CN105486927A - 一种固体绝缘材料体积电阻率的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固体绝缘材料体积电阻率的测量方法，该测量方法基于三电极测量装置完成，具体包括以下步骤：连接测量电路；测量短路电流<i>I₀</i>；测量电化电流<i>I_s</i>；根据电化电流<i>I_s</i>、短路电流<i>I₀</i>、直流电压<i>U_x</i>、三电极测量装置低压电极与被测物体接触的有效面积<i>A</i>以及被测物体的平均厚度<i>h</i>计算被测物体的体积电阻率。本发明的应用，能够在克服外部感应电流干扰基础上，对被测物体的体积电阻率进行准确测量，具有操作方便、测量精度高、对被测物体形状大小要求低的优点。

Description

一种固体绝缘材料体积电阻率的测量方法

技术领域

本发明涉及电阻测量技术领域，特别是一种用于对固体绝缘材料体积电阻率进行测量的方法。

背景技术

绝缘材料又称电介质，在直流电压作用下，只有极微小的电流通过，用于将电气系统的各部件之间相互绝缘或者对地绝缘；固体绝缘材料是一种具有一定厚度的绝缘材料，不仅起绝缘作用，还可起机械支撑作用，因此，一般都希望绝缘材料具有尽可能高的绝缘电阻，并具有良好的机械性能、化学性能和耐热性能。

表征绝缘材料的电阻率有表面电阻率和体积电阻率两种常用参数，其中体积电阻率常被用于检测绝缘材料生产是否始终如一，或者检测能影响材料质量而又不能用其他方法检测到的导电杂质。

体积电阻率是指单位体积内电介质所具有的电阻值，测量体积电阻率的方法是通过对试样施加直流电压，测定通过垂直于试样的泄漏电流来计算试样的体积电阻率。基于上述测量原理，传统用于测量体积电阻率的设备为高阻计，高阻计的测量机构为磁电系流比计，指示方式有指针式和数字式，但是无论何种结构的高阻计，对于绝缘材料的体积电阻率测量都存在测量精度低、无法克服外部感应电流干扰的问题。

中国专利CN101968511B公开了一种矿物及固体绝缘材料电阻率测量的小型电极实验装置，采用三电极系统(即测量电极、保护电极以及高压电极构成)工作原理，通过采用保护电极接地来克服外部感应电流干扰的问题；但是其结构复杂，测量电极和高压电极之间需要精确对位，且测量电极和保护电极之间的间隙距离制作时不易控制，因此如果该装置在制作过程中稍有偏差，必将导致三个电极不能精确定位，就难以获得可靠测量数据，还容易出现短路，破坏设备；另外，该装置的结构仅能针对固定大小的被测物体进行测试，无法满足不同大小被测物体的测试需求。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种操作方便、测量精度高、能够克服外部感应电流干扰的固体绝缘材料体积电阻率测量方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

一种固体绝缘材料体积电阻率的测量方法，该测量方法基于三电极测量装置完成，具体包括以下步骤：

A.连接测量电路：将被测物体夹紧在三电极测量装置的低压电极和高压电极之间，高压电极连接高压直流电源正极，低压电极经标准电阻连接高压直流电源负极，三电极测量装置的保护电极接地；在高压直流电源的两端以及标准电阻的两端分别并联一电压表；

B.测量短路电流：通过外接线短路三电极测量装置的低压电极和高压电极，逐步增加电流直到短路电流达到恒定值，记录短路电流I₀的值和方向；

C.测量电化电流：拆除短接线，向被测物体施加标称直流电压U_x并开始计时，在不同电化时间内分别做一次测量，记录每次测量的电化电流I_s；

D.计算被测物体体积电阻率：当连续两次测量的电化电流I_s相同时，利用该电化电流I_s、短路电流I₀、直流电压U_x、三电极测量装置低压电极与被测物体接触的有效面积A以及被测物体的平均厚度h计算被测物体的体积电阻率。

上述一种固体绝缘材料体积电阻率的测量方法，步骤C所述的不同电化时间为1min、2min、5min、10min、50min和100min。

上述一种固体绝缘材料体积电阻率的测量方法，步骤D通过下式计算体积电阻率ρ_v：

${\mathrm{\&rho;}}_v=\frac{U_{x}A}{(I_s\&PlusMinus;I_0)h}$

式中，U_x为标称直流电压，A为低压电极与被测物体接触的有效面积，I_s为电化电流，I₀为短路电流，h为被测物体的平均厚度。

上述一种固体绝缘材料体积电阻率的测量方法，所述三电极测量装置包括低压电极、高压电极、高度调节机构以及设置有保护电极的保护屏蔽机构，所述低压电极、高压电极和保护屏蔽机构设置在高度调节机构中，其中低压电极和高压电极上下相对设置，保护屏蔽机构设置在低压电极周侧。

上述一种固体绝缘材料体积电阻率的测量方法，所述高度调节机构包括平行设置的上支撑板和下支撑板，上支撑板和下支撑板之间通过垂直于支撑板的至少三根丝杆连接，丝杆与支撑板之间通过螺母调节上支撑板和下支撑板之间的距离并定位；所述丝杆匀布在上支撑板和下支撑板之间。

上述一种固体绝缘材料体积电阻率的测量方法，所述高压电极的纵截面为T型结构，高压电极的竖直段底端垂直穿过并伸出下支撑板中心。

上述一种固体绝缘材料体积电阻率的测量方法，所述高压电极与下支撑板之间设置有用于将被测物体压紧在高压电极和低压电极之间的压紧机构；所述压紧机构包括平行于高压电极的下绝缘板，下绝缘板与下支撑板之间设置有用于将下绝缘板顶紧在高压电极下端面的弹簧。

上述一种固体绝缘材料体积电阻率的测量方法，所述低压电极通过上绝缘板固定设置在上支撑板下端面上，保护屏蔽机构设置在低压电极与上绝缘板之间；保护屏蔽机构包括环低压电极侧周设置的保护电极和设置在保护电极与低压电极之间的绝缘电极。

上述一种固体绝缘材料体积电阻率的测量方法，所述低压电极的纵截面为T型结构，低压电极的竖直段顶端垂直穿过并伸出上支撑板中心。

上述一种固体绝缘材料体积电阻率的测量方法，所述上支撑板上方设置有用于保护低压电极竖直段的保护帽，保护帽的侧壁上设置有BNC接口。

由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。

本发明的应用，能够在克服外部感应电流干扰基础上，对被测物体的体积电阻率进行准确测量，具有操作方便、测量精度高、对被测物体形状大小要求低的优点。本发明三电极测量装置中高度调节机构的设置，可使本发明能够应用于不同厚度的被测物体，提高了通用性；压紧机构的设置，能够使被测物体与高压电极和低压电极之间可靠接触，提高了测量精度；上支撑板上方设置的保护帽以及保护帽上设置的BNC接口，不仅可以保护低压电极，还可以将低压电极以及保护电极的引线引出，方便了作业人员快速准确的接线。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明所述高度调节机构的结构示意图；

图3为本发明所述压紧机构的结构示意图；

图4为本发明所述保护屏蔽机构的结构示意图；

图5为本发明的结构分体图；

图6为本发明的测试电路图。

其中：1、保护帽；2、BNC接口；3、上支撑板；4、螺母；5、上绝缘板；6、保护电极；7、绝缘电极；8、低压电极；9、丝杆；10、被测物体；11、高压电极；12、弹簧；13、下绝缘板；14、下支撑板。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。

本发明提供一种固体绝缘材料体积电阻率的测量方法，该测量方法基于三电极测量装置完成，三电极测量装置的结构如图1至图5所示，具体包括低压电极8、高压电极11、高度调节机构以及设置有保护电极6的保护屏蔽机构，低压电极8、高压电极11和保护屏蔽机构设置在高度调节机构中，其中低压电极和高压电极上下相对设置，保护屏蔽机构设置在低压电极周侧。

高度调节机构的结构如图2所示，包括平行设置的上支撑板3和下支撑板14，上支撑板和下支撑板之间通过垂直于支撑板的至少三根丝杆9连接，丝杆与支撑板之间通过螺母4定位，并通过调节螺母在丝杆上的位置来调节上支撑板和下支撑板之间的距离，满足不同厚度被测物体的测量要求。本实施例中，丝杆共设置有四根，四根丝杆匀布在上支撑板和下支撑板之间。

本发明中的高压电极11的纵截面和低压电极8的纵截面均为T型结构，高压电极11和低压电极8与被测物体的接触面均为圆形平面。为方便接线，高压电极的竖直段底端垂直穿过并伸出下支撑板14中心，低压电极8的竖直段顶端垂直穿过并伸出上支撑板3中心。

由于低压电极的竖直段顶端伸出上支撑板后裸露设置，为保护低压电极竖直段，本实施例在上支撑板3上方设置了保护帽1，保护帽1的侧壁上设置有BNC接口2，方便引出低压电极接线，如图1所示。

本实施例中，低压电极和高压电极选用容易加到被测物体上、能与被测物体表面紧密接触、且不致于因电极电阻或对被测物体的污染而引入很大误差的导电材料。

高压电极11与下支撑板14之间设置有压紧机构，用于将被测物体压紧在高压电极11和低压电极8之间。压紧机构的结构如图3所示，包括下绝缘板13和弹簧12，下绝缘板13平行设置在高压电极的下方，弹簧12至少设置有三个，三个弹簧匀布在下绝缘板13与下支撑板14之间，用于将下绝缘板顶紧在高压电极下端面，即将高压电极向低压电极顶紧，从而实现将被测物体压紧在高压电极和低压电极之间的目的。本实施例中，弹簧共设置了四个。

低压电极8通过上绝缘板5固定设置在上支撑板3上，保护屏蔽机构设置在低压电极8与上绝缘板5之间。保护屏蔽机构用于将外来寄生电压产生的杂散电流分流到测量电路之外，即用于屏蔽从周围空间传来的电流，线路中的电流只允许是高压电极从被测物内通过的，因此可以大大减少误差概率。保护屏蔽机构的具体结构如图4所示，包括保护电极6和绝缘电极7，保护电极6环低压电极8周侧设置，绝缘电极7设置在保护电极6与低压电极8之间。本实施例中的保护电极6为铝环，绝缘电极7为聚四氟乙烯绝缘环。

为方便装配，本实施例中的上支撑板3、上绝缘板5、保护电极6、绝缘电极7低压电极8水平段、高压电极11水平段、下绝缘板13以及下支撑板14都采用圆饼状结构。

基于上述三电极测量装置的用于测量固体绝缘材料体积电阻率的方法，具体包括以下步骤：

A.连接测量电路：测量电路连接如图6所示，将被测物体10夹紧在三电极测量装置的低压电极8和高压电极11之间，高压电极连接高压直流电源正极，低压电极经标准电阻R₀连接高压直流电源负极，三电极测量装置的保护电极6接地；在高压直流电源的两端以及标准电阻的两端分别并联一电压表，测量高压直流电源的输出电压U₁和标准电阻两端的电压U₂。

B.测量短路电流：通过外接线短路三电极测量装置的低压电极8和高压电极11，逐步增加电流直到短路电流达到恒定值，记录短路电流I₀的值和方向。短路电流I₀通过标准电阻两端电压U₂和标准电阻R₀计算获得，也可在低压电极和地线之间串联一电流表，通过读取获得。

逐步增加电流前，需要对三电极测量装置的灵敏度进行调节，调节过程中，同时观察短路电流的变化，直到短路电流达到恒定值，此值应小于电化电流的稳定值，或者小于电化100min的电流。由于短路电流有可能改变方向，因此即使短路电流为零，也要维持短路状态到需要的时间；当短路电流I₀变得基本恒定时，记下短路电流I₀的值和方向。

C.测量电化电流：拆除短接线，向被测物体施加标称直流电压U_x并开始计时，在不同电化时间内分别做一次测量，记录每次测量的电化电流I_s。本步骤中标称直流电压U_x一般取100V\500V\1000V，不同电化时间为1min、2min、5min、10min、50min、100min。

D.计算被测物体体积电阻率：当连续两次测量的电化电流I_s相同时，利用该电化电流I_s、短路电流I₀、直流电压U_x、三电极测量装置低压电极与被测物体接触的有效面积A以及被测物体的平均厚度h计算被测物体的体积电阻率。

本步骤D通过下式计算体积电阻率ρ_v：

${\mathrm{\&rho;}}_v=\frac{U_{x}A}{(I_s\&PlusMinus;I_0)h}$

式中，U_x为标称直流电压，A为低压电极与被测物体接触的有效面积，I_s为电化电流，I₀为短路电流，h为被测物体的平均厚度。

Claims (10)

1.一种固体绝缘材料体积电阻率的测量方法，其特征在于，该测量方法基于三电极测量装置完成，具体包括以下步骤：

A.连接测量电路：将被测物体夹紧在三电极测量装置的低压电极和高压电极之间，高压电极连接高压直流电源正极，低压电极经标准电阻连接高压直流电源负极，三电极测量装置的保护电极接地；在高压直流电源的两端以及标准电阻的两端分别并联一电压表；

B.测量短路电流：通过外接线短路三电极测量装置的低压电极和高压电极，逐步增加电流直到短路电流达到恒定值，记录短路电流I₀的值和方向；

C.测量电化电流：拆除短接线，向被测物体施加标称直流电压U_x并开始计时，在不同电化时间内分别做一次测量，记录每次测量的电化电流I_s；

D.计算被测物体体积电阻率：当连续两次测量的电化电流I_s相同时，利用该电化电流I_s、短路电流I₀、直流电压U_x、三电极测量装置低压电极与被测物体接触的有效面积A以及被测物体的平均厚度h计算被测物体的体积电阻率。

2.根据权利要求1所述的一种固体绝缘材料体积电阻率的测量方法，其特征在于，步骤C所述的不同电化时间为1min、2min、5min、10min、50min和100min。

3.根据权利要求1所述的一种固体绝缘材料体积电阻率的测量方法，其特征在于，步骤D通过下式计算体积电阻率ρ_v：

${\mathrm{\&rho;}}_v=\frac{U_{x}A}{(I_s\&PlusMinus;I_0)h}$

式中，U_x为标称直流电压，A为低压电极与被测物体接触的有效面积，I_s为电化电流，I₀为短路电流，h为被测物体的平均厚度。

4.根据权利要求1至3任一项所述的一种固体绝缘材料体积电阻率的测量方法，其特征在于，所述三电极测量装置包括低压电极(8)、高压电极(11)、高度调节机构以及设置有保护电极(6)的保护屏蔽机构，所述低压电极(8)、高压电极(11)和保护屏蔽机构设置在高度调节机构中，其中低压电极和高压电极上下相对设置，保护屏蔽机构设置在低压电极周侧。

5.根据权利要求4所述的一种固体绝缘材料体积电阻率的测量方法，其特征在于，所述高度调节机构包括平行设置的上支撑板(3)和下支撑板(14)，上支撑板和下支撑板之间通过垂直于支撑板的至少三根丝杆(9)连接，丝杆与支撑板之间通过螺母(4)调节上支撑板和下支撑板之间的距离并定位；所述丝杆匀布在上支撑板和下支撑板之间。

6.根据权利要求5所述的一种固体绝缘材料体积电阻率的测量方法，其特征在于，所述高压电极(11)的纵截面为T型结构，高压电极的竖直段底端垂直穿过并伸出下支撑板(14)中心。

7.根据权利要求6所述的一种固体绝缘材料体积电阻率的测量方法，其特征在于，所述高压电极(11)与下支撑板(14)之间设置有用于将被测物体压紧在高压电极(11)和低压电极(8)之间的压紧机构；所述压紧机构包括平行于高压电极的下绝缘板(13)，下绝缘板(13)与下支撑板(14)之间设置有用于将下绝缘板顶紧在高压电极下端面的弹簧(12)。

8.根据权利要求5所述的一种固体绝缘材料体积电阻率的测量方法，其特征在于，所述低压电极(8)通过上绝缘板(5)固定设置在上支撑板(3)上，保护屏蔽机构设置在低压电极(8)与上绝缘板(5)之间；保护屏蔽机构包括环低压电极(8)周侧设置的保护电极(6)和设置在保护电极(6)与低压电极(8)之间的绝缘电极(7)。

9.根据权利要求8所述的一种固体绝缘材料体积电阻率的测量方法，其特征在于，所述低压电极(8)的纵截面为T型结构，低压电极(8)的竖直段顶端垂直穿过并伸出上支撑板(3)中心。

10.根据权利要求9所述的一种固体绝缘材料体积电阻率的测量方法，其特征在于，所述上支撑板(3)上方设置有用于保护低压电极竖直段的保护帽(1)，保护帽(1)的侧壁上设置有BNC接口(2)。