CN104635054A - 一种封闭式温控固体介质电阻率测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于电学测量技术领域的一种封闭式温控固体介质电阻率测量装置。该装置由试验腔分别连接直流电源、反馈式控温仪、隔膜真空泵、磁力泵和皮安计构成；其中，试验腔由内腔和外腔形成一个同轴空心圆柱体，上端由盖板密封；外腔设置导热油循环回路，用于导热油循环对内腔进行油浴温控；在内腔内放置电极和试品；本发明利用循环油浴对内腔实现均匀对流，保证了内腔中各处温度一致，且温度在1℃范围内稳定不变。采用外压胶圈形式，保证了内腔中的良好真空度，将外界环境湿度对电阻率测量过程的影响减小到最低。测量结果精确，可靠性高，易操作。
Description
技术领域
本发明属于电学测量技术领域，特别涉及一种封闭式温控固体介质电阻率测量装置。
背景技术
我国高压直流输电技术高速发展，诸如换流变压器、GIS(气体绝缘组合电器)、GIL(气体绝缘输电线路)等直流设备的绝缘问题也备受关注。在直流电压作用下，绝缘材料按电阻率分压，电阻率成为表征其绝缘性能优劣的关键参数。
《GB/T 1410-2006固体绝缘材料体积电阻率和表面电阻率试验方法》中详细规定了固体材料电阻率测量的原理、方法和注意事项。然而，国标并未考虑到温度和微水含量对绝缘材料电阻率的影响。一般地，电阻率随温度升高而减小，随微水含量增加而减小，但是针对某种绝缘材料而言还须进行定量实测。研究实际环境中绝缘材料的电阻率随温度、微水含量变化的规律，对了解其电气绝缘性能、保障设备安全可靠运行至关重要。目前已公布的相关技术没有考虑外界环境温湿度对试品的电阻率造成的影响，测量结果不够精确，导致对绝缘材料电气性能优劣的评估失去参考意义。
发明内容
本发明的目的是提出一种封闭式温控固体介质电阻率测量装置，其特征在于，该装置是一种在真空状态及不同温度下测量固体电介质电阻率的试验装置；所述封闭式温控固体介质电阻率测量装置由试验腔分别连接直流电源、反馈式控温仪、隔膜真空泵、磁力泵和皮安计构成，其中，试验腔由内腔和外腔形成一个同轴空心圆柱体，上端由盖板密封；外腔两侧设置进油管道和出油管道并与磁力泵连接，形成导热油循环回路，用于导热油循环对内腔进行油浴温控；在内腔内放置电极和试品；所述内腔和外腔整体采用304不锈钢材料。
所述电极由黄铜材料制作，采用三电极结构：保护电极6、被保护电极5和不保护电极4，其中，被保护电极5和不保护电极4为圆柱状，保护电极6为圆筒状，支撑在被保护电极5周围；被保护电极5由上电极导杆9引出内腔，不保护电极4由下电极导杆3引出内腔，上电极导杆9、下电极导杆3均由胶圈7、螺母8和盖板13与内腔之间均采用密封胶圈7与内腔1密封固定；使内腔中真空度保持在1mbar的压力，将外界环境湿度对电阻率测量过程的影响减到最小程度。
所述密封胶圈采用耐油性好的丁腈橡胶。
所述直流电源的电压输出范围为-10kV～+10kV，纹波系数小于1％，升/降压速率大于700V/μs，额定电流10mA。
所述反馈式控温仪用铂电阻做测温探头，并将温度信号传输给PID中央芯片，PID中央芯片发出电压控制信号给电热圈，由电热圈对试验腔进行间断式升温，经过一定时间的震荡后内腔温度达到设定温度并保持稳定。温控范围为室温～200℃，控温精度0.1℃，升温速率30s/℃，降温方式为自然降温。
所述隔膜真空泵的极限真空度小于1mbar，带自冷却排风系统，可连续工作1小时以上。
所述磁力泵用于对试验腔外腔中的导热油循环，扬程5m，流速0～5L/min可调。
所述皮安计采用Tektronix公司的KEITHLEY 6517，电流信号范围0.1pA～1mA，精度为1％×档位，可编程控制。
所述导热油对内腔进行油浴温控，保证内腔中各处温度一致，且保持温度在1℃范围内稳定不变。
本发明的有益效果是：可实现在真空状态、不同温度下固体电介质电阻率的测量，真空度高保证了将外界环境湿度对电阻率测量过程的影响减小到最低，温控精度高保证了固体电介质的电阻率随温度变化规律研究的准确性、可靠性。
附图说明
图1为测量系统示意图；
图2为试验腔内部结构图；
图3为胶圈密封形式示意图。
具体实施方式
本发明提出一种封闭式温控固体介质电阻率测量装置，下面结合附图对本发明予以进一步说明。
图1为测量系统示意图；图中所示是一种在真空状态及不同温度下测量固体电介质电阻率的试验装置；该封闭式温控固体介质电阻率测量装置由试验腔分别连接直流电源、反馈式控温仪、隔膜真空泵、磁力泵和皮安计构成。
如图2所示的试验腔内部结构示意图，试验腔由内腔1和外腔2形成一个同轴空心圆柱体，整体采用304不锈钢材料制作，空心圆柱体上端由盖板13采用胶圈7与内腔1密封固定；外腔2两侧设置进油管道10和出油管道11，进油管道10和出油管道11之间外接适当长度的氟橡胶管，并连接到磁力泵，形成导热油循环回路，对内腔进行油浴温控，油浴温控由反馈式控温仪担任；在内腔设置抽气口12，用一段胶皮管连接隔膜真空泵，将内腔抽气至真空度为1mbar；具体操作包括：
1)在内腔内放置的电极采用三电极结构，由黄铜材料制作；其中，被保护电极5和不保护电极4为圆柱状，保护电极6为圆筒状，支撑在被保护电极5周围；首先，将三块电极用乙醇擦净，把不保护电极4与下电极导杆3拧紧，打开上盖板13，穿过试验腔下底面上的孔，在试验腔外侧将胶圈7套到下电极导杆3上，用螺母8在试验腔内外两侧将胶圈7压紧(如图3所示)；其次，将裁剪成圆形的固体试品置于不保护电极4中央，固体试品上放置保护电极6，二者中心对齐，并用一导线将保护电极6和内腔的内壁连接；再次，将被保护电极5和上电极导杆9拧紧后穿过上盖板13并压在固体试品上二者中心对齐，在上电极导杆9引出口处用螺母8在试验腔的盖板13内外两侧将胶圈7压紧；最后，在内腔边缘台阶上放置胶圈7，并用上盖板13压紧，用螺丝固定；各密封口处的胶圈采用耐油性好的丁腈橡胶；使内腔中真空度保持在1mbar，使外界环境湿度对电阻率测量过程的影响减到最小程度；
2)在上电极导杆9末端连接至直流电源输出端，下电极导杆3末端连接至皮安计电流信号输入端，试验腔外壁接地；
3)将反馈式控温仪的电热圈套接在外腔的外壁上，测温探头引入导热油中；
4)开启磁力泵，使导热油在循环回路中循环，启动反馈式控温仪，温控范围为室温～200℃，控温精度0.1℃，升温速率30s/℃；待面板显示温度达到设定温度并维持稳定后，打开隔膜真空泵，抽气至真空度为1mbar；
5)打开直流电源和静电计，施加直流电压-10kV～+10kV，纹波系数小于1％，升/降压速率大于700V/μs，额定电流10mA，用皮安计记录流过试品的电流信号I，并根据被保护电极5的直径A、试品的厚度d，计算其电阻率ρ＝V/I·(πA2)/4d。
Claims (10)
1.一种封闭式温控固体介质电阻率测量装置，其特征在于，该装置是一种在真空状态及不同温度下测量固体电介质电阻率的试验装置；所述封闭式温控固体介质电阻率测量装置由试验腔分别连接直流电源、反馈式控温仪、隔膜真空泵、磁力泵和皮安计构成；其中，试验腔由内腔和外腔形成一个同轴空心圆柱体，上端由盖板密封；外腔两侧设置进油管道和出油管道并与磁力泵连接，形成导热油循环回路，用于导热油循环对内腔进行油浴温控；在内腔内放置电极和试品；所述内腔和外腔整体采用304不锈钢材料。
2.根据权利要求1所述一种封闭式温控固体介质电阻率测量装置，其特征在于，所述电极由黄铜材料制作，采用三电极结构：保护电极(6)、被保护电极(5)和不保护电极(4)，其中，被保护电极(5)和不保护电极(4)为圆柱状，保护电极(6)为圆筒状，支撑在被保护电极(5)周围；被保护电极(5)由上电极导杆(9)引出内腔，不保护电极(4)由下电极导杆(3)引出内腔，上电极导杆(9)、下电极导杆(3均由胶圈(7)、螺母(8)和盖板(13)与内腔之间均采用密封胶圈(7)与内腔(1)密封固定；使内腔中真空度保持在1mbar，将外界环境湿度对电阻率测量过程的影响减到最小程度。
3.根据权利要求1所述一种封闭式温控固体介质电阻率测量装置，其特征在于，所述密封胶圈采用耐油性好的丁腈橡胶。
4.根据权利要求1所述一种封闭式温控固体介质电阻率测量装置，其特征在于，所述直流电源的电压输出范围为-10kV～+10kV，纹波系数小于1％，升/降压速率大于700V/μs，额定电流10mA。
5.根据权利要求1所述一种封闭式温控固体介质电阻率测量装置，其特征在于，所述反馈式控温仪用铂电阻做测温探头，并将温度信号传输给PID中央芯片，PID中央芯片发出电压控制信号给电热圈，由电热圈对试验腔进行间断式升温，经过一定时间的震荡后内腔温度达到设定温度并保持稳定，温控范围为室温～200℃，控温精度0.1℃，升温速率30s/℃，降温方式为自然降温。
6.根据权利要求1所述一种封闭式温控固体介质电阻率测量装置，其特征在于，所述隔膜真空泵的极限真空度小于1mbar，带自冷却排风系统，连续工作1小时以上。
7.根据权利要求1所述一种封闭式温控固体介质电阻率测量装置，其特征在于，所述磁力泵用于对试验腔外腔中的导热油循环，扬程5m，流速0～5L/min可调。
8.根据权利要求1所述一种封闭式温控固体介质电阻率测量装置，其特征在于，所述皮安计采用Tektronix公司的KEITHLEY 6517，电流信号范围0.1pA～1mA，精度为1％×档位，可编程控制。
9.根据权利要求1所述一种封闭式温控固体介质电阻率测量装置，其特征在于，所述导热油对内腔进行油浴温控，保证内腔中各处温度一致，且保持温度在1℃范围内稳定不变。
10.一种权利要求1所述的封闭式温控固体介质电阻率测量装置测量固体介质电阻率的方法，其特征在于，包括步骤：
1)首先将试验腔各部件组装完毕，各密封口处的胶圈采用耐油性好的丁腈橡胶；使内腔中真空度保持在1mbar，使外界环境湿度对电阻率测量过程的影响减到最小程度；
2)在上电极导杆9末端连接至直流电源输出端，下电极导杆3末端连接至皮安计电流信号输入端，试验腔外壁接地；
3)将反馈式控温仪的电热圈套接在外腔的外壁上，测温探头引入导热油中；
4)开启磁力泵，使导热油在循环回路中循环，启动反馈式控温仪，温控范围为室温～200℃，控温精度0.1℃，升温速率30s/℃；待面板显示温度达到设定温度并维持稳定后，打开隔膜真空泵，抽气至真空度为1mbar；
5)打开直流电源和静电计，施加直流电压-10kV～+10kV，纹波系数小于1％，升/降压速率大于700V/μs，额定电流10mA，用皮安计记录流过试品的电流信号I，并根据被保护电极5的直径A、试品的厚度d，计算其电阻率ρ＝V/I·(πA2)/4d。
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