CN104730354B - 一种可拆卸式电声脉冲空间电荷测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可拆卸式电声脉冲空间电荷测量装置，包括上电极单元和下电极单元，在上电极单元和下电极单元之间还设有可拆卸的温梯电极单元；上电极单元包括上电极壳体及上电极腔体，在上电极腔体内设有铝电极；下电极单元包括下电极壳体及下电极腔体，下电极腔体中设有脉冲发生器以及信号采集单元；温梯电极单元包括温梯电极壳体及温梯电极腔体，在温梯电极腔体内设有十字形铝电极；还包括用于向温梯电极单元传导温度的第一恒温源，用于向下电极单元传导温度的第二恒温源以及用于向上电极传输高压直流电的高压直流电源。本发明能够测得材料在常温、高温及温度梯度下的空间电荷特性，测量操作方便、安全，测量结果精准。
Description
技术领域
本发明属于聚合物绝缘材料内空间电荷分布测量技术领域，具体涉及一种可拆卸式电声脉冲空间电荷测量装置。
背景技术
研究固体电介质中的空间电荷分布，首要就要实现空间电荷分布的测量，电声脉冲法(PEA法)空间电荷测量技术是目前国内外应用较广的测量方法之一，温度梯度场下电声脉冲法空间电荷测量装置通过给中空的上、下测量电极引入高\低温恒温循环浴，分别采用强制冷却和强制加热的方式改变上、下电极的温度，从而使得试样上、下表面具有不同的温度。电声脉冲法空间电荷测量系统主要包括：电极系统、纳秒脉冲发生器、高压直流发生器、示波器、高 \低温恒温循环浴和计算机。测量时先将片状试样夹在上、下测量电极之间，在加压状态下，纳秒脉冲电压作用于试样上，试样中电荷在脉冲电场的作用下引起静电力，产生压力波。压力波再经试样及下部电极，由压电传感器检测并将声信号转换为电信号，再经过放大器放大后由示波器观测得到实时数据并由计算机采集保存，之后进行波形恢复处理与分析。
现有的电荷测量装置只能测定材料在某一固定温度(如常温)下的空间电荷特性，而且测量时设备的组装有很多不方便的地方，同时测量的精度及安全性也不足。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可拆卸式电声脉冲空间电荷测量装置，该装置结构设计合理，能够测得材料在常温、高温及温度梯度下的空间电荷特性，测量操作方便、安全，测量结果精准。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种可拆卸式电声脉冲空间电荷测量装置，包括上电极单元和下电极单元，在上电极单元和下电极单元之间还设有可拆卸的温梯电极单元；上电极单元包括上电极壳体及上电极腔体，在上电极腔体内设有铝电极；下电极单元包括下电极壳体及下电极腔体，下电极腔体中设有脉冲发生器以及信号采集单元；温梯电极单元包括温梯电极壳体及温梯电极腔体，在温梯电极腔体内设有十字形铝电极；
还包括用于向温梯电极单元传导温度的第一恒温源，用于向下电极单元传导温度的第二恒温源以及用于向上电极传输高压直流电的高压直流电源。
在上电极壳体的内壁上交错设有等分式外螺纹，在温梯电极壳体的内壁上交错设有等分式内螺纹，上电极单元和温梯电极单元通过相配合的等分式外螺纹和等分式内螺纹螺纹固定。
在上电极腔体内设有电阻R1、电阻R2及电容C，上电极腔体内填充环氧树脂；高压直流电源的高压电缆线通过上电极壳体顶部开设的高压电缆接口伸入上电极腔体内，并通过电阻R1与铝电极相连接，连接线通过电阻R2接地。
下电极腔体通过分隔板隔为两个腔室，一个腔室内设有脉冲发生器，脉冲发生器通过上电极壳体顶部开设的BNC头伸入上电极腔体内，并通过电容C 与铝电极相连接；另一个腔室内设有信号采集单元，信号采集单元包括压电传感器和放大器，压电传感器输出的电信号经放大器放大后输出。
在温梯电极腔体内设有高温循环槽，该高温循环槽与第一恒温源相连；在设有信号采集单元的下电极腔室内设有低温循环槽，该低温循环槽与第二恒温源相连。
低温循环槽为空心圆结构，安装在下电极壳体的顶部极板下方，压电传感器安装在空心圆的圆心与顶部极板接触的位置。
温梯电极腔体内高温循环槽的上、下都固定有聚四氟乙烯，且与电极接触的部位设有密封圈。
下电极壳体的顶部开设与上电极单元及温梯电极单元相匹配的外圆环；当测量温度梯度条件下待测材料的空间电荷时，下电极壳体顶部的外圆环的内径与温梯电极壳体的外径相同，温梯电极单元置于下电极壳体顶部的外圆环内，并通过螺柱与下电极壳体固定；
当测量常温条件下待测材料的空间电荷时，在下电极壳体顶部的外圆环内设置一个内圆环，该内圆环的外径与外圆环的内径相同，内圆环的内径与上电极壳体的外径相同，上电极单元置于下电极壳体顶部的内圆环内，并通过螺柱与下电极壳体固定。
所述内圆环的高度大于外圆环。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开的可拆卸式电声脉冲空间电荷测量装置，设计了一个可拆卸的温梯电极单元，当需要测量温度梯度下材料的空间电荷时，安装上温梯电极系统，如果只需要测量常温下材料空间电荷特性时，可以拆卸掉温梯电极系统，有了该温梯电极系统，在测量温度梯度条件下空间电荷特性时，能够使上、下电极快速升温到所设定的温度。
进一步地，上电极单元和温梯电极单元通过相配合的等分式外螺纹结构和等分式内螺纹结构螺纹固定。采用了等分式螺纹结构，使得上电极单元与温梯电极单元的安装拆卸更加方便。等分式螺纹结构的特殊性在于将普通的螺纹结构等分，使得螺纹结果整体上形成交替出现螺纹和无螺纹平滑结构。需要固定温梯电极单元时，将两个等分式螺纹交错开，将上电极单元顺着错开的螺纹处插入温梯电极单元，然后转动，便能使两者固定在一起。
进一步地，在温梯电极腔体内设有高温循环槽，在设有信号采集单元的下电极腔室内设有低温循环槽，温梯电极单元与下电极单元都采用中空的循环槽控制温度，循环槽的容积足够大，故而使得与被测材料上下表面接触的上下电极快速升温至所设定的温度。
进一步地，低温循环槽采用空心圆结构，安装在下电极极板下面，压电传感器放置在空心圆圆心处与极板直接接触的位置。这样就使压电传感器直接与下电极接触，从而不会因为低温循环槽的存在而影响下电极信号传输，使得测量结果更加精确。同时，如果低温恒温槽不慎漏油，也不会损坏压电传感器。
附图说明
图1为本发明的可拆卸式电声脉冲空间电荷测量装置的结构框图；
图2为本发明的可拆卸式电声脉冲空间电荷测量装置的上电极单元组装前结构示意图；
图3为本发明的可拆卸式电声脉冲空间电荷测量装置的下电极单元组装前结构示意图；
图4为本发明的可拆卸式电声脉冲空间电荷测量装置组装后的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
参见图1，本发明的一种可拆卸式电声脉冲空间电荷测量装置，包括上电极单元101和下电极单元，在上电极单元和下电极单元之间还设有可拆卸的温梯电极单元；上电极单元包括上电极壳体及上电极腔体，在上电极腔体内设有铝电极；下电极单元包括下电极壳体及下电极腔体，下电极腔体中设有脉冲发生器以及信号采集单元；温梯电极单元包括温梯电极壳体及温梯电极腔体，在温梯电极腔体内设有十字形铝电极；还包括用于向温梯电极单元传导温度的第一恒温源(高温恒温浴)，用于向下电极单元传导温度的第二恒温源(低温恒温浴)以及用于向上电极传输高压直流电的高压直流电源。
上电极单元101包括上电极外壳和上电极腔体，在上电极腔体内设有铝电极102、电阻R1、电阻R2及电容C，上电极腔体内填充环氧树脂103；高压直流电源的高压电缆线104通过上电极壳体顶部开设的高压电缆接口203伸入上电极腔体内，并通过电阻R1与铝电极102相连接，连接线通过电阻R2接地。
下电极单元114包括下电极单元114包括固定114的圆柱115与外圆环 116。低温恒温循环部分117、下电极极板118、脉冲发生器105及信号采集单元(压电传感器119、放大器120)。脉冲发生器105与下电极114集成在同一个合金铝箱体内，方便搬运。下电极腔体通过分隔板隔为两个腔室，一个腔室内设有脉冲发生器105，脉冲发生器105通过上电极壳体顶部开设的BNC头 106伸入上电极腔体内，并通过电容C与铝电极102相连接；另一个腔室内设有信号采集单元，信号采集单元包括压电传感器119、放大器120 ，压电传感器119输出的电信号经放大器120 放大后输出信号传送给示波器，示波器与电脑相连。
温梯电极单元107，包括：十字形铝电极108、等分式螺纹结构109、聚四氟乙烯110、111，110与111之间的高温循环槽112、被测试样113。温梯电极单元包括温梯电极壳体及温梯电极腔体，在温梯电极腔体内设有十字形铝电极108；在温梯电极腔体内设有高温循环槽112，该高温循环槽112与第一恒温源相连，高温循环槽112上下都固定有聚四氟乙烯，与电极接触的地方通过密封圈保证密封性，使硅油不会漏出。温梯电极腔体的大小由十字形铝电极109 中间加粗段的高度决定并固定。温梯电极单元与下电极中的循环槽部分容积足够大，保证了温梯条件下测量空间电荷时，上、下铝电极的温度能够快速达到设定值。同时压电传感器119与极板118直接接触，而低温恒温循环部分117 在压电传感器119的周围，这就保证了不会因为低温循环部分的存在而影响下电极的信号传输。同时如果低温循环部分不慎漏油，也不会损坏压电传感器。
参见图2，是本发明的可拆卸式电声脉冲空间电荷测量装置的上电极单元组装前的三维图，201是上电极单元、202为连接脉冲发生器的BNC头、203 为高压电缆的接口、204是固定上电极单元与下电极电源时安装螺柱的螺孔、 205是上电极单元的等分式外螺纹结构、206是温梯电极单元、207是温梯结构单元的等分式内螺纹、208是温梯电极的十字形铝电极、209是聚四氟乙烯、 210是高温循环槽的接口。侧面的两个接口与高温恒温循环浴相连接，使用时高温循环浴中的高温硅油通过一个接口进入循环槽内，在循环槽内形成循环流动，并通过另一个接口回到高温循环浴，以此使得循环槽内始终保持在设定的温度，来给十字形铝电极提供高温环境。只需要测量常温下空间电荷，而不考虑温度梯度时，可以拆卸掉温梯电极单元，只使用上电极单元。为了方便温梯电极单元的安装于拆卸，将螺纹设置为等分式结构，在上电极壳体的内壁上交错设有等分式外螺纹结构205，在温梯电极壳体的内壁上交错设有等分式内螺纹结构207，上电极单元和温梯电极单元通过相配合的等分式外螺纹结构205 和等分式内螺纹结构207螺纹固定。等分式螺纹结构的特殊性在于是将普通的螺纹结构等分为8份，假设8份分别编号为1、2、3、4、5、6、7、8，依次将 2、4、6、8号处的螺纹磨去，使得螺纹结果整体上形成交替出现螺纹和无螺纹平滑结构.需要固定温梯电极单元时，将两个等分式螺纹交错开，将上电极单元顺着错开的螺纹处插入温梯电极单元，然后转动，便能使两者固定在一起。
参见图3，为本发明的可拆卸式电声脉冲空间电荷测量装置的下电极单元组装前三维图，301为上电极单元的固定圆环、302为温梯电极单元的固定圆环、303为下电极极板、304为中空的低温循环板、305为中空低温循环槽、306 为与低温恒温浴的接口、307为下电极箱体、308下电极箱体中为放置脉冲发生器部分、309为放置放大器的部分。如果测量温度梯度下空间电荷时，即上电极单元固定有温梯电极单元时，则不使用圆环301，只使用302，302的内经与温梯电极单元的外径大小相等，圆环上面有螺孔，通过螺柱就可以与上电极单元固定在一起，如果只需要测量常温下空间电荷，即不需要使用温梯电极单元时，安装上圆环301，301的内径与上电极单元的外径相同，同时，为了方便圆环301的拆卸，设计301的高度略高于302低温循环槽采用同心圆式，使用时305内通有循环油，305中间的圆环上下导通，压电传感器就安装在下电极极板底部导通圆环中间的位置，这样就保证了压电传感器能够与极板直接接触，使得信号采集更加精确。下电极上设置半径不同的圆环、以方便固定半径大小不同的上电极单元与温梯电极单元。测量温度梯度条件下材料的空间电荷时，下电极需要与温梯电极单元接触，下电极上的外圆环内径与温梯电极单元的外径相同，使得温梯电极单元正好能够放在外圆环内，再通过螺柱固定。如果只需要测量常温下材料的空间电荷时，拆卸掉温度梯度电极单元，下电极直接与上电极单元相接触，此时给外圆环内在放置一个内圆环，内圆环外径与外圆环内径相同，内径与上电极单元外径相同，这样上电极单元能够放置在内圆环内，再通过螺柱固定。同时，内圆环的高度略高于外圆环，方便安放与拆卸。
本发明的可拆卸式电声脉冲空间电荷测量装置组装后的整体结构如图4所示，由上至下分别是上电极单元101、温梯电极单元107和下电极单元114。
本发明的可拆卸式电声脉冲空间电荷测量装置在使用时：
测量温度梯度下空间电荷试验时，将上电极单元的等分式螺纹部分交错插入温梯电极单元，即上电极单元有螺纹的部位对应温梯电极单元无螺纹的部位，插入后顺时针转动1/8周后即可将上电极单元与温梯电极单元安装到一起，将被测的片状试样放入下电极极板上的外圆环中，再将固定有温梯电极单元的上电极系统放入外圆环内，注意试样要正好放在铝电极下，然后将高温、低温循环浴分别通过橡皮管与温梯电极单元的高温循环槽和下电极单元低温循环槽的接口连接，二者里面都装有硅油。再将上电极电源的高压线缆与高压直流源连接，脉冲发生器与上电极的BNC头连接。再将下电极放大器与示波器连接，示波器与电脑连接。
连接完成后，开启高温、低温循环浴，设置所需的温度，硅油在高、低温循环槽内分别循环流动，可使上下电极快速达到所需的温度。打开下电极箱体上的开关。开启脉冲源，将高压直流源开关打开并旋转旋钮至所需的高压。打开示波器与笔记本，进行信号采集、标定与恢复。
如果只需要测量常温下材料的空间电荷特性时，将温梯电极单元从上电极单元上卸下来，同时给下电极外圆环内放入内圆环，关闭循环浴。其余操作与温梯条件下相同。
Claims (8)
1.一种可拆卸式电声脉冲空间电荷测量装置，其特征在于，包括上电极单元和下电极单元，在上电极单元和下电极单元之间还设有可拆卸的温梯电极单元；上电极单元包括上电极壳体及上电极腔体，在上电极腔体内设有铝电极；下电极单元包括下电极壳体及下电极腔体，下电极腔体中设有脉冲发生器以及信号采集单元；温梯电极单元包括温梯电极壳体及温梯电极腔体，在温梯电极腔体内设有十字形铝电极；
还包括用于向温梯电极单元传导温度的第一恒温源，用于向下电极单元传导温度的第二恒温源以及用于向上电极传输高压直流电的高压直流电源；
下电极壳体的顶部开设与上电极单元及温梯电极单元相匹配的外圆环；当测量温度梯度条件下待测材料的空间电荷时，下电极壳体顶部的外圆环的内径与温梯电极壳体的外径相同，温梯电极单元置于下电极壳体顶部的外圆环内，并通过螺柱与下电极壳体固定；
当测量常温条件下待测材料的空间电荷时，在下电极壳体顶部的外圆环内设置一个内圆环，该内圆环的外径与外圆环的内径相同，内圆环的内径与上电极壳体的外径相同，上电极单元置于下电极壳体顶部的内圆环内，并通过螺柱与下电极壳体固定。
2.根据权利要求1所述的一种可拆卸式电声脉冲空间电荷测量装置，其特征在于，在上电极壳体的内壁上交错设有等分式外螺纹(205)，在温梯电极壳体的内壁上交错设有等分式内螺纹(207)，上电极单元和温梯电极单元通过相配合的等分式外螺纹(205)和等分式内螺纹(207)螺纹固定。
3.根据权利要求1所述的一种可拆卸式电声脉冲空间电荷测量装置，其特征在于，在上电极腔体内设有电阻R1、电阻R2及电容C，上电极腔体内填充环氧树脂；高压直流电源的高压电缆线(104)通过上电极壳体顶部开设的高压电缆接口(203)伸入上电极腔体内，并通过电阻R1与铝电极(102)相连接，连接线通过电阻R2接地。
4.根据权利要求3所述的一种可拆卸式电声脉冲空间电荷测量装置，其特征在于，下电极腔体通过分隔板隔为两个腔室，一个腔室内设有脉冲发生器(105)，脉冲发生器(105)通过上电极壳体顶部开设的BNC头(106)伸入上电极腔体内，并通过电容C与铝电极(102)相连接；另一个腔室内设有信号采集单元，信号采集单元包括压电传感器(119)和放大器(120)，压电传感器(119)输出的电信号经放大器(120 )放大后输出。
5.根据权利要求4所述的一种可拆卸式电声脉冲空间电荷测量装置，其特征在于，在温梯电极腔体内设有高温循环槽(112)，该高温循环槽(112)与第一恒温源相连；在设有信号采集单元的下电极腔室内设有低温循环槽(305)，该低温循环槽(305)与第二恒温源相连。
6.根据权利要求5所述的一种可拆卸式电声脉冲空间电荷测量装置，其特征在于，低温循环槽(305)为空心圆结构，安装在下电极壳体的顶部极板下方，压电传感器安装在空心圆的圆心与顶部极板接触的位置。
7.根据权利要求5所述的一种可拆卸式电声脉冲空间电荷测量装置，其特征在于，温梯电极腔体内高温循环槽(112)的上、下都固定有聚四氟乙烯，且与电极接触的部位设有密封圈。
8.根据权利要求1所述的一种可拆卸式电声脉冲空间电荷测量装置，其特征在于，所述内圆环的高度大于外圆环。
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| GR01 | Patent grant | ||
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
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