CN220357137U - 薄片状绝缘材料表面电势分布与电荷消散特性的测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于绝缘材料表面电荷检测装置领域，具体涉及一种针对薄片状绝缘材料表面电势分布与电荷消散特性的测量装置，本申请通过将X轴、Y轴、Z轴方向的移动机构依次连接，并将探头设于Z轴方向的移动机构上，从而实现对探头在X轴、Y轴、Z轴三个方向上的位移进行调节。通过三个方向的移动机构调节探头在待测试样不同位点，从而实现对待测试样表面电势分布情况进行检测；通过将金属圆盘接地，进而可以检测试样表面电势随时间的变化，对待测试样的电荷消散特性进行检测分析。本申请测量装置体积小、结构简单，且能够快速准确测量片状绝缘材料的电势分布及电荷消散特性的优势，对待测试样的形状要求低。

Description

薄片状绝缘材料表面电势分布与电荷消散特性的测量装置

技术领域

本实用新型属于绝缘材料表面电荷检测装置领域，具体而言，涉及一种针对薄片状绝缘材料表面电势分布与电荷消散特性的测量装置。

背景技术

运行在直流电场下的绝缘材料必然会在表面积聚电荷，表面电荷产生的电场会使原有的电场分布发生畸变，甚至会引起闪络等事故，闪络即绝缘材料周围的气体或液体电解质被击穿时，沿绝缘材料表面放电的现象，发生闪络后，电极间的电压迅速下降到零或接近于零，闪络通道中的火花或电弧使绝缘表面局部过热造成炭化，损坏表面绝缘。

绝缘材料表面的电荷积聚与消散特性对于电气设备至关重要，而表面电势分布的测量则是表征绝缘材料表面电荷特性的最有效手段，因此，开发设计一种能够快速准确测量片状绝缘材料表面电势分布的装置具有重要意义。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种针对薄片状绝缘材料表面电势分布与电荷消散特性的测量装置，具有结构简单，快速准确测量片状绝缘材料的电势分布的优势。

基于上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种薄片状绝缘材料表面电势分布与电荷消散特性的测量装置，包括顶部开口的方形箱体，箱体的底部设有金属圆盘，箱体顶部四周设有固定板，固定板上设有分别沿X轴、Y轴、Z轴方向移动的移动机构；且X轴方向的移动机构设于Y轴方向的移动机构上；Z轴方向的移动机构设于X轴方向的移动机构上；Z轴方向的移动机构连接有探头。

本申请提供的测量装置包括了X轴、Y轴、Z轴三个方向的移动机构，通过将X轴方向的移动机构设于Y轴上，将Z轴方向的移动机构设于X轴上，并将探头设于Z轴方向的移动机构上，可实现对探头在X轴、Y轴、Z轴三个方向上的位移进行调节。在对试样进行检测时，将待测试样放置于金属圆盘上，通过三个方向的移动机构调节探头在待测试样不同位点，从而实现对待测试样表面电势分布情况进行检测。

本申请测量装置还可通过将金属圆盘接地，进而可以测量置于金属圆盘上的待测试样的表面电势随时间的变化，从而对待测试样的电荷消散特性进行检测分析。

进一步地，沿Y轴方向移动的移动机构包括可拆卸固定于固定板上的第一导轨，第一导轨上转动连接有第一螺杆，第一螺杆沿第一导轨的长度方向设置；第一导轨上设有与其滑动配合的第一移动件，第一移动件与第一螺杆螺纹配合。

采用在第一导轨上转动连接第一螺杆，通过转动第一螺杆，能够调节第一移动件在第一导轨上的位移，为探头提供第一个方向如Y轴方向上的位移调节。

进一步地，沿X轴方向移动的移动机构包括可拆卸固定于第一移动件上的第二导轨，第二导轨与第一导轨相垂直，第二导轨上转动连接有第二螺杆，第二螺杆沿第二导轨的长度方向设置；第二导轨上设有与其滑动配合的第二移动件，第二移动件与第二螺杆螺纹配合。

采用将第二导轨固定于第一移动件上，使得第二导轨能够与第一移动件进行同步的第一方向如Y轴方向的位移调节；并在与第一导轨相垂直的第二导轨上设置第二移动件，通过第二螺杆调节第二移动件在X轴方向的位移，故而该设计可通过第一移动件和第二移动件同时实现探头在X轴方向和Y轴方向上的位移。

进一步地，沿Z轴方向移动的移动机构包括与第二移动件螺纹连接的第三螺杆，第一螺杆、第二螺杆、第三螺杆相互垂直设置。

本装置采用将第三螺杆固定于第二移动件上，通过转动第三螺杆可进一步实现对设于第三螺杆上的探头在Z轴方向的位移进行调节。

进一步地，探头设于第三螺杆的底部。

探头可直接固定于第三螺杆底部的中间位置，即便在第三螺杆转动的同时不影响探头在X轴、Y轴方向的位移；若探头通过连接件固定于第三螺杆的底部，则要求连接件与第三螺杆转动连接，即第三螺杆转动调节探头在Z轴方向的位移的同时，连接件并不随第三螺杆转动，以保持探头在X轴、Y轴方向的位移不受影响。

进一步地，第一导轨与第二导轨的结构相同，均包括L型导轨和固定于L型导轨两侧的堵头，其中一个堵头上开设有第一螺纹孔，另一堵头上开设有盲孔；第一螺杆穿过第一导轨的堵头上的第一螺纹孔，与另一堵头上的盲孔转动连接；第二螺杆穿过第二导轨的堵头上的第一螺纹孔，与另一堵头上的盲孔转动连接。

采用在导轨的两端分别设置带有第一螺纹孔或盲孔的堵头，使得螺杆的一端与盲孔转动连接，并且通过相对而设的第一螺纹孔和盲孔，调整螺杆与导轨的水平部相平行。

进一步地，L型导轨包括水平部和竖直部，第一移动件和第二移动件上均开设有与L型导轨竖直部滑动配合的滑槽。

为了使第一移动件、第二移动件分别在第一导轨、第二导轨上平稳移动，采用在两个移动件上均开设与导轨的竖直部相配合的滑槽，在滑动过程中，移动件的底部与导轨的水平部相接触，并通过螺杆和导轨的竖直部同时对移动件进行限位，使得移动件在导轨上的滑动更为稳定。

L型导轨的水平部还设有标尺。

为了进一步确定探头的移动位移，采用在L型导轨的水平部设置标尺。

进一步地，第一移动件和第二移动件上均开设有第二螺纹孔；第一移动件上的第二螺纹孔与第一螺杆螺纹配合；第二移动件上的第二螺纹孔与第二螺杆螺纹配合；第二移动件上还开设有与第三螺杆相配合的第三螺纹孔。

通过上述移动件上螺纹孔的设置，便于通过螺杆的转动调节移动件的移动位移，进而调节探头的移动位移。

进一步地，箱体底部开设有供金属圆盘接地的接地线穿过用通孔。

通过通孔可以方便地将金属圆盘通过导线接地。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

本申请装置通过将X轴方向的移动机构设于Y轴上，将Z轴方向的移动机构设于X轴上，并将探头设于Z轴方向的移动机构上，可实现对探头在X轴、Y轴、Z轴三个方向上的位移进行调节。在对试样进行检测时，将待测试样放置于金属圆盘上，通过三个方向的移动机构调节探头在待测试样不同位点，从而实现对待测试样表面电势分布情况进行检测。

本申请测量装置还可通过接地线通孔利用导线连接金属圆盘，进而可以测量置于金属圆盘上的待测试样的表面电势随时间的变化，从而对待测试样的电荷消散特性进行检测分析。

本申请测量装置具有结构简单，且能够快速准确测量片状绝缘材料的电势分布及电荷消散特性的优势，并且对待测试样的形状要求低。

附图说明

图1为实施例1检测装置的整体结构示意图；

图2为实施例1检测装置的工作状态示意图；

图3为实施例1检测装置中箱体的结构示意图；

图4为实施例1检测装置中导轨的结构示意图；

图5为实施例1检测装置中Y轴方向第一移动件的结构示意图；

图6为实施例1检测装置中X轴方向第二移动件的结构示意图；

图7为实施例1检测装置对不同圆片样品沿半径的电势分布检测结果；

图8～10为实施例1检测装置在不同温度下检测的三种不同待测试样的表面电势变化曲线。

附图编号及标识：1、箱体；2、固定板；3、探头；4、金属圆盘；5、通孔；6、第一导轨；7、第一螺杆；8、第一移动件；9、第二导轨；10、第二螺杆；11、第二移动件；12、第三螺杆；13、L型导轨；14、堵头；15、第一螺纹孔；16、滑槽；17、第二螺纹孔；18、第三螺纹孔。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将结合附图对本申请检测装置进行解释说明，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

实施例1

本实施例提供一种薄片状绝缘材料表面电势分布与电荷消散特性的测量装置，如图1和图2所示，包括顶部开口的方形箱体1，其结构如图3所示，箱体1顶部四周设有固定板2，固定板2可采用与箱体1为一体化连接；固定板2上设有分别沿X轴、Y轴、Z轴方向移动的移动机构；且X轴方向的移动机构设于Y轴方向的移动机构上；Z轴方向的移动机构设于X轴方向的移动机构上；Z轴方向的移动机构连接有探头3；箱体1的底部固定有金属圆盘4，箱体1底部开设有供金属圆盘4接地的接地线通孔5。

其中，沿Y轴方向移动的移动机构包括可拆卸固定于固定板2上的第一导轨6(如图4所示)，第一导轨6上转动连接有第一螺杆7，第一螺杆7沿第一导轨6的长度方向设置；第一导轨6上设有与其滑动配合的第一移动件8(如图5所示)，第一移动件8与第一螺杆7螺纹配合；采用在第一导轨6上转动连接第一螺杆7，通过转动第一螺杆7，能够调节第一移动件8在第一导轨6上的位移，为探头3提供第一个方向如Y轴方向上的位移调节。

沿X轴方向移动的移动机构包括可拆卸固定于第一移动件8上的第二导轨9(如图4所示)，第二导轨9与第一导轨6相垂直，第二导轨9上转动连接有第二螺杆10，第二螺杆10沿第二导轨9的长度方向设置；第二导轨9上设有与其滑动配合的第二移动件11(如图6所示)，第二移动件11与第二螺杆10螺纹配合。采用将第二导轨9固定于第一移动件8上，使得第二导轨9能够与第一移动件8进行同步的第一方向如Y轴方向的位移调节；并在与第一导轨6相垂直的第二导轨9上设置第二移动件11，通过第二螺杆10调节第二移动件11在X轴方向的位移，故而该设计可通过第一移动件8和第二移动件11同时实现探头3在X轴方向和Y轴方向上的位移。

沿Z轴方向移动的移动机构包括与第二移动件11螺纹连接的第三螺杆12，第一螺杆7、第二螺杆10、第三螺杆12相互垂直设置。本装置采用将第三螺杆12固定于第二移动件11上，通过转动第三螺杆12可进一步实现对设于第三螺杆12上的探头3在Z轴方向的位移进行调节。

探头3设于第三螺杆12的底部，探头3通过线连接到外部的电位计，显示探头3处的电势，探头3可直接固定于第三螺杆12底部的中间位置，即便在第三螺杆12转动的同时不影响探头3在X轴、Y轴方向的位移；若探头3通过连接件固定于第三螺杆12的底部，则要求连接件与第三螺杆12转动连接，即第三螺杆12转动调节探头3在Z轴方向的位移的同时，连接件并不随第三螺杆12转动，以保持探头3在X轴、Y轴方向的位移不受影响。

第一导轨6与第二导轨9的结构相同，如图4所示，均包括L型导轨13和固定于L型导轨13两侧的堵头14，其中一个堵头14上开设有第一螺纹孔15，另一堵头14上开设有盲孔(图中未示出)；第一螺杆7穿过第一导轨6的堵头14上的第一螺纹孔15，与另一堵头14上的盲孔转动连接；第二螺杆10穿过第二导轨9的堵头14上的第一螺纹孔15，与另一堵头14上的盲孔转动连接。采用在导轨的两端分别设置带有第一螺纹孔15或盲孔的堵头14，使得螺杆的一端与盲孔转动连接，并且通过相对而设的第一螺纹孔15和盲孔，调整螺杆与导轨的水平部相平行。

L型导轨13包括水平部和竖直部，第一移动件8和第二移动件11上均开设有与L型导轨13竖直部滑动配合的滑槽16。为了使第一移动件8、第二移动件11分别在第一导轨6、第二导轨9上平稳移动，采用在两个移动件上均开设与导轨的竖直部相配合的滑槽16，在滑动过程中，移动件的底部与导轨的水平部相接触，并通过螺杆和导轨的竖直部同时对移动件进行限位，使得移动件在导轨上的滑动更为稳定。

为了进一步确定探头3的移动位移，采用在L型导轨13的水平部设置标尺，以标识探头3的二维坐标。

此外，第一移动件8和第二移动件11上均开设有第二螺纹孔17；第一移动件8上的第二螺纹孔17与第一螺杆7螺纹配合；第二移动件11上的第二螺纹孔17与第二螺杆10螺纹配合；第二移动件11上还开设有与第三螺杆12相配合的第三螺纹孔18。

通过上述移动件上螺纹孔的设置，便于通过螺杆的转动调节移动件的移动位移，进而调节探头3的移动位移。

本申请提供的测量装置包括了X轴、Y轴、Z轴三个方向的移动机构，通过将X轴方向的移动机构设于Y轴上，将Z轴方向的移动机构设于X轴上，并将探头3设于Z轴方向的移动机构上，可实现对探头3在X轴、Y轴、Z轴三个方向上的位移进行调节。

在对试样进行检测时，将待测试样放置于金属圆盘4上，通过三个方向的移动机构调节探头3在待测试样不同位点，从而实现对待测试样表面电势分布情况进行检测，利用本申请装置对不同圆片样品沿其半径的电势分布检测结果如图7所示。尽管金属圆盘具有导电性，但并不影响待测绝缘材料表面电荷分布检测，这是由于绝缘材料表面的电荷需要通过材料表面或者内部移动到金属圆盘，而绝缘材料的电阻率较大，电荷移动通常需要较长的时间，如图8所示(时间为小时级)，远长于测量绝缘材料表面电荷分布所需的时间(时间为分钟级)。因此，金属圆盘，特别是不接地的金属圆盘(浮动电位)，对电荷分布的测量结果影响不大，但还是应尽快完成测量。

本申请测量装置还可通过接地线通孔5，利用导线连接金属圆盘4将金属圆盘4接地，进而可以测量置于金属圆盘4上的待测试样的表面电势随时间的变化，从而对待测试样的电荷消散特性进行检测分析。

本申请整个测量装置体积小，可放置在恒温箱中，还可以用于研究不同温度下的表面电势分布和电荷消散特性。利用本申请装置对不同样品在不同温度下的表面电势变化进行检测，如图8～10所示，可以直观地看出不同试样随温度变化其表面电荷的消散特性。

Claims (10)

1.一种薄片状绝缘材料表面电势分布与电荷消散特性的测量装置，其特征在于，包括顶部开口的方形箱体，箱体的底部有金属圆盘，箱体顶部四周设有固定板，固定板上设有分别沿X轴、Y轴、Z轴方向移动的移动机构；且X轴方向的移动机构设于Y轴方向的移动机构上；所述Z轴方向的移动机构设于X轴方向的移动机构上；所述Z轴方向的移动机构连接有探头。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述沿Y轴方向移动的移动机构包括可拆卸固定于固定板上的第一导轨，第一导轨上转动连接有第一螺杆，所述第一螺杆沿第一导轨的长度方向设置；所述第一导轨上设有与其滑动配合的第一移动件，所述第一移动件与第一螺杆螺纹配合。

3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述沿X轴方向移动的移动机构包括可拆卸固定于第一移动件上的第二导轨，所述第二导轨与第一导轨相垂直，所述第二导轨上转动连接有第二螺杆，所述第二螺杆沿第二导轨的长度方向设置；所述第二导轨上设有与其滑动配合的第二移动件，所述第二移动件与第二螺杆螺纹配合。

4.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，所述沿Z轴方向移动的移动机构包括与第二移动件螺纹连接的第三螺杆，所述第一螺杆、第二螺杆、第三螺杆相互垂直设置。

5.根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于，所述探头设于第三螺杆的底部。

6.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，所述第一导轨与第二导轨的结构相同，均包括L型导轨和固定于L型导轨两侧的堵头，其中一个堵头上开设有第一螺纹孔，另一堵头上开设有盲孔；所述第一螺杆穿过第一导轨的堵头上的第一螺纹孔，与另一堵头上的盲孔转动连接；所述第二螺杆穿过第二导轨的堵头上的第一螺纹孔，与另一堵头上的盲孔转动连接。

7.根据权利要求6所述的测量装置，其特征在于，所述L型导轨包括水平部和竖直部，所述第一移动件和第二移动件上均开设有与L型导轨竖直部滑动配合的滑槽。

8.根据权利要求7所述的测量装置，其特征在于，所述L型导轨的水平部还设有标尺。

9.根据权利要求2～4任一项所述的测量装置，其特征在于，所述第一移动件和第二移动件上均开设有第二螺纹孔；所述第一移动件上的第二螺纹孔与第一螺杆螺纹配合；所述第二移动件上的第二螺纹孔与第二螺杆螺纹配合；所述第二移动件上还开设有与第三螺杆相配合的第三螺纹孔。

10.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述箱体底部开设有供金属圆盘接地的通孔。