CN115494281B - 一种无线感应式电容分压器 - Google Patents
一种无线感应式电容分压器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115494281B CN115494281B CN202211138696.5A CN202211138696A CN115494281B CN 115494281 B CN115494281 B CN 115494281B CN 202211138696 A CN202211138696 A CN 202211138696A CN 115494281 B CN115494281 B CN 115494281B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- copper foil
- foil layer
- induction
- capacitor
- voltage divider
- 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
Links
- 230000006698 induction Effects 0.000 title claims abstract description 57
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 73
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 claims abstract description 73
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 59
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims abstract description 23
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims description 49
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 8
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 4
- 230000004044 response Effects 0.000 description 8
- 238000013461 design Methods 0.000 description 7
- LAXBNTIAOJWAOP-UHFFFAOYSA-N 2-chlorobiphenyl Chemical compound ClC1=CC=CC=C1C1=CC=CC=C1 LAXBNTIAOJWAOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 101710149812 Pyruvate carboxylase 1 Proteins 0.000 description 6
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 4
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
- G01R15/04—Voltage dividers
- G01R15/06—Voltage dividers having reactive components, e.g. capacitive transformer
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
- G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
- G01R15/18—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using inductive devices, e.g. transformers
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
- G01R19/0084—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof measuring voltage only
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)
Abstract
本发明揭示了一种无线感应式电容分压器，包括感应PCB板，所述感应PCB板为多层PCB印制板结构依次分别是元器件基材层、感应屏蔽铜箔层、感应铜箔层、接地屏蔽铜箔层，所述感应PCB上设置有感应PCB板、匹配电容、补偿电容、匹配电阻和取样接口，所述匹配电容为和补偿电容构成并联电路，所述并联电路一端经感应电容连接高压端，另一端接地，所述取样接口经感应铜箔层、匹配电阻连接并联电路。该无线感应式分压器具有，体积非常小，基本不占用脉冲高压设备的空间，且性能稳定可靠、生产加工成本极低、无线感应、安装便捷快速、分压比调节方法丰富多样等优点。
Description
技术领域
本发明涉及高压脉冲功率电子装备领域，特别涉及一种高压脉冲功率电子装备用无线感应式电容分压器。
背景技术
随着高压脉冲功率电子技术不断发展已广泛应用于医用加速器、商业辐照、工业加速器、雷达发射机、同步辐射光源、高能物理研究、生命科学研究、生物制药、人工核反应技术以及安检、探伤等高压脉冲功率电子设备上。
由于高压脉冲功率电子装备的脉冲电压较高，目前国内已知有高达几兆伏的脉冲高压设备，通常脉冲高压设备周围都有比较复杂的电磁环境较。针对脉冲高压进行在线监测，通常将脉冲高压通过接线引入同轴式电容分压器或者平行板式电容分压器对脉冲高压进行在线监测，此类电容分压器都需要用浸油式、绝缘气体密封式以及绝缘树脂灌注式结构；无论是浸油式或绝缘气体密封式电容分压器在设计时都有一个尺寸很大的外壳和重量，造成电容分压器所占整体装备体积和重量的比例较大，成本较高，不方便快速安装,且影响整体高压脉冲功率电子装备小型化设计。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是实现一种结构简单、体积轻小、安装快捷、分压比可以灵活调节，以适应各种脉冲高压量级测量的需求，且不需要接线通过无线感应实现脉冲高压测量的新型电容分压器。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种无线感应式电容分压器，包括感应PCB板，所述感应PCB板为多层PCB印制板结构依次分别是元器件基材层、感应屏蔽铜箔层、感应铜箔层、接地屏蔽铜箔层，所述感应PCB上设置有感应PCB板、匹配电容、补偿电容、匹配电阻和取样接口，所述匹配电容为和补偿电容构成并联电路，所述并联电路一端经感应电容连接高压端，另一端接地，所述取样接口经感应铜箔层、匹配电阻连接并联电路。
所述接地屏蔽铜箔层与感应铜箔层之间设有匹配电容焊盘、补偿电容焊盘，所述匹配电容和补偿电容的两端连接在接地屏蔽铜箔层与感应铜箔层之间，并通过接地屏蔽铜箔层与感应铜箔层实现匹配电容、补偿电容的并联。
所述感应铜箔层上设有取样接口焊盘，所述取样接口固定在感应铜箔层上，所述匹配电阻连接在感应铜箔层和取样接口之间。
所述取样接口为BNC接口、SAM接口或N型接口。
所述匹配电阻为低温漂高精度电阻，所述匹配电阻固定在取样接口中心位置。
所述感应屏蔽铜箔层和感应铜箔层均设有多个感应孔，且感应屏蔽铜箔层和感应铜箔层上的感应孔位置相重叠。
所述感应屏蔽铜箔层、感应铜箔层和接地屏蔽铜箔层的厚度均为35μm。
所述匹配电容、补偿电容均为低温漂高精度电容。
所述无线感应式电容分压器使用时安装在待测脉冲高压设备高压带电体的周围。
所述无线感应式电容分压器安装位置与待测脉冲高压设备高压带电体的距离为d；
通过和/>获取距离d；
其中S为感应面积，ε为介电常数，n为分压比，C1为感应电容，C2为匹配电容，C3为补偿电容。
本发明的优点在于该无线感应式电容分压器主要解决了浸油式电容分压器、绝缘气体密封式电容分压器以及绝缘树脂灌注式电容分压器等传统电容分压器体积庞大，结构件加工生产难度大，设计和生产成本高的问题，且该无线感应式电容分压器不需要将脉冲高压通过接线引入到无线感电容分压器，直接将无线感应式电容分压器安装脉冲高压设备的高压带电体周围就能够实现脉冲高压的测量，不但能通过调整匹配电容、补偿电容来调节分压比，通过调整安装位置和感应面积来调分压比，调节方法更丰富多样。为高压脉冲功率电子装备小型化设计提供必要条件。
该无线感应式分压器具有，体积非常小，基本不占用脉冲高压设备的空间，且性能稳定可靠、生产加工成本极低、无线感应、安装便捷快速、分压比调节方法丰富多样等优点。
附图说明
下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为无线感应式电容分压器整体结构示意图；
图2为无线感应式电容分压器的电路原理图；
图3为感应式电容分压器的感应PCB板结构爆炸图；
图4为无线感应式电容分压器与传统浸油电容分压器在高压脉冲功率电子设备中的运用时外观和使用效果对照图。
上述图中的标记是：1、感应PCB板；2、匹配电容；3、补偿电容；4、匹配电阻；5、取样接口；6、元器件基材层；7、感应屏蔽铜箔层；8、感应铜箔层；9、接地屏蔽铜箔层；10、脉冲高压设备；11、无线感应式电容分压器；12、传统浸油式电容分压器。
在图2中高压带电体与感应PCB板感应铜箔层之间的感应电容为C1；匹配电容为C2；补偿电容为C3；匹配电阻为R1；取样接口为SMA。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
本发明无线感应式电容分压器11用于测量脉冲高压的测量，解决了用油浸式电容分压器、绝缘气体密封式以及绝缘树脂灌注式电容分压器体积庞大、笨重、结构复杂、生产装配困难、使用方便，还能够很大程度低降生产成本、提高生产效率为高压脉冲功率电子装备小型化设计提供必要条件。
无线感应式电容分压器11由感应PCB板1，匹配电容2、补偿电容3、匹配电阻4、取样接口5等组成，其中感应PCB板1为由多层结构，按照层结构关系依次是元器件基材层6、感应屏蔽铜箔层7、感应铜箔层8、接地屏蔽铜箔层9组成，感应屏蔽铜箔层7且铜箔上设有感应孔，感应屏蔽铜箔层7为35μm不等的铜箔且设有多个感应孔，感应铜箔层8为35μm不等的铜箔，且感应铜箔层8上也设有感应孔，感应铜箔层8上感应孔与感应屏蔽铜箔层7上的感应孔对应，对应的感应面积可调；在感应铜箔层8与取样接口5的芯之间设有匹配电阻4。
接地屏蔽铜箔层9且接地屏蔽铜箔层9与感应铜箔层8之间设有匹配电容2焊盘、补偿电容3焊盘、取样接口5焊盘等。接地屏蔽铜箔层9为35μm不等的铜箔，匹配电容2、补偿电容3为低温漂高精度电容接在感应铜箔层8与接地屏蔽铜箔层9之间，即在接地屏蔽铜箔层9与感应铜箔层8之间设有匹配电容2、补偿电容3，匹配电容2、补偿电容3优选用低温漂高精度电容。能通过调节匹配电容2、补偿电容3的大小来调节分压器的分压比，也可以通过调整安装位置、感应面积来调节分压比。
线感应式电容分压器11电路原理如图2所示，脉冲高压带电体与感应PCB板1感应铜箔层8之间的感应电容为C1，且感应电容C1根据无线感应式电容分压器11的安装位置或感应面积不同可以改变感应电容C1从而达到调节分压比的效果；感应铜箔层8与接地屏蔽铜箔层9之间的匹配电容2为C2、补偿电容3为C3，接在感应PCB板1感应铜箔层8与接地屏蔽铜箔层9之间；匹配电阻4为R1接在感应PCB板1的感应铜箔层8与取样接口5SMA的芯之间。取样接口5为快速接插接口如BNC接口,SAM接口；N型接口等不仅限于此。
无线感应式电容分压器11使用时要将无线感应电容分压器放置在高压脉冲设备的高压带电体的周围，所测脉冲高压带电部位与感应PCB板1之间会产生一个感应电容(式中S为感应面积，d为感应PCB板1到高压带电体的距离，ε为介电常数)，所以此时分压比为/> (式中n为分压比，C1为感应电容，C2为匹配电容2，C3为补偿电容3)，且不需要将脉冲高压通过接线引入到无线感应电容分压器就可以对脉冲高压进行在线测量，使用测量时不但能通过调整匹配电容2、补偿电容3来调节分压比，通过调整安装位置和感应面积来调分压比，调节方法丰富多样更方便。
该无线感应式分压器具有以下优点：
1、无线感应式电容分压器11使用时需要将其安装在待测脉冲高压设备10高压带电体的周围即可，使用时通过无线感应不需要将脉冲高压通过接线引入到无线感应电容分压器；
2、无线感应式分压器的设计主要有一个感应电路板构成，结构更简单基本没有机加工结构件，比浸油式、绝缘气体密封式以及绝缘树脂灌注式电容分压器外形尺寸更小，重量更轻，生产加工成本更低、性能稳定可靠、安装使用更便捷，为高压脉冲功率电子装备小型化设计提供了必要的条件；
3、无线感应式分压器不但能通过调整匹配电容2、补偿电容3来调节分压比，还能够通过调整安装位置和感应面积改变感应电容的大小来调分压比，调节方法丰富多样更方便。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种无线感应式电容分压器，其特征在于：包括感应PCB板，所述感应PCB板为多层PCB印制板结构依次分别是元器件基材层、感应屏蔽铜箔层、感应铜箔层、接地屏蔽铜箔层，所述感应PCB上设置有感应PCB板、匹配电容、补偿电容、匹配电阻和取样接口，所述匹配电容为和补偿电容构成并联电路，所述并联电路一端经感应电容连接高压端，另一端接地，所述取样接口经感应铜箔层、匹配电阻连接并联电路；所述感应屏蔽铜箔层、感应铜箔层和接地屏蔽铜箔层的厚度均为35μm；
所述接地屏蔽铜箔层与感应铜箔层之间设有匹配电容焊盘、补偿电容焊盘，所述匹配电容和补偿电容的两端连接在接地屏蔽铜箔层与感应铜箔层之间，并通过接地屏蔽铜箔层与感应铜箔层实现匹配电容、补偿电容的并联；
所述感应铜箔层上设有取样接口焊盘，所述取样接口固定在感应铜箔层上，所述匹配电阻连接在感应铜箔层和取样接口之间；
所述感应屏蔽铜箔层和感应铜箔层均设有多个感应孔，且感应屏蔽铜箔层和感应铜箔层上的感应孔位置相重叠。
2.根据权利要求1所述的无线感应式电容分压器，其特征在于：所述取样接口为BNC接口、SAM接口或N型接口。
3.根据权利要求2所述的无线感应式电容分压器，其特征在于：所述匹配电阻为低温漂高精度电阻，所述匹配电阻固定在取样接口中心位置。
4.根据权利要求1所述的无线感应式电容分压器，其特征在于：所述匹配电容、补偿电容均为低温漂高精度电容。
5.根据权利要求4所述的无线感应式电容分压器，其特征在于：所述无线感应式电容分压器使用时安装在待测脉冲高压设备高压带电体的周围。
6.根据权利要求5所述的无线感应式电容分压器，其特征在于：所述无线感应式电容分压器安装位置与待测脉冲高压设备高压带电体的距离为d；
通过和/>获取距离d；
其中S为感应面积，为介电常数，n为分压比，C1为感应电容，C2为匹配电容，C3为补偿电容。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211138696.5A CN115494281B (zh) | 2022-09-19 | 2022-09-19 | 一种无线感应式电容分压器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211138696.5A CN115494281B (zh) | 2022-09-19 | 2022-09-19 | 一种无线感应式电容分压器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115494281A CN115494281A (zh) | 2022-12-20 |
| CN115494281B true CN115494281B (zh) | 2024-05-14 |
Family
ID=84471097
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211138696.5A Active CN115494281B (zh) | 2022-09-19 | 2022-09-19 | 一种无线感应式电容分压器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115494281B (zh) |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1063548A (en) * | 1964-08-28 | 1967-03-30 | Messwandler Bau Gmbh | Improvements in and relating to the measurement of high tension voltage pulses, surgevoltages and other alternating voltages |
| WO1999014604A1 (de) * | 1997-09-16 | 1999-03-25 | Trench Switzerland Ag | Spannungsteiler |
| JP2007256222A (ja) * | 2006-03-27 | 2007-10-04 | Mitsubishi Electric Corp | 分圧装置 |
| CN201852871U (zh) * | 2010-04-06 | 2011-06-01 | 西安交通大学 | 一种由印刷电路板构成的电容分压器 |
| CN102360883A (zh) * | 2011-08-03 | 2012-02-22 | 无锡市锡容电力电器有限公司 | 一种电容分压器芯子介质 |
| CN203838215U (zh) * | 2013-11-30 | 2014-09-17 | 芜湖国睿兆伏电子有限公司 | 一种可调节分压比的电容分压器 |
| CN104267232A (zh) * | 2014-10-13 | 2015-01-07 | 西安交通大学 | 一种非接触测量用电容传感器下限频率拓展系统 |
| CN104678146A (zh) * | 2013-11-28 | 2015-06-03 | 北京有色金属研究总院 | 一种基于玻璃陶瓷电容器的小型化全固态电容式分压器 |
| CN105899957A (zh) * | 2014-01-08 | 2016-08-24 | 伊顿公司 | 适用于断路器的多层电容器分压器电压传感器和相关断路器 |
| CN107064590A (zh) * | 2016-12-23 | 2017-08-18 | 芜湖国睿兆伏电子有限公司 | 一种便携干式电容分压器 |
| CN110832330A (zh) * | 2017-06-13 | 2020-02-21 | 3M创新有限公司 | 高压阻抗组件 |
| CN114578113A (zh) * | 2020-11-30 | 2022-06-03 | 北京科益虹源光电技术有限公司 | 一种比例系数可调的脉冲高压分压系统 |
-
2022
- 2022-09-19 CN CN202211138696.5A patent/CN115494281B/zh active Active
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1063548A (en) * | 1964-08-28 | 1967-03-30 | Messwandler Bau Gmbh | Improvements in and relating to the measurement of high tension voltage pulses, surgevoltages and other alternating voltages |
| WO1999014604A1 (de) * | 1997-09-16 | 1999-03-25 | Trench Switzerland Ag | Spannungsteiler |
| JP2007256222A (ja) * | 2006-03-27 | 2007-10-04 | Mitsubishi Electric Corp | 分圧装置 |
| CN201852871U (zh) * | 2010-04-06 | 2011-06-01 | 西安交通大学 | 一种由印刷电路板构成的电容分压器 |
| CN102360883A (zh) * | 2011-08-03 | 2012-02-22 | 无锡市锡容电力电器有限公司 | 一种电容分压器芯子介质 |
| CN104678146A (zh) * | 2013-11-28 | 2015-06-03 | 北京有色金属研究总院 | 一种基于玻璃陶瓷电容器的小型化全固态电容式分压器 |
| CN203838215U (zh) * | 2013-11-30 | 2014-09-17 | 芜湖国睿兆伏电子有限公司 | 一种可调节分压比的电容分压器 |
| CN105899957A (zh) * | 2014-01-08 | 2016-08-24 | 伊顿公司 | 适用于断路器的多层电容器分压器电压传感器和相关断路器 |
| CN104267232A (zh) * | 2014-10-13 | 2015-01-07 | 西安交通大学 | 一种非接触测量用电容传感器下限频率拓展系统 |
| CN107064590A (zh) * | 2016-12-23 | 2017-08-18 | 芜湖国睿兆伏电子有限公司 | 一种便携干式电容分压器 |
| CN110832330A (zh) * | 2017-06-13 | 2020-02-21 | 3M创新有限公司 | 高压阻抗组件 |
| CN114578113A (zh) * | 2020-11-30 | 2022-06-03 | 北京科益虹源光电技术有限公司 | 一种比例系数可调的脉冲高压分压系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115494281A (zh) | 2022-12-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101968511B (zh) | 一种矿物及固体绝缘材料电阻率测量的小型电极实验装置 | |
| CN103208360B (zh) | 一种gis用电子式电流电压组合互感器 | |
| CN203218098U (zh) | Gis用电子式电流电压组合互感器 | |
| CN106018973A (zh) | 一种微带测试纳米薄膜微波电磁参数装置 | |
| CN105629049A (zh) | 一种基于高斯求积算法的光学电压互感器 | |
| CN205786867U (zh) | 一种纳米薄膜微波电磁参数测试装置 | |
| CN108802484B (zh) | 一种气体绝缘的实时自校准宽频高电压测量装置 | |
| CN108828321A (zh) | 一种用于测量介电常数的差分微波传感器 | |
| CN115494281B (zh) | 一种无线感应式电容分压器 | |
| Kim et al. | Novel ethanol chemical sensor using microfluidic metamaterial | |
| CN101566640B (zh) | 一种电子式电压传感器 | |
| CN109188042A (zh) | 一种配电一二次融合用三相薄膜电容分压式电压传感器 | |
| CN206515384U (zh) | 一种电子式电压互感器 | |
| CN111398370B (zh) | 微纳米尺寸图形化薄膜阵列的介电测试系统及方法 | |
| US9113543B2 (en) | Device and use of the device for measuring the density and/or the electron temperature and/or the collision frequency of a plasma | |
| Wang et al. | Design of printed-circuit board Rogowski coil for highly accurate current measurement | |
| CN1180219C (zh) | 防水型电子数显卡尺 | |
| CN201167025Y (zh) | 基于电阻分压的电子式电压互感器 | |
| CN203930030U (zh) | 瞬态磁场微分传感器 | |
| Zhang et al. | Research and application of a new soil moisture sensor | |
| CN207066510U (zh) | 矿用供电设备在线监控装置及系统 | |
| CN1108512C (zh) | 水下位移测量方法及其测量装置 | |
| CN204116582U (zh) | 瞬态磁场微分传感器 | |
| CN217007464U (zh) | 一种高精度电流传感器 | |
| CN2402995Y (zh) | 容栅角位移传感器 |
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 |