CN111141973B - 一种基于对ZnO压敏电阻电流均匀性分布的表征方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于对ZnO压敏电阻电流均匀性分布的表征方法，首次创新性地使用了分布式电极的方法，将一个大电极分割成一个个小电极，进行伏安特性的测量。并使用固定电流值，测电压值的方法，对每一个电极进行测试，结果反映了该处电阻的大小，且根据电压值大小判断电流分布不均匀性情况。为ZnO压敏电阻的电流分布不均匀性提供了新的且简单有效的表征方法，为检测ZnO压敏电阻的性能提供一个有效途径。

Description

一种基于对ZnO压敏电阻电流均匀性分布的表征方法

技术领域

本发明属于电力设备绝缘检测技术领域，涉及一种基于对ZnO压敏电阻电流均匀性分布的表征方法。

背景技术

ZnO压敏电阻由于其优异的非线性伏安特性和大能量吸收能力，成为广泛应用于电力系统、电子器件、通信系统等高中低压系统的过电压保护核心元件。然而，由于实际使用过程中，外界温度较高或者所加电压过大，容易发生大通流能力的恶化等现象，一方面表现在压敏电阻器电学性能蜕变，另一方面表现是材料在大电流情况下的失效(如：电阻片中部贯穿，断裂或者沿面闪络等等)。对失效模式的认识有助于改善压敏电阻的稳定性和可靠性。这些现象的发生部位与ZnO压敏电阻的电流分布位置和均匀性息息相关。为了更好地预防此类现象的产生，通常会通过一系列方法提高ZnO压敏电阻的电流分布均匀性。

但是，如何在使用前更好地获得电流分布不均匀性的数据，目前并没有很好的表征方法。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于对ZnO压敏电阻电流均匀性分布的表征方法，该方法简单易行，评估结果可靠，能够反映出压敏电阻电流的分布情况和均匀性。为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种基于对ZnO压敏电阻电流均匀性分布的表征方法，包括以下步骤：

1）准备若干ZnO压敏电阻片，清洗、烘干备用；

2）将低温银浆均匀涂覆在步骤1）处理后的ZnO压敏电阻片的上、下表面，然后烘干至银浆完全干燥；

3）在经步骤2）处理后的ZnO压敏电阻片上、下表面刻出若干个面积相等、且上、下表面完全对应的正方形电极；

4）将经步骤3）处理的ZnO压敏电阻片放入电极支架上，将ZnO压敏电阻片上每一个正方形电极的正面连接电极正极，反面连接电极负极；

5）对每一个ZnO压敏电阻片分别施加电流，记录每次电流值达到某一定值时的电压值，比较电压值大小，根据欧姆公式R=U/I，电压值大的区域说明此处电阻值大，电流分布少，以此表征电流分布情况。

优选地，步骤1）中，采用超声机清洗ZnO压敏电阻片表面杂质，然后用烘箱将水分充分烘干。

优选地，步骤2）中烘干是在90℃下处理 120min。

优选地，步骤2）中，涂覆时保证ZnO压敏电阻片表面的银浆涂覆均匀，使电极厚度一致。

优选地，所用ZnO压敏电阻片的直径≈99mm，厚度≈22mm。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开的基于对ZnO压敏电阻电流均匀性分布的表征方法，首次创新性地使用了分布式电极的方法，将一个大电极分割成一个个小电极，进行伏安特性的测量。并使用固定电流值，测电压值的方法，对每一个电极进行测试，结果反映了该处电阻的大小，且根据电压值大小判断电流分布不均匀性情况。为ZnO压敏电阻的电流分布不均匀性提供了新的且简单有效的表征方法，为检测ZnO压敏电阻的性能提供一个有效途径。

附图说明

图1为本发明分布式电极的实物图，左图表示正极面，右图表示负极面；

图2为本发明测量电阻片伏安特性的电极支架实物照片；

图3为本发明实施例1试样A在24.1℃、42.5RH%湿度下，对每个小正方形电极施加10µA和100µA电流时的电压分布图；

图4为本发明实施例1试样B在24.1℃、42.5RH%湿度下，对每个小正方形电极施加10µA（a）和100µA（b）电流时的电压分布图；

图5为本发明实施例1试样C在24.1℃、42.5RH%湿度下，对每个小正方形电极施加10µA（a）和100µA（b）电流时的电压分布图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，本发明是通过将ZnO压敏电阻的电极进行小型化切割，进而测量每一个小电极的伏安特性，以此反映出试样的电流分布不均匀性情况。具体包括以下步骤：

1）准备若干ZnO压敏电阻片，清洗、烘干备用；

2）将低温银浆均匀涂覆在步骤1）处理后的ZnO压敏电阻片的上、下表面，然后烘干至银浆完全干燥；

3）在经步骤2）处理后的ZnO压敏电阻片上、下表面刻出若干个面积相等、且上、下表面完全对应的正方形电极；

4）将经步骤3）处理的ZnO压敏电阻片置于电极支架上，使得ZnO压敏电阻片上每一个正方形电极的正面连接电极正极，反面连接电极负极；

5）对每一个ZnO压敏电阻片分别施加电流，记录每次电流值达到某一定值时的电压值，比较电压值大小，根据欧姆公式R=U/I，电压值大的区域说明此处电阻值大，电流分布少，以此表征电流分布情况。

参见图2，本发明所用到的电极支架的实物照片，电极支架的上、下两个电极分别对应压敏电阻每个分割电极的正、负极。

实施例1

基于对ZnO压敏电阻电流均匀性分布的研究方法，包括以下步骤：

1）试样准备：准备ZnO压敏电阻片A，直径Ф≈99mm，厚度≈22mm，清除表面杂质，将电阻片放入超声清洗机清洗，清洗干净后，将电阻片放入烘箱（型号：DELTA-9023）内烘干；

2）电极制作：将准备好的低温银浆（型号：DJ912）均匀地涂敷在电阻片表面，上下表面都要涂敷，然后放入烘箱90℃烘120min，直到银浆完全烘干，取出电阻。在电阻表面用工具刻出一个个面积相等，正反两面完全对应的正方形电极，本次实验电极大约有284个，如图1所示；

3）伏安特性测量：连接测量电路，将电阻片放入事先准备的电极支架上，正反两面每一个小正方形对应着正负极，正面连接正极，反面连接负极，记录下每一次加的电流值达到10µA和100µA时的电压值。

结果参照图3，可以看出试样A的低阈值电压的区域集中在边缘，边缘电流集中，导致边缘容易被破环，且实际使用时也出现边缘容易损坏的现象，与该实验结果吻合。颜色深度由内到外逐渐变浅，说明阈值电压由内到外呈辐射状逐渐减小，电流分布由内到外逐渐增大，呈现有规律的均匀性。

实施例2

基于对ZnO压敏电阻电流均匀性分布的研究方法，包括以下步骤：

1）试样准备：准备ZnO压敏电阻片B，直径Ф≈99mm，厚度≈22mm，清除表面杂质，将电阻片放入超声清洗机清洗，清洗干净后，将电阻片放入烘箱（型号：DELTA-9023）内烘干；

2）电极制作：将准备好的低温银浆（型号：DJ912）均匀地涂敷在电阻片表面，上下表面都要涂敷，然后放入烘箱90℃烘120min，直到银浆完全烘干，取出电阻。在电阻表面用工具刻出一个个面积相等，正反两面完全对应的正方形电极，本次实验电极大约有284个，如图1所示；

3）伏安特性测量：连接测量电路，将电阻片放入事先准备的电极支架上，正反两面每一个小正方形对应着正负极，正面连接正极，反面连接负极，记录下每一次加的电流值达到10µA和100µA时的电压值。

结果参照图4，可以看出试样B的低阈值电压的区域集中中心，中心电流集中，导致中间穿孔破环，且实际使用时也出现中心容易损坏的现象，与该实验结果吻合。颜色深度由内到外先变浅后加深，说明阈值电压由内到外先减小然后增大，电流分布由内到外先增大后减小，该电阻片的电流分布均匀性较差。

实施例3

基于对ZnO压敏电阻电流均匀性分布的研究方法，包括以下步骤：

1）试样准备：准备ZnO压敏电阻片C，直径Ф≈99mm，厚度≈22mm，清除表面杂质，将电阻片放入超声清洗机清洗，清洗干净后，将电阻片放入烘箱（型号：DELTA-9023）内烘干；

2）电极制作：将准备好的低温银浆（型号：DJ912）均匀地涂敷在电阻片表面，上下表面都要涂敷，然后放入烘箱90℃烘120min，直到银浆完全烘干，取出电阻。在电阻表面用工具刻出一个个面积相等，正反两面完全对应的正方形电极，本次实验电极大约有284个，如图1所示；

3）伏安特性测量：连接测量电路，将电阻片放入事先准备的电极支架上，正反两面每一个小正方形对应着正负极，正面连接正极，反面连接负极，记录下每一次加的电流值达到10µA和100µA时的电压值。

结果参照图5，可以看出试样C的低阈值电压的区域集中在边缘，边缘电流集中，导致边缘容易被破环，且实际使用时也出现边缘容易损坏的现象，与该实验结果吻合。颜色深度由内到外逐渐变浅，说明阈值电压由内到外呈辐射状逐渐减小，电流分布由内到外逐渐增大，呈现有规律的均匀性。

综上所述，对ZnO压敏电阻电极进行小型化切割，进而测量每一个小电极的伏安特性，以此反映出试样的电流分布不均匀性情况，该方法切实可行，且操作简单，易于实现。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于对ZnO压敏电阻电流均匀性分布的表征方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）准备若干ZnO压敏电阻片，清洗、烘干备用；

2）将低温银浆均匀涂覆在步骤1）处理后的ZnO压敏电阻片的上、下表面，然后在90℃下烘干处理 120min，使银浆完全干燥；涂覆时保证ZnO压敏电阻片表面的银浆涂覆均匀，使电极厚度一致；

3）在经步骤2）处理后的ZnO压敏电阻片上、下表面刻出若干个面积相等、且上、下表面完全对应的正方形电极；

4）将经步骤3）处理的ZnO压敏电阻片上每一个正方形电极的正面连接电极正极，反面连接电极负极；

5）对每一个ZnO压敏电阻片分别施加电流，使用固定电流值测电压值的方法，对每一个正方形电极进行测试，结果反映该处电阻的大小，且根据电压值大小判断电流分布不均匀性情况：记录每次电流值达到某一定值时的电压值，比较电压值大小，根据欧姆公式R=U/I，电压值大的区域说明此处电阻值大，电流分布少，以此表征电流分布情况；

所用ZnO压敏电阻片的直径≈99mm，厚度≈22mm。

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