CN113433373B - 流注电荷量测量装置、系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种流注电荷量测量装置、系统和方法。所述流注电荷量测量装置包括：板电极、柱电极、针电极和测量电路；所述板电极，用于接收脉冲电压，并将所述脉冲电压经所述柱电极和所述针电极传输至所述测量电路；其中，所述板电极、所述柱电极和所述针电极均放置于待测液体中；所述测量电路，用于获取流经所述柱电极的第一电荷量和流经所述针电极的第二电荷量，根据所述第一电荷量和所述第二电荷量确定所述待测液体的流注电荷量。无需通过专业的实验室测量设备，通过简单常见的材质与器件，即可对待测液体在产生流注时的电荷量进行测量，成本较低，且不需要较高的环境要求，无需一定在实验室中进行实验得到测试结果。
Description
技术领域
本申请涉及电力系统技术领域，特别是涉及一种流注电荷量测量装置、系统和方法。
背景技术
随着我国特高压直流输电工程的发展，对直流输电电力设备的可靠性提出了更高的要求。换流变压器是特高压直流输电系统中的枢纽环节，它的绝缘水平直接影响到直流输电系统的安全稳定。变压器油是换流变压器内重要的绝缘介质，承担着绝缘以及散热的重要任务。
有研究表明液体以及液体/固体电介质系统中的击穿是由于流注的产生和传播，因此，对变压器油在脉冲电压下流注电荷量的定量研究有助于改善优化换流变压器的绝缘水平，提高电力系统的可靠性。现有技术通常是在对变压器油施加外部电压的作用下，向变压器油发射激光，利用电光效应，测量通过变压器油前后的激光强度变化来获取相应的外电场强度，再对外电场求导得到流注空间电荷分部情况。
然而，现有技术存在实验设备成本高且对测试环境需求高的问题。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种成本低且对测试环境需求低的流注电荷量测量装置、系统和方法。
第一方面，本申请提供了一种流注电荷量测量装置，该装置包括：板电极、柱电极、针电极和测量电路；
板电极，用于接收脉冲电压，并将脉冲电压经柱电极和针电极传输至测量电路；其中，板电极、柱电极和针电极均放置于待测液体中；
测量电路，用于获取流经柱电极的第一电荷量和流经针电极的第二电荷量，根据第一电荷量和第二电荷量确定待测液体的流注电荷量。
在其中一个实施例中，测量电路包括：第一充放电电路、第二充放电电路和处理电路；柱电极、处理电路的第一输入端之间的公共点与第一充放电电路的一端连接，第一充放电电路的另一端接地；针电极、处理电路的第二输入端之间的公共点与第二充放电电路的一端连接，第二充放电电路的另一端接地；
第一充放电电路，用于根据流经柱电极的电荷进行充电或放电；
第二充放电电路，用于根据流经针电极的电荷进行充电或放电；
处理电路，用于根据第一充放电电路发生电荷转移时的第一电荷量和第二充放电电路发生电荷转移时的第二电荷量，确定待测液体的流注电荷量。
在其中一个实施例中，第一充放电电路包括：第一电容和第一电阻；第一电容的一个极板与柱电极连接，第一电容的另一极板接地；第一电阻和第一电容并联。
在其中一个实施例中，第二充放电电路包括：第二电容和第二电阻；第二电容的一个极板与针电极连接，第二电容的另一极板接地；第二电阻和第二电容并联。
在其中一个实施例中，处理电路包括：差分模块；差分模块的第一输入端与针电极连接，差分模块的第二输入端与柱电极连接；
差分模块，用于根据第二电容的电容值、第一电容放电时两端的电压和第二电容放电时两端的电压，确定待测液体的流注电荷量。
在其中一个实施例中，差分模块包括运算放大器和乘法器；
运算放大器，用于对第一电容两端的电压和第二电容两端的电压做差，确定电压差值并传输至乘法器；
乘法器，用于根据电压差值和第二电容的电容值，确定待测液体的流注电荷量。
在其中一个实施例中，该装置还包括：第一屏蔽筒和第二屏蔽筒；第一屏蔽筒将柱电极和第一充放电电路包裹，且第一屏蔽筒与柱电极同心放置；第二屏蔽筒将针电极和第二充放电电路包裹，且第二屏蔽筒与针电极同心放置；第一屏蔽筒和第二屏蔽筒均接地；
第一屏蔽筒，用于屏蔽外电场对第一屏蔽筒内部电场的干扰；
第二屏蔽筒，用于屏蔽外电场对第二屏蔽筒内部电场的干扰。
在其中一个实施例中，柱电极的曲率半径大于针电极的曲率半径，柱电极和针电极之间的曲率半径差大于预设曲率差阈值。
第二方面，本申请提供一种流注电荷量测量系统，该系统包括：终端和上述第一方面中任一项装置实施例的流注电荷量测量装置。
第三方面，本申请提供一种流注电荷量测量方法，该方法应用于上述第一方面中任一项装置实施例的流注电荷量测量装置，该方法包括：
获取流经柱电极的第一电荷量和流经针电极的第二电荷量；
根据第一电荷量和第二电荷量确定待测液体的流注电荷量。
上述流注电荷量测量装置、系统和方法，由于流注电荷量测量装置包括：板电极、柱电极、针电极和测量电路，板电极、柱电极和针电极均放置于待测液体中；板电极接收脉冲电压，并将脉冲电压经柱电极和针电极传输至测量电路；测量电路获取流经柱电极的第一电荷量和流经针电极的第二电荷量，并根据第一电荷量和第二电荷量确定待测液体的流注电荷量。无需通过专业的实验室测量设备，通过简单常见的材质与器件，即可对待测液体在产生流注时的电荷量进行测量，成本较低，且不需要较高的环境要求，无需一定在实验室中进行实验得到测试结果。
附图说明
图1为一个实施例中流注电荷量测量装置的结构图；
图2为另一个实施例中流注电荷量测量装置的结构图；
图3为另一个实施例中流注电荷量测量装置的结构图；
图4为另一个实施例中流注电荷量测量装置的结构图；
图5为另一个实施例中流注电荷量测量装置的结构图；
图6为一个实施例中流注电荷量测量系统的结构图；
图7为一个实施例中流注电荷量测量方法的流程图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
换流变压器运行时换流阀的动作会使得变压器阀侧绕组长期承受着脉冲电压分量。变压器油是换流变压器内重要的绝缘介质，承担着绝缘以及散热的重要任务，因此应该对脉冲电压下变压器油绝缘的绝缘特性进行系统的研究。有研究表明液体以及液体/固体电介质系统中的击穿是由于流注的产生和传播，因此对脉冲电压下流注电荷量的定量研究有助于改善优化换流变压器的绝缘水平，提高电力系统的可靠性。
有学者利用绝缘油在电场下的光学特性对空间电场分布进行测量，进而得出空间电荷分布，其基本原理是电场作用下介质折射率发生变化。例如，利用Kerr效应对交直流复合电压与极性反转电压下的油纸绝缘电场与电荷分布进行了研究，研究表明：均匀电场下，油中交流电场均匀且对称分布，直流电场非均匀且非对称分布，直流电场强度与外施电压幅值呈非线性关系；极性反转电压下的电场分布存在明显极性效应，即负极性电压下的电场衰减更快。在外施电压作用下，通过变压器油的激光束将发生双折射，平行于电场分量和垂直于电场分量的光束将产生与电场大小呈平方关系的相位差。光学系统的输出光强随外加电场变化而变化，利用电光效应，通过测量通过绝缘油前后的光强度的变化来获取相应的外电场强度，再对外电场求导得到空间电荷分部情况。
为了进一步研究油中电荷分布，有学者对油中流注特性进行了实验与仿真研究。挪威学者D.Linhjell对冲击电压下绝缘油中流注传播特性进行了研究，发现正极性流注传播速度最快可达65～200km/s，正极性流注分枝随电压增加而减少，负极性流注扩散；还发现正负流注的传播速度与形状均与外施电压幅值有关。
但是，上述的研究对于实验设备以及实验环境的要求较高，并不适用于实际的工程应用，故提出一种实用经济的测量脉冲电压下变压器油中流注电荷量的装置。
图1为流注电荷量测量装置的结构图，在一个实施例中，如图1所示，流注电荷量测量装置包括：板电极11、柱电极12、针电极13和测量电路14；
板电极11，用于接收脉冲电压，并将脉冲电压经柱电极12和针电极13传输至测量电路14；其中，板电极11、柱电极12和针电极13均放置于待测液体中；
测量电路14，用于获取流经柱电极12的第一电荷量和流经针电极13的第二电荷量，根据第一电荷量和第二电荷量确定待测液体的流注电荷量。
具体地，可以参见图1的板电极、柱电机和针电极的放置位置，板电极和针电极之间的距离、板电极和柱电极之间的距离可以设置为相同的距离，例如2mm。针电极和柱电极可以选用直径1.6mm的钨针材料，使得电极在连续的脉冲下的磨损减小。针电极的曲率半径远小于柱电极的曲率半径，即针电极附近的电场强度强于柱电极附近的电场强度，放电在电场强度高的电极发生，而流柱就是在放电时产生的，所以流注通过针电极传播。由于将板电极、柱电极和针电极均浸泡于待测液体中，然后对板电极的一面施加脉冲电压，当接收到脉冲电压后，板电极和柱电极之间会发生电荷转移、板电极和针电极之间也会发生电荷转移。在脉冲电压较低时，未产生流注放电，板电极和柱电极之间相当于一个等效电容Cr进行充电、板电极和针电极之间也相当于一个等效电容Cp进行充电，此时，第一电荷量和第二电荷量之间存在比例关系。在脉冲电压高至足够产生流注放电时，板电极和针电极之间放电，即第二电荷量包括流注电荷量和板电极和针电极之间等效电容Cp上的电荷量。其中，可以产生流注放电的脉冲电压值与板电极与针电极柱电极之间距离、针电极曲率半径、待测液体中含水量、脉冲电压陡度有关。其中，处理电路可以分别与柱电极和针电极连接，获取流经柱电极的第一电荷量和流经针电极的第二电荷量，并根据第一电荷量和第二电荷量，以及第一电荷量和第二电荷量之间的关系，进行一定的计算确定待测液体的流注电荷量。其中，板电极、针电极、柱电机均可采用金属导体，包括：铜、铁、钨等，在此不加以限制。其中，脉冲电压可以包括脉冲形状为矩形脉冲，方波脉冲，尖脉冲(正尖脉冲和负尖脉冲)，锯齿脉冲，阶梯脉冲，间歇正弦脉冲等等的脉冲信号，并且脉冲电压保持一个极性不变。待测液体可以包括：变压器油。其中，第一电荷量可以包括板电极和柱电极之间充电时的电荷量；第二电荷量可以包括板电极和针电极之间充电时的电荷量或者板电极和针电极之间放电时的电荷量+流注电荷量。
在本实施例中，由于流注电荷量测量装置包括：板电极、柱电极、针电极和测量电路，板电极、柱电极和针电极均放置于待测液体中；板电极接收脉冲电压，并将脉冲电压经柱电极和针电极传输至测量电路；测量电路获取流经柱电极的第一电荷量和流经针电极的第二电荷量，并根据第一电荷量和第二电荷量确定待测液体的流注电荷量。无需通过专业的实验室测量设备，通过简单常见的材质与器件，即可对待测液体在产生流注时的电荷量进行测量，成本较低，且不需要较高的环境要求，无需一定在实验室中进行实验得到测试结果。
上述实施例对流注电荷量测量装置进行了说明，现以一个实施例对流注电荷量测量装置的测量电路进一步说明，在一个实施例中，如图2所示，测量电路14包括：第一充放电电路141、第二充放电电路142和处理电路143；柱电极12、处理电路143的第一输入端之间的公共点与第一充放电电路141的一端连接，第一充放电电路141的另一端接地；针电极13、处理电路143的第二输入端之间的公共点与第二充放电电路142的一端连接，第二充放电电路142的另一端接地；
第一充放电电路141，用于根据流经柱电极12的电荷进行充电或放电；
第二充放电电路142，用于根据流经针电极13的电荷进行充电或放电；
处理电路143，用于根据第一充放电电路141发生电荷转移时的第一电荷量和第二充放电电路142发生电荷转移时的第二电荷量，确定待测液体的流注电荷量。
其中，第一充放电电路和第二充放电电路可以由一个电容组成，也可以由多个电容串联组成，在此不加以限制。
具体地，第一充放电电路与柱电极连接，柱电极的曲率半径大于针电极的曲率半径，放电现象发生在针电极，在板电极接收脉冲电压、板电极和柱电极之间发生电荷转移时，第一充放电电路可以根据流经柱电极的电荷进行充放电。第二充放电电路与针电极连接，在板电极接收脉冲电压、板电极和针电极之间发生电荷转移时，则第二充放电电路可以根据流经针电极的电荷进行充放电。此时，处理电路可以根据由于脉冲电压较低还不足以产生流注放电时的第一充放电电路发生电荷转移时的第一电荷量，由于脉冲电压较低还不足以产生流注放电时的第二充放电电路发生电荷转移时的第二电荷量之间存在的共模比例关系，以及由于脉冲电压升高至足以产生流注放电时的第二充放电电路上的包括有板电极与针电极之间等效电容Cp上的电荷量+流注电荷量的第二电荷量，进行比例关系计算确定待测液体的流注电荷量。
在本实施例中，由于测量电路包括：第一充放电电路、第二充放电电路和处理电路；柱电极、处理电路的第一输入端之间的公共点与第一充放电电路的一端连接，第一充放电电路的另一端接地；针电极、处理电路的第二输入端之间的公共点与第二充放电电路的一端连接，第二充放电电路的另一端接地；第一充放电电路根据流经柱电极的电荷进行充电或放电；第二充放电电路根据流经针电极的电荷进行充电或放电；处理电路根据第一充放电电路发生电荷转移时的第一电荷量和第二充放电电路发生电荷转移时的第二电荷量，确定待测液体的流注电荷量。能够通过第一充放电电路和第二充放电电路对流经柱电极的电荷量和针电极的电荷量进行等效，进而便于计算流注电荷量。
上述实施例对测量电路进行了说明，现以一个实施例对测量电路中的第一充放电电路进行说明，在一个实施例中，如图3所示，第一充放电电路包括：第一电容和第一电阻；第一电容的一个极板与柱电极连接，第一电容的另一极板接地；第一电阻和第一电容并联。
具体地，柱电极的曲率半径大于针电极的曲率半径，即放电现象发生在针电极，第一电容C1的选取设置时，需要远大于板电极和柱电极之间的等效电容Cr，电压上升期间绝大部分的电压施加在Cr上。未产生流注时，假设该时刻电压为V，流经柱两电极的电荷为：Qr＝CrV，C1两端电压为：V1＝CrV/C1。其中，第一电容可以为可调电容；可以根据第二电容两端的电压确定调整后的第一电容的电容值，调节第一电容，使得第一电容两端的电压和第二电容两端的电压相等。其中，第一电阻可以用于在没有电压输入的时候将第一电容上的电荷释放。稳定放大器的直流偏移并且与增大时间常数。RC电路的时间常数τ＝R*C，为12ms，这能够满足差分模块的带宽。
其中，柱电极的曲率半径大于针电极的曲率半径，柱电极和针电极之间的曲率半径差大于预设曲率差阈值。即柱电极的曲率半径远大于针电极的曲率半径。可选地，针电极的曲率半径可以在1～10μm之间，柱电极可以选用曲率半径在0.5mm以上的电极。
进一步地，参见图3，第二充放电电路包括：第二电容和第二电阻；第二电容的一个极板与针电极连接，第二电容的另一极板接地；第二电阻和第二电容并联。
具体地，柱电极的曲率半径大于针电极的曲率半径，即放电现象发生在针电极，第二电容C2的选取设置时，需要远大于板电极和针电极之间的等效电容Cp，电压上升期间绝大部分的电压施加在Cp上。未产生流注时，假设该时刻电压为V，流经柱两电极的电荷为：Qp＝CpV，C2两端电压为：V2＝CpV/C2。此时，可以通过调节可调电容C1使得，得到V1＝V2，即C2Cr＝C1Cp。产生流注时，忽略流注对等效电容Cp的影响，由电荷守恒原理可得到如下关系：
其中，V1为第一电容两端的电压、V2为第二电容两端的电压，即流经C2的电荷等于流经等效电容Cp的电荷与流注电荷之和，流经C1的电荷等于流经等效电容Cr的电荷。将C2Cr＝C1Cp代入
得到流注中的电荷量Q流注＝C2(V2-V1)。其中，第二电阻可以用于在没有电压输入的时候将第二电容上的电荷释放。稳定放大器的直流偏移并且与增大时间常数。RC电路的时间常数τ＝R*C，为12ms，这能够满足差分模块的带宽。
进一步的，参见图3，处理电路143包括：差分模块1431；差分模块1431的第一输入端与针电极13连接，差分模块1431的第二输入端与柱电极12连接；
差分模块1431，用于根据第二电容的电容值、第一电容放电时两端的电压和第二电容放电时两端的电压，确定待测液体的流注电荷量。
具体地，柱电极的曲率半径大于针电极的曲率半径，即放电现象发生在针电极，差分模块可以直接获取第一电容两端的电压以及第二电容两端的电压，并对第一电容两端的电压和第一电容两端的电压做差，并对做差后的结果乘以第二电容值，即可以确定待测液体的流注电荷量。其中，差分模块，可以是具备差分放大的差分芯片、差分设备，也可以是由运算放大器和乘法器组成的电路。可选地，可以选取差分芯片对信号V1、V2进行差分，然后通过Tektronix 7A13将信号放大。
可选地，如图4所示，差分模块1431包括运算放大器15和乘法器16；
运算放大器15，用于对第一电容两端的电压和第二电容两端的电压做差，确定电压差值并传输至乘法器；
乘法器16，用于根据电压差值和第二电容的电容值，确定待测液体的流注电荷量。
具体地，运算放大器第一输入端与柱电极连接、运算放大器的第二输入端与针电极连接，对第一电容两端的电压和第二电容两端的电压做差，并将做差结果输出至乘法器中，与预设得第二电容的电容值相乘，得到待测液体的流注电荷量。其中，运算放大器，可以包括：高阻型、低温漂型、高速型等运算放大器，在此不加以限制。
在本实施例中，由于第一充放电电路包括：第一电容和第一电阻；第一电容的一个极板与柱电极连接，第一电容的另一极板接地；第一电阻和第一电容并联；第二充放电电路包括：第二电容和第二电阻；第二电容的一个极板与针电极连接，第二电容的另一极板接地；第二电阻和第二电容并联；处理电路包括：差分模块；差分模块的第一输入端与针电极连接，差分模块的第二输入端与柱电极连接；差分模块根据第二电容的电容值、第一电容放电时两端的电压和第二电容放电时两端的电压，确定待测液体的流注电荷量。能够通过简单常见的器件，即可对流经柱电极和针电极的电荷量进行等效，最终只需测量第一电容和第二电容两端的电压，进行差分放大，即可确定留住的电荷量，这种方法的成本低，环境要求低，且简单有效。
上述实施例对测量电路的处理电路进行了说明，因为在测量过程中易受到外界电场的干扰，为了屏蔽外界电场的干扰，可以设置屏蔽筒，现以一个实施例对屏蔽筒进行说明，在一个实施例中，如图5所示，流注电荷量测量装置还包括：第一屏蔽筒17和第二屏蔽筒18；第一屏蔽筒17将柱电极12和第一充放电电路141包裹，且第一屏蔽筒17与柱电极12同心放置；第二屏蔽筒18将针电极13和第二充放电电路142包裹，且第二屏蔽筒18与针电极13同心放置；第一屏蔽筒17和第二屏蔽筒18均接地；
第一屏蔽筒17，用于屏蔽外电场对第一屏蔽筒内部电场的干扰；
第二屏蔽筒18，用于屏蔽外电场对第二屏蔽筒内部电场的干扰。
具体地，第一屏蔽筒分别套接在柱电极上与柱电极同心放置，且将第一充放电电路包裹；第二屏蔽筒套接于针电极上与针电极同心放置，且把第二充放电电路包裹，屏蔽筒与电极之间充有环氧树脂绝缘介质。第一屏蔽筒可以屏蔽外电场对第一屏蔽筒内部电场的干扰；第二屏蔽筒可以屏蔽外电场对第二屏蔽筒内部电场的干扰。同时，第一屏蔽筒和第二屏蔽筒可以通过屏蔽减小等效电容Cr、Cp并且增大第一电容C1和第二电容C2，这有助于最小化施加在差分放大器输入端的共模电压，提升测量系统的耐压能力。其中，第一屏蔽筒和第二屏蔽筒可以选用相同的金属材质，也可以选用不同的金属材质；金属材质可以包括：电导率较高的铜、铝材料等等，在此不加以限制。
在本实施例中，由于流注电荷量测量装置还包括：第一屏蔽筒和第二屏蔽筒；第一屏蔽筒将柱电极和第一充放电电路包裹，且第一屏蔽筒与柱电极同心放置；第二屏蔽筒将针电极和第二充放电电路包裹，且第二屏蔽筒与针电极同心放置；第一屏蔽筒和第二屏蔽筒均接地；第一屏蔽筒屏蔽外电场对第一屏蔽筒内部电场的干扰；第二屏蔽筒屏蔽外电场对第二屏蔽筒内部电场的干扰。能够屏蔽外界电场对装置内的电荷转移的影响，使得测试结果更加准确，同时能最小化施加在差分放大器输入端的共模电压，提升测量系统的耐压能力。
上述实施例对流注电荷量测量装置进行了说明，在流注电荷量测量装置测量完成后，可以通过外接终端将结果进行显示，现以一个实施例对流注电荷量测量系统进行说明，在一个实施例中，如图6所示，流注电荷量测量系统包括：终端21和上述流注电荷量测量装置22；
终端21，用于显示流注电荷量测量装置22传输的待测液体的流注电荷量。
其中，终端可以但不限于是各种个人计算机、笔记本电脑、智能手机、平板电脑和便携式可穿戴设备，也可以是示波器。流注电荷量测量装置通过接口与终端连接。
关于流注电荷量测量装置的具体限定可以参见上文中各个实施例对于流注电荷量测量装置的限定，在此不再赘述。
在本实施例中，由于流注电荷量测量系统包括：终端和上述流注电荷量测量装置；终端显示流注电荷量测量装置传输的待测液体的流注电荷量。无需通过专业的实验室测量设备，通过简单常见的材质与器件，即可对待测液体在产生流注时的电荷量进行测量，成本较低，且不需要较高的环境要求，无需一定在实验室中进行实验得到测试结果并通过外接终端较为直观地显示最终结果。
上述实施例对流注电荷量测量装置和系统进行了说明，现以一个实施例对流注电荷量测量方法进行说明，该方法应用于任一项实施例所述的流注电荷量测量装置，在一个实施例中，如图7所示，流注电荷量测量方法包括：
S702，获取流经柱电极的第一电荷量和流经针电极的第二电荷量；
S704，根据第一电荷量和第二电荷量确定待测液体的流注电荷量。
具体地，针电极的曲率半径设置为小于柱电极曲率半径，即针电极附近的电场强度强于柱电极附近的电场强度，放电现象是在电场强度高的电极发生，而流柱的产生就是在放电时产生的，所以流注通过针电极传播。由于将板电极、柱电极和针电极均浸泡于待测液体中，然后对板电极的一面施加脉冲电压，当接收到脉冲电压后，板电极和柱电极之间会发生电荷转移、板电极和针电极之间也会发生电荷转移。在脉冲电压较低时，板电极和柱电极之间相当于一个等效电容Cr进行充放电、板电极和针电极之间也相当于一个等效电容Cp进行充放电，此时，第一电荷量和第二电荷量之间存在比例关系。在脉冲电压高至产生流注放电时，板电极和针电极之间放电，即第二电荷量包括流注电荷量和板电极和针电极之间等效电容Cp的电荷量。其中，处理电路可以分别与柱电极和针电极连接，其中，测量电路可以通过设置第一充放电电路、第二充放电电路对板电极与柱电极之间的电荷转移情况、板电极与针电极之间的电荷转移情况进行等效，并且设置处理模块获取第一充放电电路等效的流经柱电极的第一电荷量和第二充放电电路等效的流经针电极的第二电荷量，并根据第一电荷量和第二电荷量，以及第一电荷量和第二电荷量之间的关系，进行一定的计算确定待测液体的流注电荷量。
进一步地，可以通过在第一充放电电路中设置电容C1、在第二充放电电路中设置电容C2，此时，测量电路可以获取C1、C2上的电压V1、V2，根据预设的C1、C2的电容值，确定第一电荷量和第二电荷量。其中，第一电荷量包括板电极和柱电极之间等效电容Cr上的电荷量；第二电荷量可以包括板电极和针电极之间等效电容Cp上的电荷量或者板电极和针电极之间等效电容Cp上的电荷量+流注电荷量。示例地，由于柱电极的曲率半径大于针电极的曲率半径，即放电现象发生在针电极，第二电容C2的选取设置时，需要远大于板电极和针电极之间的等效电容Cp，电压上升期间绝大部分的电压施加在Cp上。未产生流注时，假设该时刻电压为V，流经针两电极的电荷为：Qp＝CpV，C2两端电压为：V2＝CpV/C2。此时，可以通过调节可调电容C1使得，得到V1＝V2，即C2Cr＝C1Cp。产生流注时，忽略流注对等效电容Cp的影响，由电荷守恒原理可得到如下关系式：
其中，V1为第一电容两端的电压、V2为第二电容两端的电压，即流经C2的电荷等于流经等效电容Cp的电荷与流注电荷之和，流经C1的电荷等于流经等效电容Cr的电荷。将C2Cr＝C1Cp代入
得到流注中的电荷量Q流注＝C2(V2-V1)。其中，第二电阻可以用于在没有电压输入的时候将第二电容上的电荷释放。稳定放大器的直流偏移并且与增大时间常数。RC电路的时间常数τ＝R*C，为12ms，这能够满足差分模块的带宽。
在本实施例中，通过获取流经柱电极的第一电荷量和流经针电极的第二电荷量；根据第一电荷量和第二电荷量确定待测液体的流注电荷量。测量时无需通过专业的实验室测量设备，通过简单常见的材质与器件，即可对待测液体在产生流注时的电荷量进行测量，成本较低，且不需要较高的环境要求，无需一定在实验室中进行实验得到测试结果。
应该理解的是，虽然图7的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图7中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (4)
1.一种流注电荷量测量装置，其特征在于，所述流注电荷量测量装置包括：板电极、柱电极、针电极和测量电路；
所述板电极，用于接收脉冲电压，并将所述脉冲电压经所述柱电极和所述针电极传输至所述测量电路；其中，所述板电极、所述柱电极和所述针电极均放置于待测液体中；所述柱电极的曲率半径远大于所述针电极的曲率半径，所述柱电极和所述针电极之间的曲率半径差大于预设曲率差阈值；
所述测量电路包括：第一充放电电路、第二充放电电路和处理电路；所述柱电极、所述处理电路的第一输入端之间的公共点与所述第一充放电电路的一端连接，所述第一充放电电路的另一端接地；所述针电极、所述处理电路的第二输入端之间的公共点与所述第二充放电电路的一端连接，所述第二充放电电路的另一端接地；
所述第一充放电电路，用于根据流经所述柱电极的电荷进行充电或放电；
所述第二充放电电路，用于根据流经所述针电极的电荷进行充电或放电；
所述第一充放电电路包括：第一电容和第一电阻；所述第一电容的一个极板与所述柱电极连接，所述第一电容的另一极板接地；所述第一电阻和所述第一电容并联，所述第一电容为可调电容，所述第一电容的值C1远大于所述板电极和所述柱电极之间的等效电容Cr；
所述第二充放电电路包括：第二电容和第二电阻；所述第二电容的一个极板与所述针电极连接，所述第二电容的另一极板接地；所述第二电阻和所述第二电容并联；所述第二电容的值C2远大于所述板电极和所述针电极之间的等效电容Cp；调节所述第一电容的值，使C2Cr＝C1Cp；
所述处理电路包括：差分模块；所述差分模块的第一输入端与所述针电极连接，所述差分模块的第二输入端与所述柱电极连接；
所述差分模块，用于根据所述第二电容的电容值C2、所述第一电容放电时两端的电压V1和所述第二电容放电时两端的电压V2，确定所述待测液体的流注电荷量Q流注＝C2(V2 -V1)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述差分模块包括运算放大器和乘法器；
所述运算放大器，用于对所述第一电容两端的电压和所述第二电容两端的电压做差，确定电压差值并传输至乘法器；
所述乘法器，用于根据所述电压差值和所述第二电容的电容值，确定所述待测液体的流注电荷量。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：第一屏蔽筒和第二屏蔽筒；所述第一屏蔽筒将所述柱电极和所述第一充放电电路包裹，且所述第一屏蔽筒与所述柱电极同心放置；所述第二屏蔽筒将所述针电极和所述第二充放电电路包裹，且所述第二屏蔽筒与所述针电极同心放置；所述第一屏蔽筒和所述第二屏蔽筒均接地；
所述第一屏蔽筒，用于屏蔽外电场对所述第一屏蔽筒内部电场的干扰；
所述第二屏蔽筒，用于屏蔽所述外电场对所述第二屏蔽筒内部电场的干扰。
4.一种流注电荷量测量系统，其特征在于，所述系统包括：终端和上述权利要求1-3任一项所述的流注电荷量测量装置；
所述终端，用于显示所述流注电荷量测量装置传输的待测液体的流注电荷量。
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