CN114773057B - 压电陶瓷及用于变压器局部放电检测的接触式超声传感器 - Google Patents

压电陶瓷及用于变压器局部放电检测的接触式超声传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN114773057B
CN114773057B CN202210587504.2A CN202210587504A CN114773057B CN 114773057 B CN114773057 B CN 114773057B CN 202210587504 A CN202210587504 A CN 202210587504A CN 114773057 B CN114773057 B CN 114773057B
Authority
CN
China
Prior art keywords
ceramic
ultrasonic sensor
piezoelectric ceramic
partial discharge
transformer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210587504.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114773057A (zh
Inventor
王妍
陈川
张熙民
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Super High Voltage Co Of State Grid Shandong Electric Power Co
State Grid Smart Grid Research Institute Co ltd
Original Assignee
Super High Voltage Co Of State Grid Shandong Electric Power Co
State Grid Smart Grid Research Institute Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Super High Voltage Co Of State Grid Shandong Electric Power Co, State Grid Smart Grid Research Institute Co ltd filed Critical Super High Voltage Co Of State Grid Shandong Electric Power Co
Priority to CN202210587504.2A priority Critical patent/CN114773057B/zh
Publication of CN114773057A publication Critical patent/CN114773057A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114773057B publication Critical patent/CN114773057B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/48—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates
    • C04B35/49—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates containing also titanium oxides or titanates
    • C04B35/491—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates containing also titanium oxides or titanates based on lead zirconates and lead titanates, e.g. PZT
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K11/00—Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/10—Spot welding; Stitch welding
    • B23K11/11—Spot welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K11/00—Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/36—Auxiliary equipment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
    • C04B41/51—Metallising, e.g. infiltration of sintered ceramic preforms with molten metal
    • C04B41/5116—Ag or Au
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/80—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only ceramics
    • C04B41/81—Coating or impregnation
    • C04B41/89—Coating or impregnation for obtaining at least two superposed coatings having different compositions
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
    • G01R31/1209—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing using acoustic measurements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3232—Titanium oxides or titanates, e.g. rutile or anatase
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3244—Zirconium oxides, zirconates, hafnium oxides, hafnates, or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3251—Niobium oxides, niobates, tantalum oxides, tantalates, or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3294—Antimony oxides, antimonates, antimonites or oxide forming salts thereof, indium antimonate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3296—Lead oxides, plumbates or oxide forming salts thereof, e.g. silver plumbate

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

本发明公开一种压电陶瓷材料的制备方法，其方法为将原料Pb3O4、ZrO2、TiO2、Sb2O3、Nb2O5按化学式0.98Pb(Zr0.5Ti0.5)O3‑0.02Pb(Sb0.5Nb0.5)O3混合经过加工后得到所述压电陶瓷。本发明还公开了上述制备方法制得的压电陶瓷及采用该压电陶瓷的用于变压器局部放电检测的接触式超声传感器。本发明采用特定工艺并根据室温下的弛豫特性及诱发的相不均匀性，得到900pC/N以上的高性能压电陶瓷。本发明最终得到的超声传感器具有高灵敏度，峰值频率在变压器局放特征频率160kHz附近，为电网的可靠运行提供技术支撑，具有制备简便、一致性高的优点。

Description

压电陶瓷及用于变压器局部放电检测的接触式超声传感器
技术领域
本发明涉及传感设备领域，具体涉及一种压电陶瓷及用于变压器局部放电检测的接触式超声传感器。
背景技术
电力变压器在长期运行过程中常出现局部放电的问题。从该类电气设备历年的故障统计来讲，由绝缘材料长期工作在高压、高温、雷电等各类恶劣环境所造成的绝缘故障在各类故障中的比例占80％，而局部放电是电气设备绝缘板劣化的主要原因。该类缺陷分布分散、前期发现困难，但缺陷发展后极易造成事故，为现场运维造成了较大的困扰。局部放电缺陷一般会引发明显的超声信号，可通过超声传感器检测超声信号来监测设备的异常状态。相比其他类型传感器，超声传感器因具有抗电磁干扰能力强、检测装置成本低、能直接对局放实现空间定位、不影响设备运行、易于在线检测等优势而成为目前主流的电力设备局部放电和异常振动缺陷检测技术。随着能源互联网建设的推进，电网对设备的全面感知和缺陷预警需求持续增加，超声传感器的市场和用量也将急剧增加。
但目前的超声波传感器也存在以下问题：首先是目前市场上尚无针对电力设备特点定制化开发的超声波传感器产品。广泛应用PAC产品，是因为其检测频带正好落在电力设备局放特征频带上，但PAC产品的峰值灵敏度为100kHz左右，并不与变压器(80～200kHz，峰值160kHz)的局放特征频带重合；其次是国内外的接触式传感器产品均非针对电力变压器局部放电特征开发，核心传感材料工业化应用的压电系数有限，且谐振频率与电力变压器的局放信号也不匹配，检测灵敏度均无法完全满足电力变压器的局放检测需求，尚无有效检测手段，实际应用中存在严重的漏报、误报等问题。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有超声传感器应用于电力设备时不匹配，灵敏度不足的缺陷，从而提供一种压电陶瓷及用于变压器局部放电检测的接触式超声传感器。
为此，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种压电陶瓷的制备方法，包括如下步骤：
S1:将原料Pb3O4、ZrO2、TiO2、Sb2O3、Nb2O5按化学式0.98Pb(Zr0.5Ti0.5)O3-0.02Pb(Sb0.5Nb0.5)O3混合后加入乙醇进行球磨；
S2：将球磨后的原料烧结，进行固相反应；
S3：向反应后的原料中加入胶黏剂造粒，得到陶瓷粉末；
S4：将陶瓷粉末成型后排胶，并进行烧结，得到陶瓷片材；
S5：将陶瓷片材加工至需要的尺寸；
S6：在加工后的陶瓷片材表面覆盖导电银层；
S7：对覆盖了导电银层陶瓷片材进行极化处理，得到所述压电陶瓷。
进一步地，其特征在于，
步骤S1中，球磨速度450-600rpm，球磨时间12h，此处的球磨速度比现有工艺慢，时间更长，保证原料混合的更加均匀，颗粒大小也更均匀；
步骤S2中，烧结温度为925℃，时间为5h；
步骤S3中，所述胶黏剂为8wt％聚乙烯醇(PVA)，所述陶瓷粉末的粒径为0.15～0.28mm；
步骤S4中，烧结温度为1225℃，时间为5h；
步骤S6中，所述导电银层的厚度不大于20μm，
覆盖导电银层的方法为，先将导电银浆覆盖在陶瓷片材上并烘干，然后在730℃下放置40min；
步骤S7中，所述极化为在80℃，1kV/mm的直流电场下极化30min，根据电场的施加方向确定所述压电陶瓷的正、负极。
本发明还提供一种压电陶瓷，上述制备方法制得。
本发明还提供一种用于变压器局部放电检测的接触式超声传感器，使用上述压电陶瓷。
上述超声传感器的制备方法，包括如下步骤：
SS1：将氧化铝陶瓷与权利要求1或2所述的制备方法制得的压电陶瓷或权利要求3所述的压电陶瓷低温焊接并烘干，得到复合陶瓷片；
SS2：制备传感器外壳；
SS3：将引线与SMA接头点焊，装配入传感器外壳；
SS4：将SMA接头封胶；
SS5：将引线焊接纯铜片的一面，并将纯铜片的另一面低温焊接在压电陶瓷表面；
SS6：将复合陶瓷片装配进传感器外壳中，得到所述超声传感器。
进一步地，
所述步骤SS1中，低温焊接为将氧化铝陶瓷和压电陶瓷的负极通过导电银浆粘合；
所述步骤SS5中，低温焊接为将纯铜片和压电陶瓷的正极通过导电银浆粘合。
所述步骤SS2中，传感器外壳高22.00cm，直径为19.30cm，厚度0.55cm。
所述步骤SS3中，点焊条件为，电流50-200kW之间，电压5-11V。
所述步骤SS4中，使用的密封胶为1.2-1.21g。
本发明技术方案，具有如下优点：
(1)本发明压电陶瓷限定原料以化学式0.98Pb(Zr0.5Ti0.5)O3-0.02Pb(Sb0.5Nb0.5)O3混合，采用特定工艺并根据室温下的弛豫特性及诱发的相不均匀性，得到900pC/N以上的高性能压电陶瓷。
(2)本发明超声传感器外壳采用仿真计算，在传感器外壳的厚度、直径、高度作出了改良，特定设计出与压电材料电气和机械匹配的结构。
(3)本发明超声传感器的制备中，由于在掺杂的条件下，压电材料的相变温度会降低，采用传统的锡焊接技术会使得压电材料迅速去极化，采用低温焊接技术可以保证材料的压电性能在加工过程中稳定；在连接引线与SMA接头时采用点焊技术，通过接通电流，在电阻热的作用下工件接触处熔化，冷却后形成焊点，与传统的锡焊接技术相比对连接区的加热时间很短，焊接速度快，只消耗电能，不需要填充材料或焊剂、气体等，这样可以保证较高的洁净度，避免残留的杂质在传感器腔体内随压电材料振动影响灵敏度；本发明所采用的密封技术精确控制了密封材料的重量，保证了传感器的配重，同时对接口的固定填充可保证传感器的防水特性。
(4)本发明最终得到的超声传感器具有高灵敏度，谐振频率在变压器局放特征频率附近，性能超过美国PAC传感器，为电网的可靠运行提供技术支撑，具有制备简便、一致性高的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明具体实施方式实施例2中的超声传感器结构；
图2为本发明具体实施方式实施例2中的超声传感器的外壳结构，分别是外壳的俯视图(A)、主视图(B)和左视图(C)；
图3为本发明试验例中的超声传感器的灵敏度性能测试结果。
附图标记：
1-压电陶瓷；2-氧化铝陶瓷；3-超声传感器外壳；4-SMA接头；5-引线；6-铜片；7-密封胶。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
实施例中使用的导电银浆为SPI Supplies公司的05001-AB导电胶及05004-DA稀释液产品。
实施例1
本实施例提供一种压电陶瓷，具体制备方法如下：
(1)进行料前处理，将陶瓷原料Pb3O4、ZrO2、TiO2、Sb2O3、Nb2O5原料放置于100℃中烘12h，去除原料中的潮气。
(2)按化学式0.98Pb(Zr0.5Ti0.5)O3-0.02Pb(Sb0.5Nb0.5)O3配比称量原料，置于球磨罐中，加入乙醇。
(3)将球磨罐置于球磨机中，设置球磨速度450rpm、球磨时间12h，混匀磨细原料后烘干。
(4)将烘干后的粉料转移到坩埚中，加盖后置于箱式炉中，在925℃烧结5h，使各原料在高温下进行固相反应，形成陶瓷主相。
(5)在预烧粉料中加入8wt％PVA胶黏剂，将胶与原料混合均匀，使粉料达到指定粒度，形成高密度、流动性好的颗粒。
(6)使用压片机将造粒完成后的粉料压成生坯。
(7)将生坯放在坩埚中，然后置于马弗炉中，在600℃烧结5h，去除生坯中的PVA胶黏剂。
(8)将排胶后的生坯在1225℃下烧结5h形成陶瓷片。
(9)使用外圆和平面磨床将陶瓷片加工到直径13cm，高度8厘米。
(10)通过丝网在陶瓷片表面印刷上导电银浆并烘干使导电银浆固化。
(11)将带有导电银浆的陶瓷片在730℃下表面形成导电银层。
(12)将烧银完成后的陶瓷片放入极化仪中，设置极化温度80℃，在8kV电压下极化30min，使陶瓷片内部电畴定向排列，使其具有压电性能。
按上述制备方法制备10组压电陶瓷，用准静态d33测试仪器测量陶瓷片的性能，测得本发明所得陶瓷压电性能如下表1所示。
表1 10个压电陶瓷性能测试结果
测试样品 压电常数(pC/N)
1 1071
2 978
3 1053
4 1075
5 1060
6 1032
7 1034
8 1075
9 1080
10 1042
由上表可以看出，本申请制备方法得到压电陶瓷具有很高的压电常数。
实施例2
本实施例提供一种用于变压器局部放电检测的接触式超声传感器，采用实施例1中得到的压电陶瓷，结构如图1所述，具体制备方法如下：
(1)在20MPa、1500℃条件下进行热压烧结得到氧化铝陶瓷2，通过外圆和平面磨床对氧化铝陶瓷2进行机加工，得到直径18cm、厚度2mm的光滑平整的氧化铝陶瓷2。
(2)利用同心圆工装将氧化铝陶瓷2和压电陶瓷1的负极通过导电银浆粘合，使用70℃热烘枪预干10min，后放入恒温烘箱70℃烘干2hour。
(3)根据如图2所示结构的加工超声传感器外壳3，其中，所述超声传感器外壳3为圆柱体，如图2中的(A)俯视图所示，包括外壳外径为19.50mm，内径为14.00mm，外壳厚度为2.75mm；如图2中的(B)和图2中的(C)所示，外壳高度为22.00mm，如图2中的(B)主视图所示，在外壳表面，打出一个通孔用于安装SMA接头4，所述通孔直径为6.30mm，圆心距离底部高度为8.00mm，如图2中的(B)和图2中的(C)所示，在打出通孔后，为便于SMA接头4的装配，在通孔四周形成了向内凹陷的结构，所述凹陷处直径为10.00mm，如图2中的(C)左视图所示，所述凹陷处深度为1.0mm。
所述超声传感器外壳3材质为304不锈钢，表面进行光滑处理，尺寸公差均小于±0.05mm。
(4)酒精浸泡超声传感器外壳3，擦拭干净，清除碎屑。烘干后称重待用。
(5)称量超声传感器外壳3质量，限定重量26.0g±0.5g，将满足要求的壳体用激光打标机进行标注，标注生产时间等信息。
(6)通过固定工装固定SMA接头4，单根引线5与SMA接头4采用点焊机焊接，焊接电流100kW，留出来的线长度应合适，一般为实际需要长度的1.3～1.5倍，然后将SMA接头4装配入超声传感器外壳3中固定。
(7)取重量1.21g，4cm长*直径7mm的热熔胶棒，融化后灌入超声传感器内部，作为密封胶7封住内部螺纹，保证水密性。
(8)将引线5和纯铜片6的一面进行焊接，铜片6直径8mm，厚0.3mm，烙铁温度450℃，焊接后清洗烘干。铜片的另一面和压电材料正极低温焊接，最后使用导电银奖将铜片边缘1mm范围内与压电材料表面的银电极接触。
(9)氧化铝陶瓷内缘交替涂银浆和粘结剂(间隔90度)，涂好后装入壳体，插入过程顺滑，与外壳壁留有空隙，得到接触式超声传感器。
对比例1
本对比例提供一种压电陶瓷，和实施例1相比，唯一的区别在于将原料按化学式0.97Pb(Zr0.5Ti0.5)O3-0.03Pb(Sb0.5Nb0.5)O3混合，最终得到的压电陶瓷的压电常数为830pC/N。
对比例2
本对比例提供一种压电陶瓷，和实施例1相比，唯一的区别在于将原料按化学式0.98Pb(Zr0.4Ti0.6)O3-0.02Pb(Sb0.5Nb0.5)O3混合，最终得到的压电陶瓷的压电常数为870pC/N。
从对比例1和对比例2可以看出，稍微改变本申请中原料配比，最终得到的压电陶瓷的压电常数会大幅下降。
试验例
对实施例2得到的超声传感器和PAC的R6和R15超声传感器进行性能对比，采用接触式超声传感器测试平台测试传感器灵敏度，根据图2传感器在200kHz频率下的灵敏度测试结果，可以看出本发明所研制的超声传感器峰值明显高于PAC的R6和R15超声传感器，且峰值对应频率在160kHz附近，正好在电力变压器的局部放电特征频率处，因此可印证本发明研制出一种高灵敏度的变压器局部放电接触式超声传感器。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种用于变压器局部放电检测的接触式超声传感器，其特征在于，所述超声传感器使用的压电陶瓷的制备方法，包括如下步骤：
S1:将原料Pb3O4、ZrO2、TiO2、Sb2O3、Nb2O5按化学式Pb0.98(Zr0.5Ti0.5)0.02 (Sb0.5Nb0.5)O3混合后加入乙醇进行球磨；
S2：将球磨后的原料烧结，进行固相反应；
S3：向反应后的原料中加入胶黏剂造粒，得到陶瓷粉末；
S4：将陶瓷粉末成型后排胶，并进行烧结，得到陶瓷片材；
S5：将陶瓷片材加工至需要的尺寸；
S6：在加工后的陶瓷片材表面覆盖导电银层；
S7：对覆盖了导电银层陶瓷片材进行极化处理，得到所述压电陶瓷；
步骤S1中，球磨速度450-600rpm，球磨时间12h；
步骤S2中，烧结温度为925℃，时间为5h；
步骤S3中，所述胶黏剂为8wt%聚乙烯醇，所述陶瓷粉末的粒径为0.15~0.28mm；
步骤S4中，烧结温度为1225℃，时间为5h；
步骤S6中，所述导电银层的厚度不大于20μm，
覆盖导电银层的方法为，先将导电银浆覆盖在陶瓷片材上并烘干，然后在730℃下放置40min；
步骤S7中，所述极化为在80℃， 1kV/mm的直流电场下极化30min，根据电场的施加方向确定所述压电陶瓷的正、负极。
2.一种权利要求1所述的用于变压器局部放电检测的接触式超声传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
SS1：将氧化铝陶瓷与压电陶瓷低温焊接并烘干，得到复合陶瓷片；
SS2：制备传感器外壳；
SS3：将引线与SMA接头点焊，装配入传感器外壳；
SS4：将SMA接头封胶；
SS5：将引线焊接纯铜片的一面，并将纯铜片的另一面低温焊接在压电陶瓷表面；
SS6：将复合陶瓷片装配进传感器外壳中，得到所述超声传感器。
3.根据权利要求2所述的用于变压器局部放电检测的接触式超声传感器的制备方法，其特征在于，
所述步骤SS1中，低温焊接为将氧化铝陶瓷和压电陶瓷的负极通过导电银浆粘合；
所述步骤SS5中，低温焊接为将纯铜片和压电陶瓷的正极通过导电银浆粘合。
4.根据权利要求2或3所述的用于变压器局部放电检测的接触式超声传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤SS2中，传感器外壳高22.00mm，直径为19.50mm，厚度2.75mm。
5.根据权利要求4所述的用于变压器局部放电检测的接触式超声传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤SS3中，点焊条件为，电流50-200kW之间，电压5-11V。
6.根据权利要求5所述的用于变压器局部放电检测的接触式超声传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤SS4中，使用的密封胶为1.2-1.21g。
CN202210587504.2A 2022-05-25 2022-05-25 压电陶瓷及用于变压器局部放电检测的接触式超声传感器 Active CN114773057B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210587504.2A CN114773057B (zh) 2022-05-25 2022-05-25 压电陶瓷及用于变压器局部放电检测的接触式超声传感器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210587504.2A CN114773057B (zh) 2022-05-25 2022-05-25 压电陶瓷及用于变压器局部放电检测的接触式超声传感器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114773057A CN114773057A (zh) 2022-07-22
CN114773057B true CN114773057B (zh) 2023-05-02

Family

ID=82408641

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210587504.2A Active CN114773057B (zh) 2022-05-25 2022-05-25 压电陶瓷及用于变压器局部放电检测的接触式超声传感器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114773057B (zh)

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2682357B2 (ja) * 1992-08-12 1997-11-26 株式会社大真空 圧電セラミックスおよび圧電セラミックスの製造方法およびセラミックス振動子ならびに圧電トランス
JP3678234B2 (ja) * 2002-07-25 2005-08-03 株式会社村田製作所 積層型圧電部品の製造方法、及び積層型電子部品
CN100442024C (zh) * 2006-12-22 2008-12-10 西安森舍电子科技有限责任公司 一种耐高温耐高压陶瓷应变片传感器及其封装固化方法
CN103641475A (zh) * 2013-11-29 2014-03-19 苏州衡业新材料科技有限公司 低温共烧多层压电陶瓷及其制备方法
CN104844202B (zh) * 2015-04-16 2017-03-29 中国科学院光电技术研究所 一种锰锑酸铅掺杂的铌镍‑锆钛酸铅压电陶瓷
CN106525103A (zh) * 2016-10-27 2017-03-22 深圳市康通科技有限公司 超声波传感器的电极安装结构及安装方法
CN106388866A (zh) * 2016-11-30 2017-02-15 河北奥索电子科技有限公司 一种大带宽跟骨骨密度超声探头及其制作方法
CN108275998A (zh) * 2017-12-27 2018-07-13 贵州振华红云电子有限公司 三元系psn-pzt压电陶瓷片及其制备方法
CN109400152A (zh) * 2018-10-08 2019-03-01 贵州振华电子信息产业技术研究有限公司 一种耐电压压电陶瓷材料及其制备方法
CN109696677A (zh) * 2019-02-26 2019-04-30 赵圣英 六元式超声波传感器
CN112759390A (zh) * 2019-11-04 2021-05-07 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种具有高kp值的PSN-PZT压电陶瓷及其制备方法
CN111013994B (zh) * 2019-12-05 2021-08-27 上海交通大学 一种接触式聚焦型医用压电超声换能器及制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN114773057A (zh) 2022-07-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106910630A (zh) 层叠电子部件
CN104977326A (zh) 传感器
EP1675190A1 (en) Multilayer piezoelectric device
CN2817277Y (zh) 一种带高灵敏度温度传感器的新型氧化铝陶瓷加热片
CN114235226B (zh) 一种离电式无线无源柔性压力传感器、制备及应用
CN114773057B (zh) 压电陶瓷及用于变压器局部放电检测的接触式超声传感器
CN105424231B (zh) 一种高精度陶瓷压力传感器
CN115247999A (zh) 基于直书写打印的裂纹扩展长度监测用格栅传感器及方法
CN105606247B (zh) 一种耐高温快速响应的热敏电阻及其制成的温度传感器
CN112151667A (zh) 一种贱金属电极高压电常数无铅多层压电陶瓷片
US5312581A (en) Method for forming connector terminal electrodes of a lamination capacitor
CN1654420A (zh) 片式电容器用介质陶瓷材料及其制备方法
CN207366508U (zh) 用于监控氧化锆加工裂纹的传感器装置
CN100396644C (zh) 低温烧成瓷器及其电子部件
DE112017001287B4 (de) Messvorrichtung für eine physikalische Größe, Verfahren zu ihrer Herstellung und Messelement für eine physikalische Größe
CN214753395U (zh) 一种零序相序陶瓷电容芯片集成的一体化结构
CN102522169A (zh) 一种多层片式热敏陶瓷电阻用端电极及其制备方法
CN115141017A (zh) 一种压电陶瓷、gis局部放电检测超声传感器及其制备方法
JP2013239636A (ja) 超音波厚みセンサの製造方法
US7825355B2 (en) Ceramic block with built in electrode and method of manufacture thereof
CN209399963U (zh) 锂离子电池极组冷压加工平行度的实时检测装置
CN117804626B (zh) 温敏器件、锂离子电池电芯内部温度测量装置及制备方法
CN205920877U (zh) 片状多层陶瓷电容
CN219435706U (zh) 镍铜合金电极陶瓷电容器
CN115472361B (zh) 一种高温片式厚膜电阻器及其生产工艺

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant