CN109239434B - 表面电位在线监测的测量装置 - Google Patents

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Abstract

一种表面电位在线监测的测量装置，包括：设置于恒温恒湿的测试腔内的信号激励部分和待测试样以及设置于该真空腔外的信号采集部分；该信号激励部分包括：地电极、针电极和高压源，其中：地电极设置于待测试样上表面并与之紧密接触，针电极通过第一绝缘支架设置于待测试样的下表面，高压源输出直流高压；信号采集部分包括：三维移动平台、第一采集卡、探针、静电电压表、第二采集卡和检测模块。本发明涉及电介质表面电位在线测量，在可控环境下的表面电位三维在线测量，能够实现向针电极施加高压以及探针测量同步进行，弥补了传统静电探针法离线测量的缺陷，为今后电介质介电性能测试评估提供了支撑。

Description

表面电位在线监测的测量装置
技术领域
本发明涉及的是一种电位测量领域的技术，具体是一种表面电位在线监测的测量装置。
背景技术
对于高压直流电气绝缘设备来说，设备中绝缘子表面电荷的积聚和消散是高压直流气体绝缘设备的研究热点问题。在直流高压作用下，绝缘子表面电荷积聚是由固体、气体本身的电学性质及电场条件决定的。目前对绝缘子表面电位主要的测量手段有光电测量法和静电探头法，光电测量法是一种在线测量法，通过CCD采集的光强反演表面电位，其操作复杂且受可见光影响较大，需要降噪处理才能得到电位分布，且不具有统一的参考基准。静电探头法由于测量精度较高，现有测量装置多采用带振荡卡尔文探针的静电电压表测量，但该技术的缺陷在于针尖电压的施加与静电电压表探头的测量会存在空间上的干涉导致无法实现在线测量，只能实现施加电压之后的表面电位衰减测量，是一种离线测量方案。
表面电荷的消散在外部电压撤去的瞬间较为迅速，原有的离线测量过程中静电电压表探针和高压电极的转换需要一定时间，不能及时捕捉外部电压撤去瞬间的表面电位变化，而此时的电位变化恰恰又是表面电荷消散最为迅速的时刻，但现有技术并无基于静电探针的在线测量方法。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种表面电位在线监测的测量装置，能实现表面电位在线监测，可为电介质材料的介电性能测试评估提供支撑。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种用于表面电位在线监测的测量装置，包括：设置于测试腔内的信号激励部分和待测试样以及设置于测试腔外的信号采集部分。
所述的信号激励部分包括：地电极、针电极和高压源，其中：地电极设置于待测试样上表面并与之紧密接触，针电极通过第一绝缘支架设置于待测试样的下表面，高压源输出直流高压。
所述的针电极与待测试样的下表面保持在0～40mm范围内上下调节。
所述的针电极通过设置于恒温恒湿真空腔外的高压源经高压引线获得0～±20kV高压。
所述的地电极为环形结构，其厚度为1mm、内环半径20mm、外环半径40mm。
所述的测试腔内部为真空，通过PID调节恒温恒湿的测试环境，该真空腔包括：腔体、控制器以及分别与之相连的加热器、热电偶、加湿器、湿度传感器和气泵，其中：基于PID的控制器控制腔体温度、湿度和气压达到稳定。
所述的待测试样为薄片，厚度在3mm以下。
所述的信号采集部分包括：三维移动平台、第一采集卡、探针、静电电压表、第二采集卡和检测模块，其中：第一采集卡和第二采集卡分别与检测模块的输入端相连，三维移动平台与第一采集卡连接以传输采集开始和结束的触发信号，探针、静电电压表和第二采集卡依次相连以传输待测试样的表面电位。
所述的三维移动平台通过预设程序控制探针移动路径实现对待测试样表面的电位测量，并提供开始和结束的触发信号，该三维移动平台包括：步进电机和与之相连的移动支架。
技术效果
与现有技术相比，本发明涉及电介质表面电位在线测量，在可控环境下的表面电位三维在线测量，能够实现向针电极施加高压以及探针测量同步进行，弥补了传统静电探针法离线测量的缺陷，为今后电介质介电性能测试评估提供了支撑。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为待测试样的上下表面的仿真电位图；
图3为电极和待测试样的剖视图；
图4为电极和待测试样的俯视图；
图中：信号激励部分A、信号采集部分B、检测模块1、第一采集卡2、三维移动平台3、静电电压表4、第二采集卡5、真空腔6、第一绝缘支架7、探针8、地电极9、针电极10、待测试样11、第二绝缘支架12、高压源13。
具体实施方式
如图1所示，本实施例包括：设置于恒温恒湿真空腔6内的信号激励部分A和待测试样11，以及设置于该真空腔6外的信号采集部分B。
所述的信号激励部分A包括：地电极9、针电极10和高压源13，其中：地电极9设置于待测试样11上表面并与之紧密接触，针电极10通过第二绝缘支架12与待测试样11的下表面保持在0～40mm内上下调节。
所述的针电极10通过设置于真空腔6外的高压源经高压引线获得5000V高电压。
如图3和图4所示，所述的地电极9厚度为1mm，内环半径20mm，外环半径40mm。
所述的恒温恒湿真空腔6通过PID调节，该真空腔包括：腔体、控制器、加热器、热电偶、加湿器、湿度传感器和气泵，其中：控制器采用PID调节，控制腔体温度和湿度达到稳定；加热器对腔体进行加热；热电偶测量腔体内部温度；加湿器对腔体进行加湿；湿度传感器测量腔体湿度；气泵对腔体进行抽气，保证腔体真空度。
所述的待测试样11为圆薄片，厚度为100μm，半径为40mm。
所述的信号采集部分B包括：三维移动平台3、第一采集卡2、探针8、静电电压表4、第二采集卡5和检测模块1，其中：第一采集卡2和第二采集卡5分别与检测模块1的输入端相连，三维移动平台3与第一采集卡2连接以传输采集的开始和结束的触发信号，探针8、静电电压表4和第二采集卡5依次相连以传输待测试样11的表面电位。
所述的三维移动平台3，通过预置程序以控制探针8移动路径实现对待测试样11表面的电位测量，并提供开始和结束的触发信号，该三维移动平台包括：步进电机和与之相连的移动支架。
所述的静电电压表4的探针8通过第一绝缘支架7与三维移动平台3相连并保持与待测试样11的上表面相距3mm，探针8采集的表面电位通过第二采集卡5输入到检测模块1。
所述的绝缘支架7和12采用聚四氟乙烯制成。
上述装置通过以下方式进行工作：高压源13通过高压引线向针电极10施加电压，三维移动平台3通过编写好的移动路径程序带动探针8，实现探针8的三维移动，三维移动平台3将采集开始的触发信号通过第一采集卡2传输到检测模块1，决定信号采集的开始，同时探针8对待测试样11进行表面扫描，观察表面电位的上升过程，并将针尖电压撤去，对表面电位进行扫描，观察表面电位衰减过程，三维移动平台3将采集结束的触发信号通过第一采集卡2传输到检测模块1，决定信号采集的结束。探针8测量待测试样11的电压值实时输入到静电电压表4中，静电电压表4在恒温恒压真空腔6外，该静电电压表4通过第二采集卡5将数据传输到检测模块1，对测量数据进行后续处理，如图2所示，仿真结果证明可以由上表面电位的变化情况对下表面电位的变化情况进行研究，从而根据上表面电位变化分析下表面电荷在针尖电晕放电情况下的积聚和电压撤去后的消散情况。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (5)

1.一种表面电位在线监测的测量装置，其特征在于，包括：设置于恒温恒湿的真空腔内的信号激励部分和待测试样以及设置于该真空腔外的信号采集部分；
所述的信号激励部分包括：地电极、针电极和高压源，其中：环形结构的地电极设置于待测试样上表面并与之紧密接触，针电极通过第二绝缘支架设置于待测试样的下表面，高压源输出直流高压；
所述的信号采集部分包括：三维移动平台、第一采集卡、探针、静电电压表、第二采集卡和检测模块，其中：第一采集卡和第二采集卡分别与检测模块的输入端相连，三维移动平台与第一采集卡连接以传输采集开始和结束的触发信号，探针、静电电压表和第二采集卡依次相连以传输待测试样的表面电位；
所述的针电极与待测试样的下表面保持在0～40mm范围内上下调节；
所述的高压源通过高压引线向针电极施加电压，三维移动平台通过编写好的移动路径程序带动探针，实现探针的三维移动，三维移动平台将采集开始的触发信号通过第一采集卡传输到检测模块，决定信号采集的开始，同时探针对待测试样进行表面扫描，观察表面电位的上升过程，并将针尖电压撤去，对表面电位进行扫描，观察表面电位衰减过程，三维移动平台将采集结束的触发信号通过第一采集卡传输到检测模块，决定信号采集的结束，探针测量待测试样的电压值实时输入到静电电压表中，静电电压表在恒温恒压真空腔外，该静电电压表通过第二采集卡将数据传输到检测模块，对测量数据进行后续处理。
2.根据权利要求1所述的表面电位在线监测的测量装置，其特征是，所述的地电极为环形结构，其厚度为1mm、内环半径20mm、外环半径40mm。
3.根据权利要求1所述的表面电位在线监测的测量装置，其特征是，所述的真空腔内部为真空，通过PID调节恒温恒湿的测试环境，该真空腔包括：腔体、控制器以及分别与之相连的加热器、热电偶、加湿器、湿度传感器和气泵，其中：基于PID的控制器控制腔体温度、湿度和气压达到稳定。
4.根据权利要求1所述的表面电位在线监测的测量装置，其特征是，所述的三维移动平台通过预设程序控制探针移动路径实现对待测试样表面的电位测量，并提供开始和结束的触发信号，该三维移动平台包括：步进电机和与之相连的移动支架。
5.根据权利要求1所述的表面电位在线监测的测量装置，其特征是，所述的探针通过第一绝缘支架与三维移动平台相连并保持与待测试样的上表面相距3mm，将采集的表面电位输入到静电电压表，并通过第二采集卡传输到检测模块。
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