CN111398698A - 一种基于三电极的pea空间电荷与传导电流测试装置 - Google Patents

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Abstract

一种基于三电极的PEA空间电荷与传导电流测试装置。虽然传统的空间电荷测试装置有很多优点，但是存在以下不足：功能简单；脉冲输入端口和高电压输入端口都从上电极引入，容易造成耦合；只能施加直流电压；对施压过程中材料中所流过的传导电流无法测量。本发明所述的一种基于三电极的PEA空间电荷与传导电流测试装置包括直流高压电源(1)、脉冲发生器(8)、测试装置(3)、示波器(7)、静电计(5)和计算机(6)。本发明用于PEA空间电荷测试。

Description

一种基于三电极的PEA空间电荷与传导电流测试装置
技术领域
本发明属于高电压与绝缘技术领域，特别涉及一种基于三电极的PEA空间电荷与传导电流测试装置。
背景技术
空间电荷是表征电介质材料电气性能的一个重要参数，空间电荷测量对于电介质介电性能的研究有着重要的意义。目前，国际上普遍公认，空间电荷对电场有畸变作用，空间电荷的分布和运动对绝缘材料的电导、击穿破坏、老化等等有强烈的影响。在电场作用下，尤其是直流电场，空间电荷集聚会严重畸变聚合物中电场分布，贮存电机械能，并引起电荷的复合和激励，从而导致材料早期破坏，如增加热电子的生成速率、降低材料老化的能量势垒、引起断键的生成、微孔扩大和内部应力，并最终导致材料击穿。因此，空间电荷的存在、转移和消失会直接导致绝缘材料内部电场分布的改变，对材料内部的局部电场起到削弱或加强的作用，影响到材料电气特性的各个方面。
在空间电荷研究方面，目前国内外所做的大都是实验性质的研究，并且集中在以电缆绝缘为应用背景的聚乙烯材料上。随着试验及测量数据的完善，目前许多理论解释、模型建立的研究工作也都开展起来了。然而陷阱电荷如何影响材料的性能仍是个悬而未决的问题。研究表明，陷阱电荷密度的改变导致电荷入陷传输过程的改变，最终影响载流子的迁移，宏观上反映在电导的变化上。
众所周知，电荷的定向移动形成电流，电介质内部缺陷的作用又会使载流子驻留从而形成空间电荷，载流子的迁移、入陷和脱陷等说明空间电荷的形成和因此产生的电场变化，都会对电导电流产生影响，所以探索电流和空间电荷之间的关系可以为分析材料内部的微观特性提供新的途径。
空间电荷测量方法有很多种，但是目前应用最为普遍的是日本武藏工业大学的高田达雄教授所提出的电声脉冲(PEA)法。目前用此方法所做的测量空间电荷的设备基本比较成熟，虽然传统的空间电荷测试装置有很多优点，但是存在以下不足：功能简单；脉冲输入端口和高电压输入端口都从上电极引入，容易造成耦合；只能施加直流电压；对施压过程中材料中所流过的传导电流无法测量。因此需要设计一套可同时测量传导电流和空间电荷的PEA测试系统，解决目前测量上述现有技术不能将传导电流和空间电荷联系起来进行研究的问题。
发明内容
为了解决上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种基于三电极的PEA空间电荷与传导电流测试装置，以克服现有技术中的缺陷。
为了实现上述目的，本发明提供了一种基于三电极的PEA空间电荷与传导电流测试装置，所述的一种基于三电极的PEA空间电荷与传导电流测试装置包括直流高压电源、脉冲发生器、测试装置、示波器、静电计和计算机；
所述的高压直流电源与所述的测试装置的上电极电连接并在之间串联微安表以测量流过回路的全电流；
所述的测试装置的内环电极与所述的静电计电连接，并在之间串联直流电阻；
所述的测试装置的中心电极与所述的示波器电连接；
所述的示波器与所述的脉冲发生器电连接，所述的脉冲发生器与所述的测试装置电连接，所述的静电计和所述的示波器分别与所述的计算机电连接，静电计和示波器所测得的信号通过GPIB采集卡传输道计算机，计算机将所采集到的信号进行分析处理，得到空间电荷分布和传导电流；
所述的一种基于三电极的PEA空间电荷与传导电流测试装置，所述的测试装置包括电极系统、PVDF传感器和前置放大器。
所述的一种基于三电极的PEA空间电荷与传导电流测试装置，所述的电极系统包括上电极和下电极，所述的下电极采用中心电极、内环电极和外环电极组合的形式，所述的外环电极与所述的内环电极之间、所述的的内环电极与所述的中心电极之间填充有绝缘层。
所述的一种基于三电极的PEA空间电荷与传导电流测试装置，所述的下电极的中心电极的半径为5cm，内环电极的内环半径为7cm，内环电极的外环半径为18cm，外环电极的内半径为20cm，外环电极的外半径为25cm。
所述的一种基于三电极的PEA空间电荷与传导电流测试装置，高压直流电源的电压为0-20KV。
所述的一种基于三电极的PEA空间电荷与传导电流测试装置，所述的PVDF压电传感器是厚度为9μm的镀铝电极传感器薄膜。
本发明的有益效果：
1、本发明可以实现试样的传导电流和空间电荷同时测试，EA法在加直流高压的时候，试样的表面电流很容易超过静电计的输入偏置电流，为了排除表面电流和减小接触噪声，需要设计一个三电极测量结构，试样的表面电流就通过这个保护电极直接入地了。消除了试样的表面电流对静电计测量试样传导电流的影响。
2、本发明下电极的中心电极的半径为5cm，内环电极的内环半径为7cm，内环电极的外环半径为18cm，外环电极的内半径为20cm，外环电极的外半径为25cm，并且在之间填充了绝缘层，保证了其可靠绝缘。
3、本发明内环电极与静电计之间串联直流电阻，可以防止脉冲沿着通路耦合到内电极对应的试样上。
附图说明
附图1为本发明的原理图；
附图2为电极系统的结构示意图；
附图3为下电极的结构图；
图中：1、高压直流电源；2、微安表；3、测试装置；4、直流电阻；5、静电计；6、计算机；7、示波器；8、脉冲发生器；9、上电极；10、试样；11、下电极；12、绝缘层；13、内环电极；14、中心电极；15、外环电极。
具体实施方式
为了能够进一步了解本发明的结构、特征及其他目的，现结合所附较佳实施例附以附图详细说明如下，本附图所说明的实施例仅用于说明本发明的技术方案，并非限定本发明。
具体实施方式一、本实施方式所述的一种基于三电极的PEA空间电荷与传导电流测试装置，所述的一种基于三电极的PEA空间电荷与传导电流测试装置包括直流高压电源1、脉冲发生器8、测试装置3、示波器7、静电计5和计算机6；
所述的高压直流电源与所述的测试装置的上电极电连接并在之间串联微安表2以测量流过回路的全电流；
所述的测试装置的内环电极与所述的静电计电连接，并在之间串联直流电阻4；
所述的测试装置的中心电极与所述的示波器电连接；
所述的示波器与所述的脉冲发生器电连接，所述的脉冲发生器与所述的测试装置电连接，所述的静电计和所述的示波器分别与所述的计算机电连接，静电计和示波器所测得的信号通过GPIB采集卡传输道计算机，计算机将所采集到的信号进行分析处理，得到空间电荷分布和传导电流。
具体实施方式二、本实施方式是对具体实施方式一所述的一种基于三电极的PEA空间电荷与传导电流测试装置的进一步说明，所述的测试装置包括电极系统、PVDF传感器和前置放大器。
具体实施方式三、本实施方式是对具体实施方式一所述的一种基于三电极的PEA空间电荷与传导电流测试装置的进一步说明，所述的电极系统包括上电极9和下电极11，所述的下电极采用中心电极14、内环电极13和外环电极15组合的形式，所述的外环电极与所述的内环电极之间、所述的的内环电极与所述的中心电极之间填充有绝缘层12。
具体实施方式四、本实施方式是对具体实施方式一所述的一种基于三电极的PEA空间电荷与传导电流测试装置的进一步说明，所述的下电极的中心电极的半径为5cm，内环电极的内环半径为7cm，内环电极的外环半径为18cm，外环电极的内半径为20cm，外环电极的外半径为25cm。
具体实施方式五、本实施方式是对具体实施方式一所述的一种基于三电极的PEA空间电荷与传导电流测试装置的进一步说明，高压直流电源的电压为0-20KV。
具体实施方式六、本实施方式是对具体实施方式一所述的一种基于三电极的PEA空间电荷与传导电流测试装置的进一步说明，所述的PVDF压电传感器是厚度为9μm的镀铝电极传感器薄膜。
需要声明的是，上述发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理内，当可作各种修改、等同替换或改进。本发明的保护范围以所附权利要求书为准。

Claims (6)

1.一种基于三电极的PEA空间电荷与传导电流测试装置，其特征在于，所述的一种基于三电极的PEA空间电荷与传导电流测试装置包括直流高压电源、脉冲发生器、测试装置、示波器、静电计和计算机；
所述的高压直流电源与所述的测试装置的上电极电连接并在之间串联微安表以测量流过回路的全电流；
所述的测试装置的内环电极与所述的静电计电连接，并在之间串联直流电阻；
所述的测试装置的中心电极与所述的示波器电连接；
所述的示波器与所述的脉冲发生器电连接，所述的脉冲发生器与所述的测试装置电连接，所述的静电计和所述的示波器分别与所述的计算机电连接，静电计和示波器所测得的信号通过GPIB采集卡传输道计算机，计算机将所采集到的信号进行分析处理，得到空间电荷分布和传导电流。
2.如权利要求1所述的一种基于三电极的PEA空间电荷与传导电流测试装置，其特征在于，所述的测试装置包括电极系统、PVDF传感器和前置放大器。
3.如权利要求1所述的一种基于三电极的PEA空间电荷与传导电流测试装置，其特征在于，所述的电极系统包括上电极和下电极，所述的下电极采用中心电极、内环电极和外环电极组合的形式，所述的外环电极与所述的内环电极之间、所述的的内环电极与所述的中心电极之间填充有绝缘层。
4.如权利要求3所述的一种基于三电极的PEA空间电荷与传导电流测试装置，其特征在于，所述的下电极的中心电极的半径为5cm，内环电极的内环半径为7cm，内环电极的外环半径为18cm，外环电极的内半径为20cm，外环电极的外半径为25cm。
5.如权利要求1所述的一种基于三电极的PEA空间电荷与传导电流测试装置，其特征在于，高压直流电源的电压为0-20KV。
6.如权利要求1所述的一种基于三电极的PEA空间电荷与传导电流测试装置，其特征在于，所述的PVDF压电传感器是厚度为9μm的镀铝电极传感器薄膜。
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