CN110488166A - 一种测量不同厚度固体绝缘的热刺激电流装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于绝缘材料测量技术领域，具体为一种测量不同厚度固体绝缘的热刺激电流装置，主要包括：样品腔、样品架、静电计、高压源、温控装置和计算机。样品架采用两电极系统，整体放置于样品腔内，静电计与电压源接在样品架的上、下电极上形成回路，控温装置连接装有液氮的杜瓦罐，用气体加热装置将氮气加热并吹入样品腔内，实现加热试样功能，计算机与静电计和温控装置连接通信，将测量的电流信号温度信号采集输出。该热刺激电流测量装置采用吹入加热氮气的方式对样品进行加热，相较于传统的单面加热方式，可使样品受热均匀，满足不同厚度试样的测量需求。

Description

一种测量不同厚度固体绝缘的热刺激电流装置
技术领域
本发明属绝缘材料测量技术领域，具体涉及一种不同厚度固体绝缘的热刺激电流介电特性测量设备。
背景技术
热刺激理论是以电介质物理为基础发展起来的测试方法，其最初被应用于测量试样内部驻极体释放的电荷量，近年来发展为一种研究电子材料导电性能和介电性能的新方法，它比其它方法的优越之处在于：可以观测到荷电粒子从低温不平衡状态经升温恢复到热平衡状态过程中性质的变化，进而计算相应微观参数，分析介电材料与绝缘材料中荷电粒子的各种宏观性能。
热刺激电流试验是对样品进行加压、冷却、短路、升温测量等步骤的测量过程，通过求解测量得到的温度-电流曲线可得到荷电粒子的活化能、陷阱参数、松弛时间、迁移率等参数。
目前的热刺激电流设备侧重于聚合物材料的研究，采用加热片单面加热的方式，升温速率较慢，只适用于测量几十微米厚度的较薄试样，同时在升温过程中，单面加热方式会使热量从一个测量电极传向另一个测量电极，令待测样品两侧温度存在差异，造成试验误差。因此传统的单面加热方式已经不能满足不同厚度绝缘材料研究的需要。
发明内容
为解决上述背景技术中提出的问题，本发明提出一种测量不同厚度固体绝缘的热刺激电流装置，该装置电极移动方便且连接紧密，样品腔密封性及电磁屏蔽效果良好，通过吹入变温氮气对样品进行升温和冷却，使样品受热均匀，可对不同厚度的样品进行有效测量。
为实现上述目的，本发明的测量装置主要包括：样品腔，样品架，静电计，高压源，温控装置和计算机；试样架上放置可移动的下电极，样品放置在上、下电极之间，与静电计、高压源连接形成回路；变温的氮气可吹入样品腔内调节温度，下电极上设有温度传感器，连接至温控装置；静电计与温控装置均与计算机连接，实时采集并输出测量的温度、电流信号。
进一步的，所述装置的腔上设有气体进出口。
进一步的，所述装置还包括装有液氮的杜瓦罐，杜瓦罐通过气体管路与样品腔相连，样品腔及与气体管路均采用真空隔离设计，保证温度的精度。
进一步的，所述样品架应放置在样品腔中，样品架上设有固定板和支柱，固定板上放置禁锢支架的螺钉，下固定板上设有可移动下电极，样品位置与氮气进出口位置处于同轴线上。
进一步的，所述样品架与样品腔之间通过聚四氟乙烯密垫圈密封。
进一步的，所述下电极位置通过旋转螺母实现调节，保证电极与样品能均匀压紧。
进一步的，所述装置通过气体加热模块对氮气加热，吹入样品腔作用于样品上，保证样品受热均匀。
进一步的，所述装置高压接头与测量接头共用，放置在上电极上。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
该装置电极移动方便且连接紧密，样品腔密封性及电磁屏蔽效果良好，样品受热均匀，可对不同厚度的样品进行有效测量。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制，在附图中：
图1为热刺激电流装置原理图
图2为样品架及样品腔结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行进一步说明，但基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2的一种热刺激电流装置，所述装置包括样品腔（14），样品架（1），静电计（15），高压源（17）和温控装置（16），样品腔（14）上设有氮气进出口（10）（5），与液氮容器相连。样品架（1）上设有固定板（3）（7）和三根支柱（4），固定板上放置禁锢支架的螺钉（2）（6），下固定板上设有可移动下电极（9），下电极（9）上设有热电偶（11），连接至温控装置（16），上电极（13）固定在上固定板上，作为高压级与测量接头，与静电计（16）和高压源（17）连接。测量时，样品架（1）放置在样品腔中（14），屏蔽周围温度及磁场变化对测试的影响。
实施例
本实施例的高压源（17）为直流高压源，最大输出电压30KV，可为样品施加正负极性的直流高压。
本实施例的静电计（15）为美国吉时利公司生产的6517B型静电计，测量范围为1fA~21mA，对微电流的测量精度足够高。
本实施例的控温装置采用德国Quatro Cryosystem钥匙温度控制系统，可对氮气进行加热并吹入样品腔（14）中，温度范围在-160℃~400℃，精确到0.05℃。
测量时，通过旋转螺母（8）调节下电极位置，将样品固定在上电极（13）与下电极（9）之间，并将样品架（1）放置于样品腔（14）中，之间通过聚四氟乙烯密封圈密封。样品位置与氮气进出口（10）（5）位置处于同轴线上，通过氮气入口（10）将加热的氮气吹入样品腔中对样品（12）进行加热至一定温度，然后通过高压源（17）对两电极之间施加一定时间的直流高压。使样品充分极化。
在保持极化电压不变的条件下，通过氮气入口（10）将氮气吹入样品腔（14）中使样品（12）降温冷却至较低温度，此时极化的载流子被“冻结”储存起来，待冷却完成后，撤去直流电压，将试样两端短路，再以一定的速率升温对样品从低温状态进行匀速升温，此时被“冻结”载流子发生退极化现象，释放的电流即为热刺激电流，热刺激电流可通过静电计（15）显示，控温装置（16）通过热电偶（11）实时检测样品温度。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种测量不同厚度固体绝缘的热刺激电流装置，其特征在于： 包括样品腔，样品架，静电计，高压源，温控装置与计算机；样品架上放置可移动的下电极，样品放置在上、下电极之间，与静电计、高压源连接形成回路；变温的氮气可吹入样品腔内调节温度，下电极上设有温度传感器，连接至温控装置；静电计与温控装置均与计算机连接，实时采集并输出测量的温度、电流信号。
2.根据权利要求1所述的一种测量不同厚度固体绝缘的热刺激电流装置，其特征在于：样品腔上设有气体进出口。
3.根据权利要求1所述的一种测量不同厚度固体绝缘的热刺激电流装置，其特征在于：该装置还包括装有液氮的杜瓦罐，杜瓦罐通过气体管路与样品腔相连，样品腔及与气体管路均采用真空隔离设计，保证温度的精度。
4.根据权利要求1所述的一种测量不同厚度固体绝缘的热刺激电流装置，其特征在于：所述样品架应放置在样品腔中，样品架上设有固定板和支柱，固定板上放置禁锢支架的螺钉，下固定板上设有可移动下电极，样品位置与氮气进出口位置处于同轴线上。
5.根据权利要求4所述的一种测量不同厚度固体绝缘的热刺激电流装置，其特征在于：所述样品架与样品腔之间通过聚四氟乙烯密垫圈密封。
6.根据权利要求4所述的一种热刺激电流测量装置，其特征在于：所述下电极位置通过旋转螺母实现调节，保证电极与样品能均匀压紧。
7.根据权利要求1所述的一种测量不同厚度固体绝缘的热刺激电流装置，其特征在于：该装置通过气体加热模块对氮气加热，吹入样品腔作用于样品上，保证样品受热均匀。
8.根据权利要求1所述的一种测量不同厚度固体绝缘的热刺激电流装置，其特征在于：该装置高压接头与测量接头共用，放置在上电极上。
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