端部，用于改善固体试样和上电极间的声匹配的半导电片置于上电极和试样之间。
所述的气/液循环加热系统包括：带有凹腔的下电极铝板和与之相连通的循环加热机构，其中：下电极铝板的下表面与所述声波检测机构固定连接，所述的凹腔底部与循环加热机构相连通。
所述的高压上电极系统通过固定压板和紧固螺丝紧固连接于下电极铝板上。
所述的循环加热机构包括：循环泵、加热套和带有入口端和出口端的油浴机构，其中：所述的凹腔底部设有一对液体导通接头，其中一个液体导通接头通过管路与循环泵、加热套和油浴机构的入口端相连，另一个液体导通接头与油浴机构的出口端相连以实现循环加热。
所述的声波检测机构包括：压电传感器和声波吸收层，其中：压电传感器与下电极铝板的下表面紧密连接，声波吸收层紧贴压电传感器设置，并通过引线将压电传感器上的电压信号输出，经外围配套高频放大器放大后用示波器采集，即可实现空间电荷测量。
所述的上电极屏蔽罩上设有与上电极电连接的BNC接头，该BNC接头的线芯和上电极屏蔽罩间设有匹配电阻，该BNC接头与上电极之间设有隔直电容。
技术效果
与现有技术相比，本发明通过下电极铝板的槽形结构设计、液体定位片，可分别测量固体介质、液体介质和固/液双层介质中的空间电荷分布。
本发明通过下电极铝板、液体导通接头、导管、循环泵、加热套和油浴构成气/液循环加热系统，可分别测量不同温度下固体、液体介质中的空间电荷分布，其中：固体介质测量时，采用气体或液体为导热介质对被测固体介质进行加热，液体介质测量时采用液体介质本身作为导热介质，固/液双层介质测量时采用液体介质本身作为导热介质。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图2为高压上电极系统示意图；
图3为固压片结构示意图，其中：a为剖面图，b为俯视图；
图4为下电极铝板结构示意图，其中：a为剖面图，b为俯视图；
图5为液体定位金属片示意图，其中：a为剖面图，b为俯视图；
图6为固体介质空间电荷测量操作示意图；
图7为液体空间电荷测量操作示意图；
图8为固/液体双层介质空间电荷测量操作示意图；
图中：金属均压球1、高压绝缘套2、固定压板3、紧固螺丝4、5、上电极屏蔽罩6、环氧绝缘7、隔直电容8、匹配电阻9、上电极10、半导电片11、试样12、BNC接头13、液体定位片14、下电极铝板15、液体导通接头16、17、压电传感器18、声波吸收层19、导管20、21、循环泵22、加热套23和油浴24。
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和图2所示，本实施例包括：高压上电极系统和与之紧固连接的气/液循环加热系统，其中：高压上电极系统包括：金属均压球1、上电极屏蔽罩6、隔直电容8、匹配电阻9、上电极10、半导电片11和BNC接头13，其中：用于引入高压脉冲的BNC接头13线芯和上电极屏蔽罩6间用匹配电阻9连接，并且BNC接头13线芯通过隔直电容8与上电极10用金属导线相连，上电极10用金属导线引出上电极屏蔽罩6，引出端部设有用于防止高压时端部放电的金属均压球1，用于改善固体试样和上电极10间的声匹配的半导电片11置于上电极10和试样12之间。
所述的上电极屏蔽罩6内充有用于固定上电极系统内各部件的环氧绝缘7，以进一步保证高压带电部位与上电极屏蔽罩6的隔离，提高耐压等级。
所述的金属导体通过设置于金属均压球1和上电极屏蔽罩6之间的高压绝缘套2实现与电极屏蔽罩6隔离。
所述的高压上电极系统的固定，采用图3所示的固定压板3、紧固螺丝4和5，将高压上电极系统固定在下电极铝板15上。
如图4所示，所述的气/液循环加热系统包括：带有凹腔的下电极铝板15和与之相连通的循环加热机构，其中：下电极铝板15的下表面固定设有与外部信号处理装置相连的声波检测机构，所述的凹腔底部与循环加热机构相连通。
所述的声波检测机构包括：压电传感器18和声波吸收层19，其中：压电传感器18与下电极铝板15的下表面紧密连接，声波吸收层19紧贴压电传感器18设置，并通过引线将压电传感器18上的电压信号输出，经外围配套高频放大器放大后用示波器采集，即可实现空间电荷测量。
所述的循环加热机构包括：循环泵22、加热套23和带有入口端和出口端的油浴机构24，其中：所述的凹腔底部设有一对液体导通接头16，其中一个液体导通接头16通过管路与循环泵22、加热套23和油浴机构24的入口端相连，另一个液体导通接头16与油浴机构24的出口端相连以实现循环加热。
如图5所示，所述的下电极铝板15的凹腔内设有用于固定液体厚度和空间电荷测量的液体定位金属片14，为便于研究不同厚度液体中的电荷分布，该液体定位金属片14可以采用不同厚度规格。
如图6～图8所示，当进行空间电荷测量的操作时，可分别测量固体介质、液体介质和固/液双层介质中的空间电荷分布，其中：固体介质测量时，采用气体或液体为导热介质对被测固体介质进行加热，液体介质测量时采用液体介质本身作为导热介质，固/液双层介质测量时采用液体介质本身作为导热介质。
如图8所示，当进行固/液双层介质测量时，液体定位金属片14的厚度要大于试样11的厚度，两者的厚度差即为待测液体厚度。
本实施例中液体定位片13厚度规格0.1mm、0.3mm、0.5mm、1mm，可根据流体测量要求组合出不同厚度；压电传感器18采用PVDF膜或LiNiO3陶磁压电传感器、声波吸收层19采用硅橡胶、循环泵22采用流速可控型泵、加热套23采用交流220V供电，功率200W。
Claims (8)
1.一种基于电声脉冲法的固‐液通用型温控空间电荷测量装置，其特征在于，包括：由下而上依次设置的声波检测机构、气/液循环加热系统以及包括金属均压球、上电极屏蔽罩、上电极和半导电片的高压上电极系统，其中：上电极经由金属导体引出至上电极屏蔽罩，用于防止高压时端部放电的金属均压球设置于上电极的引出端部，用于改善固体试样和上电极间的声匹配的半导电片置于上电极和试样之间。
2.根据权利要求1所述的基于电声脉冲法的固‐液通用型温控空间电荷测量装置，其特征是，所述的气/液循环加热系统包括：带有凹腔的下电极铝板和与之相连通的循环加热机构，其中：下电极铝板的下表面与所述声波检测机构固定连接，所述的凹腔底部与循环加热机构相连通。
3.根据权利要求1所述的基于电声脉冲法的固‐液通用型温控空间电荷测量装置，其特征是，所述的声波检测机构包括：压电传感器和声波吸收层，其中：压电传感器与下电极铝板的下表面紧密连接，声波吸收层紧贴压电传感器设置，并通过引线将压电传感器上的电压信号输出，经外围配套高频放大器放大后用示波器采集，即可实现空间电荷测量。
4.根据权利要求1所述的基于电声脉冲法的固‐液通用型温控空间电荷测量装置，其特征是，所述的下电极铝板的凹腔内设有用于固定液体厚度的液体定位金属片。
5.根据权利要求2所述的基于电声脉冲法的固‐液通用型温控空间电荷测量装置，其特征是，所述的循环加热机构包括：循环泵、加热套和带有入口端和出口端的油浴机构，其中：所述的凹腔底部设有一对液体导通接头，其中一个液体导通接头通过管路与循环泵、加热套和油浴机构的入口端相连，另一个液体导通接头与油浴机构的出口端相连以实现循环加热。
6.根据权利要求4所述的基于电声脉冲法的固‐液通用型温控空间电荷测量装置，其特征是，所述的液体定位片的厚度为0.1～1mm。
7.根据权利要求1所述的基于电声脉冲法的固‐液通用型温控空间电荷测量装置，其特征是，所述的上电极屏蔽罩上设有与上电极电连接的BNC接头，该BNC接头的线芯和上电极屏蔽罩间设有匹配电阻。
8.根据权利要求7所述的基于电声脉冲法的固‐液通用型温控空间电荷测量装置，其特征是，所述的BNC接头与上电极之间设有隔直电容。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |