CN110333411A - 一种基于电极位移量的高压电容电压系数测量装置及方法 - Google Patents

一种基于电极位移量的高压电容电压系数测量装置及方法 Download PDF

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CN110333411A CN201910649866.8A CN201910649866A CN110333411A CN 110333411 A CN110333411 A CN 110333411A CN 201910649866 A CN201910649866 A CN 201910649866A CN 110333411 A CN110333411 A CN 110333411A
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Abstract

本发明提供了电容电压系数测量领域的一种基于电极位移量的高压电容低压电极微位移测量装置，包括一电容电桥、一高压电源、一倾斜旋转平台以及一CCD高压标准电容器；所述倾斜旋转平台包括一底架、一倾斜托架、一托架支撑、一旋转组件、复数个螺栓、一第一电机、一第二电机以及一控制柜；CCD高压标准电容器安装于倾斜旋转平台上，通过倾斜旋转平台进行倾斜以及旋转；本发明还提供了四种基于高压电容电极微位移测量的电容电压系数测量方法。本发明的优点在于：提供了一套高压标准电容器电压系数绝对测量的标准装置及测量方法，测量实验步骤简洁、直观，大大降低了高压标准电容器电压系数绝对测量的实验要求，提高了实验的可操作性。

Description

一种基于电极位移量的高压电容电压系数测量装置及方法
技术领域
本发明涉及电容电压系数测量领域，特别指一种基于电极位移量的高压电容电压系数测量装置及方法。
背景技术
压缩气体高压电容器以其体积小、损耗小、结构简单、电压系数小，较电压互感器更容易做到更高的电压等级。伴随着电网电压等级的提高，压缩气体高压电容器逐步改进，在1928年Schering和Vieweg提出的同轴圆柱电极结构电容器成为主流的高压标准电容器。
由于受金属电极线膨胀系数、结构的非弹性变形等影响，同轴圆柱电极结构压缩气体高压电容器作为计量标准，特别是准确度高于0.03％时，需要考虑环境温度、运输等因素的影响，通常的做法是在低压下校准、高压下使用。因此电压系数是保证电容器准确度的一个重要属性，其定义为：任一电压下的电容量与零电压下的电容量之差与零电压下的电容量之比。
悬臂梁同轴圆柱电极结构电容器的低压电极只有一端是固定的，生产同轴圆柱电极结构电容器时并不能保证低压电极与电容器处于完全同轴。由于非完全同轴，低压电极在电场力的作用下会产生位移，进而使得同轴圆柱电极结构电容器的容量发生改变，且容量改变的量与所受的电场力大小有关，即与电容施加的电压有关，即产生电容量的电压系数。但是高压标准电容器属于高压精密电容器，电压系数一般为10-5量级，甚至更好，难以对其进行准确的测量。
PTB的H.-G.Latzel在《Voltage-induced capacitance variation in high-voltage compressed gas capacitor due to electode flecibility》专著中，综述了已有的研究成果，并以参数计算为理论基础，结合直接比较法，推导出了一种在高压下实际测量高压电容器电压系数的方法，即倾斜测量法。(这里不再对倾斜测量法进行详细的推导与阐述，可参考文献:[1]H.-G.Latzel and D.Kind.Kenetic method for evaluating thevoltage dependance of compressed gas capacitors[J].Proc.6th Int.Symposium onHigh Voltage Engineering,New Orleans,1989.47:06.[2]Hans-Georg Latzel.Voltage-induced capacitance variation in high-voltage compressed gas capacitors dueto electrode flexibility. PTB-E-40,Braunschweig,Aug.1990.[3]王乐仁.电容式工频高压比例标准器的原理与应用(一)[J].高电压技术，2002，28(4):23-25.[4]张煌辉,张钟华, 邵海明,等.压缩气体高压电容器电压系数测量方法[J].仪器仪表学报,2015, 36(3):530-536.)
基于倾斜法测量高压标准电容器电压系数的方法是一种绝对测量方法，即通过倾斜测量法得到电容电压系数在讨论的准确度等级上与参考电容的电压系数无关，为同轴圆柱结构高压标准电容电压系数的校准提供了一种可靠的方案。但是，关于倾斜法实验条件较为复杂，普通高压实验室较难通过该方法实现高压标准电容器电压系数的测量。即使是在有倾斜旋转平台的基础上，因测量“噪音”的存在(测量“噪音”是指测量系统本身的重复性、环境条件对电容的影响等)，通过倾斜法实验测量高压标容的电压系数依旧比较困难。本发明在原悬臂梁结构高压标容上，安装了一套基于CCD图像识别的二维微位移测量系统(二维微位移测量系统参见申请号为 CN201811423996.1的中国发明专利：基于图像识别的二维微位移测量系统及检测方法)，并相应地提供了四种基于高压电容电极微位移量测量的电容电压系数测量方法，直观的测量被测标容低压电极在重力或电场力下产生的位移量，大大降低了该结构高压标容电压系数测量的难度，简化了实验步骤，使得悬臂梁结构高压标容的电压系数有望在普通高压实验室更容易实现准确测量。
发明内容
本发明要解决的技术问题之一，在于提供一种基于电极位移量的高压电容电压系数测量装置，实现简化高压标准电容器电压系数的测量过程，提升高压标准电容器电压系数的测量精度。
本发明是这样实现技术问题之一的：一种基于电极位移量的高压电容电压系数测量装置，包括一电容电桥、一高压电源、一倾斜旋转平台以及一 CCD高压标准电容器；所述倾斜旋转平台包括一底架、一倾斜托架、一托架支撑、一旋转组件、复数个螺栓、一第一电机、一第二电机以及一控制柜；
所述托架支撑以及第一电机固设于底架上端；所述倾斜托架分别与托架支撑以及第一电机的输出端旋转连接，所述倾斜托架通过第一电机进行倾斜；所述倾斜托架的中部设有一通孔；所述旋转组件设于倾斜托架的中部；所述第二电机设于所述倾斜托架的下方；所述旋转组件与第二电机的输出端通过通孔进行啮合，所述CCD高压标准电容器通过螺栓固定于旋转组件上，所述第二电机驱动旋转组件转动进而带动CCD高压标准电容器进行旋转；所述第一电机与第二电机均分别与控制柜连接，通过所述控制柜控制第一电机与第二电机进行转动；所述CCD高压标准电容器的低压端与电容电桥连接，高压端与高压电源连接。
进一步地，所述CCD高压标准电容器包括一同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器、一基于CCD图像识别的二维微位移测量系统、一屏蔽罩以及一固定件；所述二维微位移测量系统通过固定件固定于同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器的上端；所述二维微位移测量系统设于屏蔽罩内。
本发明要解决的技术问题之二，在于提供一种基于电极位移量的高压电容电压系数几何与倾斜测量方法(几何解析法)，实现简化高压标准电容器电压系数的测量过程，提升高压标准电容器电压系数的测量精度。几何解析法，回避了介电常数、刚度系数等常量，但是仍然需要依赖于高压电极内径、低压电极外径这两个几何量。
本发明是这样实现技术问题之二的：一种基于电极位移量的高压电容电压系数测量方法，所述方法需使用上述的测试装置，所述方法包括如下步骤：
步骤S11、已知高压电极内径r1以及低压电极外径r2，令
步骤S12、通过所述高压电源对同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器施加电压U，并利用所述二维微位移测量系统测量同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器的低压电极在不同加载电压下的位移量为eS(U)；
通过所述倾斜旋转平台将同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器沿低压电极初始偏心方向倾斜θ°后，利用所述二维微位移测量系统测量同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器的低压电极在不同倾斜角度下的位移量为eN(θ)；
通过所述高压电源对同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器施加电压U，并通过所述倾斜旋转平台将同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器倾斜θ°后，利用所述二维微位移测量系统测量同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器的低压电极在当前倾斜角度下θ°，加不同高电压的位移量为 eS(U,θ)；
步骤S13、计算电压系数其中e0表示初始偏心量，且
进一步地，所述步骤S13的推导过程为：
(1)CE为初始偏心为e0的同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器的电容量，则：
令则
CE≈CC(1+e0 2b) 式(1-2)
其中CC为同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器的电容值；如式(1-2) 所示，电容值CE的增大与初始偏心e0的平方成正比；
(2)在同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器中，因为加在电极上的径向电场力相互抵消，所以电极的位置不会随所加电压的变化而改变；在初始偏心量为e0的同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器中，电场力分布不对称，电极偏心量就会随电压增加而增加；定义由电压引起的偏心量增量为eS(U)，则总偏心量e为：
e＝e0+eS(U) 式(1-4)
其中，eS(U)＝kF，F为偏心电极受到的电场力，k为电极弹性系数；由材料力学可得，对于长度为L的杆件，弹性模块为E，轴惯性矩为J，则弹性系数k＝L3/3EJ；偏心电极受到电场力的大小通过电场能量函数得到：
eS(U)＝U2CCe0bk式(1-6)
(3)以偏心e＝e0+eN(θ)代替初始偏心e0，定义由倾斜θ角度后，重力引起的偏心量增量为eN(θ)；由式(1-6)可得eS(U)/e0与U2成比，即：
eS(U，θ)＝U2CC(e0+eN(θ))bk＝U2CCebk 式(1-7)
因此，由式(1-6)和式(1-7)，同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器直立和倾斜状态处于相同的电压U下，eS/e可以看作常数，即
(4)综上可得式(1-10)(1-11)：
当U0＝0时，eS(U0)＝0，则：
本发明要解决的技术问题之三，在于提供一种基于电极位移量的高压电容电压系数倾斜加高压测量方法(CCD倾斜法)，实现简化高压标准电容器电压系数的测量过程，提升高压标准电容器电压系数的测量精度。CCD 倾斜法，回避了所有需要的已知量，仅通过实验的方法得到被测标容的电压系数，增加了方法的可行性。与几何解析法相比，增加了倾斜系数测量，即通过电容电桥，在不额外施加电压下，测量电容在沿低压电极初始偏心方向倾斜不同角度时，倾斜带来的容量变化。
本发明是这样实现技术问题之三的：一种基于电极位移量的高压电容电压系数测量方法，所述方法需使用上述的测试装置，所述方法包括如下步骤：
步骤S21、通过所述高压电源对同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器施加电压U，并利用所述二维微位移测量系统测量同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器的低压电极在不同加载电压下的位移量为eS(U)；
通过所述倾斜旋转平台将同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器沿低压电极初始偏心方向倾斜θ°后，利用所述二维微位移测量系统测量同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器的低压电极在不同倾斜角度下的位移量为eN(θ)；
通过所述高压电源对同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器施加电压U，并通过所述倾斜旋转平台将同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器倾斜θ°后，利用所述二维微位移测量系统测量同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器的低压电极在当前倾斜角度下θ°，加不同高电压的位移量为 eS(U,θ)；
步骤S22、通过所述电容电桥，测量同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器倾斜θ°后相对于直立状态的电容量变化其中C(θ) 表示同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器在沿初始偏心方向倾斜θ°的电容量，C(0)表示同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器直立状态的电容量(测量中，电容不需要通过高压源施加电压)；
步骤S23、计算电压系数其中e0表示初始偏心量，且
进一步地，所述步骤S23的推导过程为：
(1)CE为初始偏心为e0的同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器的电容量，则：
令则：
CE≈CC(1+e0 2b) 式(2-2)
其中CC为同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器的电容值。如式(2-2) 所示，电容值CE的增大与初始偏心e0的平方成正比；
(2)在同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器中，因为加在电极上的径向电场力相互抵消，所以电极的位置不会随所加电压的变化而改变；在初始偏心量为e0的同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器中，电场力分布不对称，电极偏心量就会随电压增加而增加；定义由电压引起的偏心量增量为eS(U)，则总的偏心量e为：
e(U)＝e0+eS(U) 式(2-4)
其中，eS(U)＝kF，F为偏心电极受到的电场力，k为电极弹性系数；由材料力学可得，对于长度为L的杆件，弹性模块为E，轴惯性矩为J，则弹性系数k＝L3/3EJ；偏心电极受到电场力的大小通过电场能量函数得到：
eS(U)＝U2CCe0bk 式(2-6)
电容器的电压系数近似为：
(3)按照式(2-7)计算电压系数时，还应考虑同轴电容与测量电容的比值CC/C，得：
(4)以偏心e＝e0+eN(θ)代替初始偏心e0，定义由重力引起的偏心量增量为eN(θ)，由式(2-7)可得eS(U)/e0与U2成比，即：
倾斜θ°时：eS(U,θ)＝U2CC(e0+eN(θ))bk＝U2CCebk 式(2-9)
同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器直立和倾斜状态处于相同的电压U下，eS/e可以看作常数，即
同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器在倾斜角θ°情况下的电容电压系数β(U,θ)参照式(2-7)推出：
(5)根据同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器电容量的理论表达式推导，在式(2-6)中，以倾斜θ角引起的附加偏移量eN(θ)代替eS(U)，得出同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器倾斜系数与偏心位移的关系表达式：
(6)综上，由式(2-8)(2-10)(2-12)可得方程组(2-13)；
本发明要解决的技术问题之四，在于提供一种基于电极位移量的高压电容电压系数倾斜不加高压测量方法(改进的倾斜法)，实现简化高压标准电容器电压系数的测量过程，提升高压标准电容器电压系数的测量精度。改进的倾斜法，避免了在标容倾斜状态下加高压这一实验步骤，从很大程度上，降低了对实验平台的要求，降低了实验条件，提高了实验方法的可操作性。
本发明是这样实现技术问题之四的：一种基于电极位移量的高压电容电压系数测量方法，所述方法需使用上述的测试装置，所述方法包括如下步骤：
步骤S31、通过所述高压电源对同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器施加电压U，并利用所述二维微位移测量系统测量同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器的低压电极在不同高电压下的位移量为eS(U)；
通过所述倾斜旋转平台将同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器倾斜θ°后，利用所述二维微位移测量系统测量同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器沿低压电极初始偏心方向的低压电极的位移量为eN(θ)；
步骤S32、通过所述电容电桥，测量同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器沿低压电极初始偏心方向倾斜θ°后相对于直立状态的电容量变化其中C(θ)表示同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器倾斜θ°的电容量，C(0)表示同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器直立状态的电容量；
步骤S33、计算电压系数其中e0表示初始偏心量，且
进一步地，所述步骤S33的推导过程为：
(1)CE为初始偏心为e0的同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器的电容量，则：
令则：
CE≈CC(1+e0 2b) 式(3-2)
其中CC为同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器的电容值；如式(3-2) 所示，电容值CE的增大与初始偏心e0的平方成正比；
(2)在同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器中，因为加在电极上的径向电场力相互抵消，所以电极的位置不会随所加电压的变化而改变；在初始偏心量为e0的同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器中，电场力分布不对称，电极偏心量就会随电压增加而增加；定义由电压引起的偏心量增量为eS(U)，则总的偏心量e为：
e(U)＝e0+eS(U) 式(3-4)
其中，eS(U)＝kF，F为偏心电极受到的电场力，k为电极弹性系数；由材料力学可得，对于长度为L的杆件，弹性模块为E，轴惯性矩为J，则弹性系数k＝L3/3EJ；偏心电极受到电场力的大小通过电场能量函数得到：
eS(U)＝U2CCe0bk 式(3-6)
同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器的电压系数近似为：
(3)按照式(3-7)计算电压系数时，还应考虑同轴电容与测量电容的比值CC/C，得：
(4)以倾斜θ角引起的附加偏移量eN(θ)代替eS(U)，得出同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器倾斜系数与偏心位移的关系表达式：
(5)由低压电极的弹性理论模型可知，F水平力(垂直低压电极轴线方向) 作用于其顶部时，造成的位移eF与F水平力具有线性关系。由此类比，电容器倾斜θ°后，重力作用于垂直低压电极轴线方向的分力为mgsinθ，其造成的位移eN(θ)与mgsinθ也具有线性关系，即位移eN(θ)与sinθ具有线性关系；因此；因此，式(3-9)可以用一个sinθ的二次多项式来表示：
β(θ)＝a0+a1sinθ+a2sin2θ 式(3-10)
从式(3-9)以及式(3-10)可以推出推导过程如下：
所以可得到a0＝0；又因为，
对比两式可得：
(6)综上，由式(3-8)、式(3-9)以及式(3-12)可得方程组(3-13)；
本发明要解决的技术问题之五，在于提供一种基于电极位移量的高压电容电压系数测量方法(位移-容量变化法)。在实验讨论的高压标准电容，认为低压电极在垂直于纵轴方向的位移，是引起电压系数的唯一原因。电容电压系数产生是由于低压电极受到电场力作用后，发生的位移引起的，且受到的作用力引起位移量以及由此引起的电容量变化量存在一定的函数关系，即低压电极在沿某一固定方向发生相同的位移时，带来的容量变化是固定的，这个容量变化量只与位移量(包括大小和方向)有关，而与引起位移的是重力还是电场力无关。“位移-容量变化法”基于位移量与容量的变化关系，直接通过位移计算对应的容量变化，简化了高压标准电容器电压系数的测量过程，大大降低了测量实验时间，有效减小了因测量过程中环境变化带来的影响。
本发明是这样实现技术问题之五的：一种基于电极位移量的高压电容电压系数测量方法，所述方法需使用上述的测试装置，所述方法包括如下步骤：
步骤S41、通过所述倾斜旋转平台将同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器沿低压电极初始偏心方向倾斜θ°后，利用所述二维微位移测量系统测量同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器的低压电极在不同倾斜角度下的位移量为eN(θ)；
步骤S42、通过所述电容电桥，测量同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器倾斜θ°后相对于直立状态的电容量变化其中C(θ) 表示同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器倾斜θ°的电容量，C(0)表示同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器直立状态的电容量；
步骤S43、通过二次多项式拟合得到拟合曲线以及拟合曲线的表达式，曲线拟合时设置截距为0，得到β(θ)与eN(θ)拟合曲线的表达式；
步骤S44、通过所述高压电源对同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器施加电压U，并利用所述二维微位移测量系统测量同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器的低压电极在不同电压下的位移量为eS(U)；依据所述步骤S43中的拟合曲线的表达式以及测量得到的eS(U)计算电压系数β(U)。
进一步地，所述步骤S44的推导过程为：
(1)CE为初始偏心为e0的偏心圆柱电容器的电容量，则：
令则：
CE≈CC(1+e0 2b) 式(4-2)
其中CC为同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器的电容值；如式(4-2) 所示，电容值CE的增大与初始偏心e0的平方成正比；
(2)在同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器中，因为加在电极上的径向电场力相互抵消，所以电极的位置不会随所加电压的变化而改变；在初始偏心量为e0的同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器中，电场力分布不对称，电极偏心量就会随电压增加而增加；定义由电压引起的偏心量增量为eS(U)，则总偏心量e为：
e(U)＝e0+eS(U) 式(4-4)
其中，eS(U)＝kF，F为偏心电极受到的电场力，k为电极弹性系数；由材料力学可得，对于长度为L的杆件，弹性模块为E，轴惯性矩为J，则弹性系数k＝L3/3EJ；偏心电极受到电场力的大小通过电场能量函数得到：
eS(U)＝U2CCe0bk 式(4-6)
同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器的电压系数近似为：
(3)当按照式(4-8)计算电压系数时，还应考虑同轴电容与测量电容的比值CC/C，可得：
(4)根据同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器电容量的理论表达式推导，在式(4-8)中，以倾斜θ°引起的附加偏移量eN(θ)代替eS(U)，可以得出同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器倾斜系数与偏心位移的关系表达式：
(5)由低压电极的弹性理论模型可知，F水平力(垂直低压电极轴线方向) 作用于其顶部时，造成的位移eF与F水平力具有线性关系。由此类比，电容器倾斜θ°后，重力作用于垂直低压电极轴线方向的分力为mgsinθ，其造成的位移eN(θ)与mgsinθ也具有线性关系，即位移eN(θ)与sinθ具有线性关系；因此，式(4-9)可以用一个sinθ的二次多项式来表示：
β(θ)＝a0+a1sinθ+a2sin2θ (4-10)
在实验讨论的高压标准电容，认为低压电极在垂直于纵轴方向的位移，是引起电压系数的唯一原因。电容电压系数产生是由于低压电极受到电场力作用后，发生的位移引起的，且受到的作用力引起位移量以及由此引起的电容量变化量存在一定的函数关系，即低压电极在沿某一固定方向发生相同的位移时，带来的容量变化是固定的，这个容量变化量只与位移量(包括大小和方向)有关，而与引起位移的是重力还是电场力无关。
因此，认为式(4-8)、式(4-9)以及式(4-10)描述的为同一条曲线，即描述了电容变化量与电极位移的关系；得到β(θ)与eN(θ)的关系曲线，进而实现测量eS(U)，并计算eS(U)带来的容量变化。
本发明的优点在于：通过所述二维微位移测量系统测量同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器的低压电极的位移量，通过所述倾斜旋转平台实现同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器沿轴向旋转以及进行倾斜，通过所述的四种电压系数测量方法，可实现根据不同的已知条件、不同的实验条件，对被测高压标准电容器电压系数绝对测量，如实现了在一些参数不方便获得的情况下，也可以对电压系数进行准确的测量，简化了高压标准电容器电压系数的测量过程，降低了高压标准电容器电压系数绝对测量的实验要求，提高了可行性。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1是本发明一种基于电极位移量的高压电容电压系数测量装置的结构示意图。
图2是本发明倾斜旋转平台的结构示意图。
图3是本发明倾斜旋转平台的正视图。
图4是本发明倾斜托架的结构示意图。
图5是本发明控制柜的电路原理框图。
图6是本发明CCD高压标准电容器倾斜θ°时，位移eN(θ)与旋转角度的关系曲线。
图7是本发明CCD高压标准电容器倾斜角度从-5°至11°，得到容量相对变化与倾斜角度的拟合曲线。
图8是本发明β(θ)与eN(θ)的拟合曲线。
标记说明：
100-一种基于电极位移量的高压电容电压系数测量装置，1-倾斜旋转平台，2-电容电桥，3-CCD高压标准电容器，31-同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器，32-二维微位移测量系统，4-高压电源，11-底架，12-倾斜托架，13-托架支撑，14-旋转组件，15-第一电机，16-第二电机，17-控制柜， 111-支撑件，121-通孔，122-延伸部，141-环形屏蔽圈，142-角度环,171-处理器,172-第一显示屏,173-第二显示屏，174-第一蓝牙模块，175-遥控器，176- 控制面板，1751-第二蓝牙模块。
具体实施方式
请参照图1至图8所示，本发明为一种基于电极位移量的高压电容电压系数测量装置100的较佳实施例，包括一电容电桥2、一高压电源4、一倾斜旋转平台1以及一CCD高压标准电容器3；所述倾斜旋转平台1包括一底架11、一倾斜托架12、一托架支撑13、一旋转组件14、复数个螺栓(未图示)、一第一电机15、一第二电机16以及一控制柜17；通过设置所述倾斜托架12、托架支撑13、旋转组件14、螺栓、第一电机15以及第二电机 16，实现CCD高压标准电容器3沿轴向旋转以及进行倾斜，进而实现利用所述四种方法对CCD高压标准电容器3的电压系数进行测量。所述电容电桥2的型号为AH2700。所述同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器31 为Schering和Vieweg提出的同轴圆柱电极结构电容器。所述电容电桥2可测量出CCD高压标准电容器3的电容量。
所述托架支撑13以及第一电机15固设于底架11上端；所述倾斜托架 12分别与托架支撑13以及第一电机15的输出端旋转连接，所述倾斜托架 12通过第一电机15进行倾斜；所述倾斜托架12的中部设有一通孔121；所述旋转组件14设于倾斜托架12的中部；所述第二电机16设于所述倾斜托架12的下方；所述旋转组件14与第二电机16的输出端通过通孔121进行啮合，所述同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器31通过螺栓固定于旋转组件14上，所述第二电机16驱动旋转组件14转动进而带动CCD高压标准电容器3进行旋转；所述第一电机15与第二电机16均分别与控制柜17 连接，通过所述控制柜17控制第一电机15与第二电机16进行转动；所述 CCD高压标准电容器3高压端与高压电源4连接。
所述CCD高压标准电容器3包括一同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器31、一基于CCD图像识别的二维微位移测量系统(CCD)32、一屏蔽罩(未图示)以及一固定件(未图示)；所述二维微位移测量系统32通过固定件固定于同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器31的上端；所述二维微位移测量系统32设于屏蔽罩内。
所述倾斜旋转平台1各部件的结构如下：
所述旋转组件14包括一外齿圈(未图示)以及一内齿圈(未图示)；所述外齿圈分别与内齿圈以及第二电机16的输出端啮合，所述同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器31通过螺栓固定于内齿圈上。所述第二电机 16依次通过外齿圈以及内齿圈驱动同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器31沿轴向旋转。
所述内齿圈的中部设有一出线孔(未图示)，所述同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器31通过出线孔以及通孔121与电容电桥2连接。
所述出线孔121的下方设有一用于屏蔽干扰的环形屏蔽圈141，所述环形屏蔽圈141接地。通过设置所述环形屏蔽圈141并接地，屏蔽了干扰，提高了测试精度。
所述外齿圈的外围设有一用于测量旋转角度的角度环142，所述角度环 142固设于倾斜托架12上。通过设置所述角度环142，便于验证所述同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器31的旋转角度。
所述底架11的下方设有至少六个可调整高度的支撑件111。通过在所述底架11的下方设有至少六个可调整高度的支撑件111，用于调节所述底架11的水平度，降低了对实验场地地面水平程度的要求。
所述第一电机15为倾斜电机，且倾斜角度的范围为-45°至45°。通过设置所述第一电机15的倾斜角度的范围为-45°至45°，避免倾斜角度过大导致高压电源击穿电容与地面之间的空气，产生安全隐患。所述倾斜电机15用于控制所述倾斜托架12进行倾斜，在具体实施时，只要从现有技术中选择能实现此功能的倾斜电机即可，并不限于何种型号，这是本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可获得的。所述第二电机16为旋转电机，且旋转角度的范围为0°至360°。所述旋转电机16用于控制所述同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器31进行旋转，在具体实施时，只要从现有技术中选择能实现此功能的倾斜电机即可，并不限于何种型号，这是本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可获得的。
所述第一电机15以及第二电机16均为步进电机，通过测量步进电机旋转设定的角度时，所述同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器旋转或倾斜的角度，即可计算出所述第一电机15以及第二电机16旋转单位角度，所述同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器旋转或倾斜的角度，进而对所述同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器进行精确的旋转和倾斜。
所述倾斜托架12的两端向上各设有一三角形的延伸部122，所述倾斜托架12通过延伸部122分别与托架支撑13以及第一电机15的输出端旋转连接。通过将所述倾斜托架12的延伸部122设为三角形，在满足所述倾斜托架12的强度以及刚度的需求下节约了材料，减轻了所述倾斜托架12的重量，进而减轻了所述第一电机15的负载。
所述控制柜17包括一处理器171、一用于显示倾斜角度的第一显示屏 172、一用于显示旋转角度的第二显示屏173、一第一蓝牙模块174、一遥控器175以及一控制面板176；所述第一显示屏172、第二显示屏173、第一蓝牙模块174、遥控器175、控制面板176、第一电机15以及第二电机16 均分别与处理器171连接；所述遥控器175包括一第二蓝牙模块1751；所述遥控器175通过第一蓝牙模块174以及第二蓝牙模块1751与处理器171 进行通信；所述处理器171的型号为ARM的STM32。所述第一显示屏172 以及第二显示屏173分别用于显示待测电容的倾斜角度和旋转角度，在具体实施时，只要从现有技术中选择能实现此功能的显示屏即可，并不限于何种型号，这是本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可获得的。所述控制面板176用于控制所述第一电机15以及第二电机16的旋转角度，在具体实施时，只要从现有技术中选择能实现此功能的控制面板即可，并不限于何种型号，这是本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可获得的。所述遥控器 175上设有六个功能依次为开机、关机、第一电机15顺时针旋转、第一电机15逆时针旋转、第二电机16顺时针旋转、第二电机16逆时针旋转的按键(未图示)。
通过所述遥控器控制第一电机以及第二电机转动，可实现同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器在带电情况下旋转或倾斜，方便通过倾斜法测量电容电压系数的同时，保障了实验人员、设备安全，更重要的是缩短了测量时间，降低了测量“噪音”，为基于倾斜法测量同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器电压系数的实现提供了重要的支撑和保障。
所述处理器171的型号为ARM的STM32。
本发明一种基于电极位移量的高压电容电压系数几何与倾斜测量方法 (几何解析法)的较佳实施例包括如下步骤：
步骤S11、已知高压电极内径r1以及低压电极外径r2，令
步骤S12、通过所述高压电源对同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器施加电压U，并利用所述二维微位移测量系统测量同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器的低压电极在不同加载电压下的位移量为eS(U)；
通过所述倾斜旋转平台将同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器沿低压电极初始偏心方向倾斜θ°后，利用所述二维微位移测量系统测量同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器的低压电极在不同倾斜角度下的位移量为eN(θ)；
通过所述高压电源对同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器施加电压U，并通过所述倾斜旋转平台将同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器倾斜θ°后，利用所述二维微位移测量系统测量同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器的低压电极在当前倾斜角度下θ°，加不同高电压的位移量为 eS(U,θ)；
步骤S13、计算电压系数其中e0表示初始偏心量，且
几何与倾斜法规避了介电常数ε、刚度系数等常量，简化了电压系数β(U)的计算，但是仍然需要依赖于高压电极内径、低压电极外径这两个几何量。
本发明一种基于电极位移量的高压电容电压系数倾斜加高压测量方法(CCD倾斜法)的较佳实施例包括如下步骤：
步骤S21、通过所述高压电源对同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器施加电压U，并利用所述二维微位移测量系统测量同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器的低压电极在不同加载电压下的位移量为eS(U)；
通过所述倾斜旋转平台将同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器沿低压电极初始偏心方向倾斜θ°后，利用所述二维微位移测量系统测量同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器的低压电极在不同倾斜角度下的位移量为eN(θ)；
通过所述高压电源对同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器施加电压U，并通过所述倾斜旋转平台将同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器倾斜θ°后，利用所述二维微位移测量系统测量同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器的低压电极在当前倾斜角度下θ°，加不同高电压的位移量为 eS(U,θ)；
步骤S22、通过所述电容电桥，测量同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器倾斜θ°后相对于直立状态的电容量变化其中C(θ) 表示同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器在沿初始偏心方向倾斜θ°的电容量，C(0)表示同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器直立状态的电容量(测量中，电容不需要通过高压源施加电压)；
步骤S23、计算电压系数其中e0表示初始偏心量，且
CCD倾斜法CCD倾斜法，回避了所有需要的已知量，仅通过实验的方法得到被测标容的电压系数，增加了方法的可行性，仅需通过所述二维微位移测量系统测量低压电极的位移量，增加了倾斜系数测量，即可完成电压系数β(U)的计算。
本发明一种基于电极位移量的高压电容电压系数倾斜不加高压测量方法(改进的倾斜法)的较佳实施例包括如下步骤：
步骤S31、通过所述高压电源对同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器施加电压U，并利用所述二维微位移测量系统测量同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器的低压电极在不同高电压下的位移量为eS(U)；
通过所述倾斜旋转平台将同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器倾斜θ°后，利用所述二维微位移测量系统测量同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器沿低压电极初始偏心方向的低压电极的位移量为eN(θ)；
步骤S32、通过所述电容电桥，测量同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器沿低压电极初始偏心方向倾斜θ°后相对于直立状态的电容量变化其中C(θ)表示同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器倾斜θ°的电容量，C(0)表示同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器直立状态的电容量；
步骤S33、计算电压系数其中e0表示初始偏心量，且
改进的倾斜法，避免了在标容倾斜状态下加高压这一实验步骤，从很大程度上，降低了对实验平台的要求，降低了实验条件，提高了实验方法的可操作性。
本发明一种基于电极位移量的高压电容电压系数测量方法(位移-容量变化法)的较佳实施例包括如下步骤：
步骤S41、通过所述倾斜旋转平台将同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器沿低压电极初始偏心方向倾斜θ°后，利用所述二维微位移测量系统测量同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器的低压电极在不同倾斜角度下的位移量为eN(θ)；
步骤S42、通过所述电容电桥，测量同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器倾斜θ°后相对于直立状态的电容量变化其中C(θ) 表示同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器倾斜θ°的电容量，C(0)表示同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器直立状态的电容量；
步骤S43、通过二次多项式拟合得到拟合曲线以及拟合曲线的表达式，曲线拟合时设置截距为0，得到β(θ)与eN(θ)拟合曲线的表达式；
步骤S44、通过所述高压电源对同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器施加电压U，并利用所述二维微位移测量系统测量同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器的低压电极在不同电压下的位移量为eS(U)；依据所述步骤S43中的拟合曲线的表达式以及测量得到的eS(U)计算电压系数β(U)。
本发明所述的四种高压电容电压系数测量方法，并不局限于基于CCD 图像识别的二维微位移测量系统，通过别的方式测量同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器的低压电极的位移量，再利用本发明所述的四种高压电容电压系数测量方法测量电压系数，同样属于本发明的保护内容；例如利用激光干涉仪、激光测距等方式测量低压电极的相对位移量后，再利用本发明的方法测量电压系数，同样属于本发明保护的内容。
本发明一种基于电极位移量的高压电容电压系数测量方法实验验证如下：
在0～350kV电压下，通过基于CCD图像识别的二维微位移测量系统测量低压电极相对位移的方法，测量CCD高压标准电容器(CCD高压标准电容器安装于倾斜旋转平台上，额定电压400kV，50pF)的电压系数。
试验原始数据如下：
1.通过二维微位移测量系统测量CCD高压标准电容器低压电极的初始偏心方向：
在基于电极位移的实验中，CCD高压标准电容器需要沿着初始偏心方向倾斜，因此，需要测量出CCD高压标准电容器的初始偏心方向。实验数据如图6所示，为倾斜θ°时，位移eN(θ)与旋转角度的关系曲线，单位um：
2.CCD高压标准电容器在直立时加电压，通过二维微位移测量系统测量在不同电压U下对应的电极位移量eS(U)。实验数据如表1所示：
表1-电极位移量eS(U)
序号 电压(kV) e<sub>S</sub>(U)(um) 位移角度
1 20 0 0
2 100 7 258
3 200 20 262
4 300 39 266
5 350 52 267
3.CCD高压标准电容器倾斜θ°后，通过二维微位移测量系统测量在不同倾斜角度下对应的电极位移量eN(θ)。同时，通过电容电桥AH 2700，测量CCD高压标准电容器在倾斜过程中的容量变化。即CCD高压标准电容器在倾斜θ°后的电容量相对于直立下的电容量变化实验数据如表2所示：
表2-电极位移量eN(θ)
序号 倾斜角度θ e<sub>N</sub>(θ)(um) 位移角度(°) 电容量(pF) β(θ)
1 0.05 0 0 50.556288
2 1 88 243 50.557480 23.6
3 2 159 242 50.558473 43.2
4 5 389 242 50.561878 110.6
5 8 615 242 50.565491 182.0
6 10 764 242 50.568093 233.5
4.CCD高压标准电容器倾斜θ°后，通过二维微位移测量系统测量电容在电压U下对应的电极位移量eS(U，θ)。实验数据如表3所示：
表3-电极位移量eS(U，θ)
试验数据分析如下：
1.几何解析法
几何解析法计算CCD高压标准电容器的电压系数过程如下：
(1)根据计算公式计算e0。因此，不同的角度θ，可对应一组不同的e0。如，当θ＝1°，e0＝0.004576；θ＝2°，e0＝0.004143；θ＝5°， e0＝0.002890；θ＝8°，e0＝0.007995；θ＝10°，e0＝0.005675。
(2)根据公式计算CCD高压标准电容器在直立状态下的电压系数，如表4所示。其中，高压电极内径 r1＝0.300m、低压电极外径r2＝0.150m，
表4-CCD高压标准电容器直立下电压系数
电压(kV) β(U,θ＝1°) β(U,θ＝2°) β(U,θ＝5°) β(U,θ＝8°) β(U,θ＝10°) 均值
20 0 0 0 0 0 0
100 0.78 1.06 0.99 0.68 0.73 0.85
200 3.33 3.36 2.6 5.47 4.13 3.78
300 7.46 7.46 5.48 13.34 10.22 8.79
350 10.42 9.6 7.36 19.18 14.38 12.19
2.CCD倾斜法
CCD倾斜法计算CCD高压标准电容器的电压系数过程如下：
(1)同几何解析法一样，先根据公式计算e0，当θ＝1°，e0＝0.004576；θ＝2°，e0＝0.004143；θ＝5°，e0＝0.002890；θ＝8°，e0＝0.007995；θ＝10°，e0＝0.005675。
(2)根据公式计算CCD高压标准电容器在直立状态下的电压系数，如表5所示。
表5-CCD高压标准电容器直立下电压系数
电压(kV) β(U,θ＝1°) β(U,θ＝2°) β(U,θ＝5°) β(U,θ＝8°) β(U,θ＝10°) 均值
20 0 0 0 0 0 0
100 1.06 1.07 1.07 1.14 1.15 1.1
200 4.25 4.28 4.27 4.57 4.59 4.39
300 9.86 9.91 9.92 10.57 10.63 10.18
350 13.88 13.96 13.97 14.87 14.96 14.33
3.改进的倾斜法(不用在倾斜状态下加高压)
改进的倾斜法计算CCD高压标准电容器的电压系数过程如下：
(1)根据公式计算e0。
CCD高压标准电容器倾斜角度从-5°至11°，得到容量相对变化与倾斜角度正弦的拟合曲线如图7所示。
测量CCD高压标准电容器的倾斜系数，通过数据处理，可得到CCD 高压标准电容器在初始偏心方向上倾斜不同角度θ，重力引起的偏心量增量为eN与初始偏心e0的比值关系，从而计算得到e0，如表6所示：
表6-基于倾斜系数计算e0
(2)根据公式计算电压系数，如表7所示：
表7-CCD高压标准电容器直立下电压系数
电压(kV) β(U),θ＝1° β(U),θ＝2° β(U),θ＝5° β(U),θ＝8° β(U),θ＝10° 均值
20 0 0 0 0 0 0
100 1.06 1.06 1.07 1.08 1.09 1.07
200 4.24 4.26 4.3 4.33 4.37 4.3
300 9.84 9.87 9.97 10.04 10.15 9.98
350 13.86 13.91 14.05 14.15 14.3 14.05
4.位移量-容量变化法(基于电容变化量与电极位移关系曲线)
位移量-容量变化法计算CCD高压标准电容器的电压系数过程如下：
(1)得到β(θ)关于eN(θ)的曲线(拟合曲线及曲线表达式)，拟合曲线如图8所示，拟合表达式为：y＝0.0000544x2+0.2629860x，曲线拟合时，设置截距为0。
数据如表8所示：
表8-β(θ)与eN(θ)的关系实验数据
(2)根据eS(U)以及曲线表达式，计算因电场力导致的位移量eS(U)带来的容量变化，即CCD高压标准电容器直立下的电压系数，如表9所示：
表9-CCD高压标准电容器直立下电压系数
序号 电压(KV) e<sub>S</sub>(U,0°)(um) β(U)
1 20 0 0
2 100 7 1.84
3 200 20 5.28
4 300 39 10.34
5 350 52 13.82
试验小结：
汇总了4种不同的计算方法，计算得到的CCD高压标准电容器在垂直状态下(即倾斜角度为0°)的电压系数，如表10所示：
表10-不同计算方法下得到CCD高压标准电容器的电压系数
其中“以倒装式为参考，直测”是指以倒装式高压标准电容器为参考(倒装式高压标容电压系数已知，在电压小于400kV时，电容量电压系数小于 2ppm)，在CCD高压标准电容器调整为直立状态下，通过电流比较仪电桥，直接测量Cx/Cs计算得到的容量变化量，以60kV为参考。
综上所述，本发明的优点在于：提供了一种基于电极位移量的高压电容电压系数绝对测量的标准装置及方法。通过所述二维微位移测量系统测量同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器的低压电极的位移量，通过所述倾斜旋转平台实现同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器沿轴向旋转以及进行倾斜，通过所述的四种电压系数测量方法，可实现根据不同的已知条件、不同的实验条件，对被测高压标准电容器电压系数绝对测量，如实现了在一些参数不方便获得的情况下，也可以对电压系数进行准确的测量，并且简化了高压标准电容器电压系数的测量过程，降低了高压标准电容器电压系数绝对测量的实验要求，提高了可行性。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (6)

1.一种基于电极位移量的高压电容电压系数测量装置，其特征在于：包括一电容电桥、一高压电源、一倾斜旋转平台以及一CCD高压标准电容器；所述倾斜旋转平台包括一底架、一倾斜托架、一托架支撑、一旋转组件、复数个螺栓、一第一电机、一第二电机以及一控制柜；
所述托架支撑以及第一电机固设于底架上端；所述倾斜托架分别与托架支撑以及第一电机的输出端旋转连接，所述倾斜托架通过第一电机进行倾斜；所述倾斜托架的中部设有一通孔；所述旋转组件设于倾斜托架的中部；所述第二电机设于所述倾斜托架的下方；所述旋转组件与第二电机的输出端通过通孔进行啮合，所述CCD高压标准电容器通过螺栓固定于旋转组件上，所述第二电机驱动旋转组件转动进而带动CCD高压标准电容器进行旋转；所述第一电机与第二电机均分别与控制柜连接，通过所述控制柜控制第一电机与第二电机进行转动；所述CCD高压标准电容器的低压端与电容电桥连接，高压端与高压电源连接。
2.如权利要求1所述的一种基于电极位移量的高压电容电压系数测量装置，其特征在于：所述CCD高压标准电容器包括一同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器、一基于CCD图像识别的二维微位移测量系统、一屏蔽罩以及一固定件；所述二维微位移测量系统通过固定件固定于同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器的上端；所述二维微位移测量系统置于屏蔽罩内。
3.一种基于电极位移量的高压电容电压系数测量方法，其特征在于：所述方法需使用如权利要求1至2任一所述的测试装置，所述方法包括如下步骤：
步骤S11、已知高压电极内径r1以及低压电极外径r2，令
步骤S12、通过所述高压电源对同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器施加电压U，并利用所述二维微位移测量系统测量同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器的低压电极在不同加载电压下的位移量为eS(U)；
通过所述倾斜旋转平台将同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器沿低压电极初始偏心方向倾斜θ°后，利用所述二维微位移测量系统测量同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器的低压电极在不同倾斜角度下的位移量为eN(θ)；
通过所述高压电源对同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器施加电压U，并通过所述倾斜旋转平台将同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器倾斜θ°后，利用所述二维微位移测量系统测量同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器的低压电极在当前倾斜角度下θ°，加不同高电压的位移量为eS(U,θ)；
步骤S13、计算电压系数其中e0表示初始偏心量，且
4.一种基于电极位移量的高压电容电压系数测量方法，其特征在于：所述方法需使用如权利要求1至2任一所述的测试装置，所述方法包括如下步骤：
步骤S21、通过所述高压电源对同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器施加电压U，并利用所述二维微位移测量系统测量同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器的低压电极在不同加载电压下的位移量为eS(U)；
通过所述倾斜旋转平台将同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器沿低压电极初始偏心方向倾斜θ°后，利用所述二维微位移测量系统测量同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器的低压电极在不同倾斜角度下的位移量为eN(θ)；
通过所述高压电源对同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器施加电压U，并通过所述倾斜旋转平台将同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器倾斜θ°后，利用所述二维微位移测量系统测量同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器的低压电极在当前倾斜角度下θ°，加不同高电压的位移量为eS(U,θ)；
步骤S22、通过所述电容电桥，测量同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器倾斜θ°后相对于直立状态的电容量变化其中C(θ)表示同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器在沿初始偏心方向倾斜θ°的电容量，C(0)表示同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器直立状态的电容量；
步骤S23、计算电压系数其中e0表示初始偏心量，且
5.一种基于电极位移量的高压电容电压系数测量方法，其特征在于：所述方法需使用如权利要求1至2任一所述的测试装置，所述方法包括如下步骤：
步骤S31、通过所述高压电源对同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器施加电压U，并利用所述二维微位移测量系统测量同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器的低压电极在不同加载电压下的位移量为eS(U)；
通过所述倾斜旋转平台将同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器沿低压电极初始偏心方向倾斜θ°后，利用所述二维微位移测量系统测量同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器的低压电极在不同倾斜角度下的位移量为eN(θ)；
步骤S32、通过所述电容电桥，测量同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器沿低压电极初始偏心方向倾斜θ°后相对于直立状态的电容量变化其中C(θ)表示同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器倾斜θ°的电容量，C(0)表示同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器直立状态的电容量；
步骤S33、计算电压系数其中e0表示初始偏心量，且
6.一种基于电极位移量的高压电容电压系数测量方法，其特征在于：所述方法需使用如权利要求1至2任一所述的测试装置，所述方法包括如下步骤：
步骤S41、通过所述倾斜旋转平台将同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器沿低压电极初始偏心方向倾斜θ°后，利用所述二维微位移测量系统测量同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器的低压电极在不同倾斜角度下的位移量为eN(θ)；
步骤S42、通过所述电容电桥，测量同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器倾斜θ°后相对于直立状态的电容量变化其中C(θ)表示同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器倾斜θ°的电容量，C(0)表示同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器直立状态的电容量；
步骤S43、通过二次多项式拟合得到拟合曲线以及拟合曲线的表达式，曲线拟合时设置截距为0，得到β(θ)与eN(θ)拟合曲线的表达式；
步骤S44、通过所述高压电源对同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器施加电压U，并利用所述二维微位移测量系统测量同轴悬臂梁结构压缩气体高压标准电容器的低压电极在不同电压下的位移量为eS(U)；依据所述步骤S43中的拟合曲线的表达式以及测量得到的eS(U)计算电压系数β(U)。
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