專利名稱：可測(cè)傳導(dǎo)電流的pea空間電荷測(cè)試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高電壓與絕緣技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種可測(cè)傳導(dǎo)電流的PEA空間電荷 測(cè)試裝置。
背景技術(shù)：
空間電荷是表征電介質(zhì)材料電氣性能的一個(gè)重要參數(shù)，空間電荷測(cè)量對(duì)于電介質(zhì) 介電性能的研究有著重要的意義。目前，國(guó)際上普遍公認(rèn)，空間電荷對(duì)電場(chǎng)有畸變作用，空 間電荷的分布和運(yùn)動(dòng)對(duì)絕緣材料的電導(dǎo)、擊穿破壞、老化等等有強(qiáng)烈的影響。在電場(chǎng)作用 下，尤其是直流電場(chǎng)，空間電荷集聚會(huì)嚴(yán)重畸變聚合物中電場(chǎng)分布，貯存電機(jī)械能，并引起 電荷的復(fù)合和激勵(lì)，從而導(dǎo)致材料早期破壞，如增加熱電子的生成速率、降低材料老化的能 量勢(shì)壘、引起斷鍵的生成、微孔擴(kuò)大和內(nèi)部應(yīng)力，并最終導(dǎo)致材料擊穿。因此，空間電荷的存 在、轉(zhuǎn)移和消失會(huì)直接導(dǎo)致絕緣材料內(nèi)部電場(chǎng)分布的改變，對(duì)材料內(nèi)部的局部電場(chǎng)起到削 弱或加強(qiáng)的作用，影響到材料電氣特性的各個(gè)方面。 在空間電荷研究方面，目前國(guó)內(nèi)外所做的大都是實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的研究，并且集中在以 電纜絕緣為應(yīng)用背景的聚乙烯材料上。隨著試驗(yàn)及測(cè)量數(shù)據(jù)的完善，目前許多理論解釋、模 型建立的研究工作也都開(kāi)展起來(lái)了 。然而陷阱電荷如何影響材料的性能仍是個(gè)懸而未決的 問(wèn)題。研究表明，陷阱電荷密度的改變導(dǎo)致電荷入陷傳輸過(guò)程的改變，最終影響載流子的遷 移，宏觀上反映在電導(dǎo)的變化上。 眾所周知，電荷的定向移動(dòng)形成電流，電介質(zhì)內(nèi)部缺陷的作用又會(huì)使載流子駐留 從而形成空間電荷，載流子的遷移、入陷和脫陷等說(shuō)明空間電荷的形成和因此產(chǎn)生的電場(chǎng) 變化，都會(huì)對(duì)電導(dǎo)電流產(chǎn)生影響，所以探索電流和空間電荷之間的關(guān)系可以為分析材料內(nèi) 部的微觀特性提供新的途徑。 空間電荷測(cè)量方法有很多種，但是目前應(yīng)用最為普遍的是日本武藏工業(yè)大學(xué)的高 田達(dá)雄教授所提出的電聲脈沖(PEA)法。目前用此方法所做的測(cè)量空間電荷的設(shè)備基本比 較成熟，雖然傳統(tǒng)的空間電荷測(cè)試裝置有很多優(yōu)點(diǎn)，但是存在以下不足功能簡(jiǎn)單；脈沖輸 入端口和高電壓輸入端口都從上電極引入，容易造成耦合；只能施加直流電壓；對(duì)施壓過(guò) 程中材料中所流過(guò)的傳導(dǎo)電流無(wú)法測(cè)量。因此需要設(shè)計(jì)一套可同時(shí)測(cè)量傳導(dǎo)電流和空間電 荷的PEA測(cè)試系統(tǒng)，解決目前測(cè)量上述現(xiàn)有技術(shù)不能將傳導(dǎo)電流和空間電荷聯(lián)系起來(lái)進(jìn)行 研究的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決背景技術(shù)中所述的目前不能將傳導(dǎo)電流和空間電荷聯(lián) 系起來(lái)進(jìn)行研究的問(wèn)題，提供一種可測(cè)傳導(dǎo)電流的PEA空間電荷測(cè)試裝置，其特征在于，測(cè) 量裝置主要由五部分組成，即上電極、下電極、空間電荷采集通道、電流信號(hào)采集通道和脈 沖輸入通道。下電極隔板10為矩形的絕緣板，圓錐臺(tái)形的下電極中心柱13自下向上固接 在下電極隔板10中部的圓孔內(nèi)，下電極內(nèi)環(huán)11和下電極外環(huán)12與下電極中心柱13同軸
4鑲嵌在下電極隔板10內(nèi)，下電極中心柱13、下電極內(nèi)環(huán)11和下電極外環(huán)12的上端面與下 電極隔板10的上表面在同一平面內(nèi)構(gòu)成下電極平面，壓電傳感器14置于下電極中心柱13 下端面之下，鍍金屬膜的有機(jī)玻璃柱15置于壓電傳感器14之下，下電極中心柱絕緣套18 包覆下電極中心柱13下部、壓電傳感器14和鍍金屬膜的有機(jī)玻璃柱15置于空間電荷采集 器金屬外殼19內(nèi)，空間電荷采集器金屬外殼19固接在下電極隔板10的下表面將壓電傳感 器14、鍍金屬膜的有機(jī)玻璃柱15和下電極中心柱絕緣套18與下電極中心柱13下端面壓 緊，長(zhǎng)方體的下電極金屬外殼20固接在下電極隔板10的下表面，電荷信號(hào)SMA同軸插座16 固接在空間電荷采集器金屬外殼19中心圓孔內(nèi)，電荷信號(hào)SMA同軸插座16的內(nèi)導(dǎo)體穿過(guò) 下電極中心柱絕緣套18與鍍金屬膜的有機(jī)玻璃柱15下表面的金膜可靠電接觸，電荷信號(hào) 前置放大器26置于下電極金屬外殼20內(nèi)，電荷信號(hào)前置放大器26輸入端與電荷信號(hào)SMA 同軸插座16連接，輸出端與固接在下電極金屬外殼20左側(cè)壁的電荷信號(hào)SMA同軸插頭17 連接，電流信號(hào)SMA同軸彎插座21固接在下電極隔板10的下表面，電流信號(hào)SMA同軸彎插 座21的內(nèi)導(dǎo)體與下電極內(nèi)環(huán)電極11連接，置于下電極金屬外殼20內(nèi)的限流電阻25 —端 與電流信號(hào)SMA同軸彎插座21的內(nèi)導(dǎo)體連接，另一端與固接在下電極金屬外殼20左側(cè)壁 的電流信號(hào)SMA同軸插頭22連接，脈沖輸入SMA同軸彎插座23固接在下電極隔板10的下 表面，脈沖輸入SMA同軸彎插座23的內(nèi)導(dǎo)體與下電極外環(huán)電極12連接，脈沖輸入SMA同軸 插頭24固接在下電極金屬外殼20右側(cè)壁與脈沖輸入SMA同軸彎插座23用裸導(dǎo)線連接；
高壓BNC插座1套在絕緣橡膠圈2內(nèi)固接在圓柱形的上電極金屬外殼3的中心孔 內(nèi)，上電極中心電極4置于上電極金屬外殼3內(nèi)，上電極中心電極4的下表面與上電極金屬 外殼3下端面在同一平面內(nèi)，上電極中心電極4的上表面與高壓BNC插座1的內(nèi)導(dǎo)體用裸 導(dǎo)線連接，環(huán)氧樹(shù)脂5澆注在上電極金屬外殼3內(nèi)部，把上電極金屬外殼3與上電極中心電 極4固定構(gòu)成整體的可移動(dòng)上電極，上電極底座7與下電極中心柱電極13同軸固接在下電 極隔板10上表面，試樣9置于下電極平面上，半導(dǎo)電墊片8置于試樣9上，整體的上電極在 上電極底座7內(nèi)，上電極中心電極4壓在半導(dǎo)電墊片8上，上電極壓環(huán)6壓住上電極金屬外 殼3圓柱面中部的圓環(huán)與上電極底座7螺紋連接，通過(guò)擰緊上電極壓環(huán)6對(duì)上電極加壓，將 上電極中心電極4、半導(dǎo)電墊片8和試樣9與下電極平面壓緊； 高壓直流電源31的高壓輸出端與高壓BNC插座1連接，示波器27的Y輸入端和 電荷信號(hào)SMA同軸插頭17連接，靜電計(jì)28的輸入端與電荷信號(hào)SMA同軸插頭17連接，脈 沖源29的高壓窄脈沖輸出端與脈沖輸入SMA同軸插頭24連接，脈沖源29的同步輸出端與 示波器27的同步輸入端連接，示波器27和靜電計(jì)28的數(shù)據(jù)輸出端與計(jì)算機(jī)30的數(shù)據(jù)輸 入端連接。 所述鍍金屬膜的有機(jī)玻璃柱15的上下平面和圓柱面均用離子濺射儀真空鍍金 膜。 所述下電極內(nèi)環(huán)電極11、下電極外環(huán)電極12和下電極中心柱電極13利用過(guò)盈配 合技術(shù)固定在下電極隔板10上。 所述電極中心柱13、下電極內(nèi)環(huán)11和下電極外環(huán)12的上端面構(gòu)成下電極平面進(jìn) 行鏡面拋光。 所述限流電阻25的阻值范圍為1. 0 3. OMQ 。 所述上電極中心電極4、下電極內(nèi)環(huán)電極11、下電極外環(huán)電極12和下電極中心柱3/6頁(yè)
電極13的材料為鋁。 所述上電極金屬外殼3、空間電荷采集器金屬外殼19和下電極金屬外殼20的材料 為鋁。 所述下電極隔板10的材料為聚四氟乙烯板材。
所述下電極中心柱絕緣套18的材料為聚四氟乙烯。
所述上電極壓環(huán)6和上電極底座7的材料為黃銅。 所述半導(dǎo)電墊片8為普通半導(dǎo)電材料，主要防止聲波在界面發(fā)生反射。 本發(fā)明的工作過(guò)程是從上電極向試樣施加高壓直流電場(chǎng)，使試樣中產(chǎn)生空間電
荷，同時(shí)從下電極向試樣中心施加高壓窄脈沖，使得試樣中心部分的空間電荷在脈沖作用
下在局部發(fā)生微小振動(dòng)，這一振動(dòng)以聲波的形式傳到接地的下電極中心柱電極，通過(guò)緊貼
在下電極中心柱電極上表面的壓電傳感器轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)電荷信號(hào)前置放大器放
大，用示波器讀取空間電荷信號(hào)波形，這一波形就是一維的沿厚度方向的凈空間電荷分布。
由與下電極內(nèi)環(huán)電極連接的靜電計(jì)測(cè)量流過(guò)試樣的傳導(dǎo)電流。靜電計(jì)和示波器所讀的波形
通過(guò)GPIB采集卡讀寫(xiě)到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)將所采集到的信號(hào)進(jìn)行分析處理。 直流高壓加在阻值為幾百兆歐數(shù)量級(jí)的試樣上，下電極相對(duì)于直流高壓為地電
位。脈沖輸入回路中，為了防止脈沖耦合到下電極內(nèi)環(huán)電極對(duì)應(yīng)的試樣上，在下電極內(nèi)環(huán)電
極與靜電計(jì)相連之前接入阻值為兆歐兩級(jí)的限流電阻，對(duì)于窄脈沖信號(hào)來(lái)說(shuō)，兆歐數(shù)量級(jí)
的濾波電阻相當(dāng)于開(kāi)路，脈沖不會(huì)耦合到下電極內(nèi)環(huán)電極對(duì)應(yīng)的試樣部分，確保脈沖通過(guò)
耦合加在下電極中心柱電極對(duì)應(yīng)的試樣部分。下電極內(nèi)環(huán)電極的試樣回路中，限流電阻對(duì)
于直流高壓源是通路，直流高壓全部加在試樣上，即下電極內(nèi)環(huán)電極通過(guò)靜電計(jì)接地，下電
極內(nèi)環(huán)電極對(duì)應(yīng)的試樣與等效接地的下電極中心柱電極對(duì)應(yīng)的試樣的空間電荷分布是一
致的，因?yàn)橥黄嚇拥倪@兩個(gè)部分都是加在高壓的上電極和接地的下電極之間，高壓電
場(chǎng)作用下試樣產(chǎn)生的空間電荷在這兩部分區(qū)域里是均勻的。因此，測(cè)得下電極中心柱電極
對(duì)應(yīng)試樣的空間電荷分布就是下電極內(nèi)環(huán)電極對(duì)應(yīng)試樣的空間電荷分布。 本發(fā)明采取以下措施，實(shí)現(xiàn)試樣的傳導(dǎo)電流和空間電荷同時(shí)測(cè)試 l.PEA法在加直流高壓的時(shí)候，試樣的表面電流很容易超過(guò)靜電計(jì)的輸入偏置電
流，為了排除表面電流和減小接觸噪聲，需要設(shè)計(jì)一個(gè)三電極測(cè)量結(jié)構(gòu)。本發(fā)明下電極的三
電極系統(tǒng)，選擇下電極隔板10作為下電極的承接底座，保證了下電極外環(huán)電極12、下電極
內(nèi)環(huán)電極11和下電極中心柱電極13的上表面處在同一個(gè)平面，三者分別實(shí)現(xiàn)輸入脈沖、采
集空間電荷PEA信號(hào)和采集傳導(dǎo)電流信號(hào)的功能。脈沖加到下電極外環(huán)電極12上，脈沖輸
入時(shí)脈沖源29的等效電阻很小，相當(dāng)于直流接地，所以下電極外環(huán)電極12充當(dāng)保護(hù)電極，
使試樣9的表面電流就通過(guò)這個(gè)保護(hù)電極直接入地了。消除了試樣的表面電流對(duì)靜電計(jì)測(cè)
量試樣傳導(dǎo)電流的影響。 2.空間電荷PEA信號(hào)采集器采用下電極中心柱電極13、壓電傳感器14、鍍金屬膜 的有機(jī)玻璃柱15、下電極中心柱絕緣套18和空間電荷采集器金屬外殼19五層結(jié)構(gòu)，層層緊 密配合，還用鍍金屬膜的有機(jī)玻璃柱15傳輸壓電傳感器14的壓電信號(hào)，保證聲波不造成反 射，精確測(cè)量空間電荷信號(hào)。 3.采用多重屏蔽設(shè)計(jì)。上電極金屬外殼3、下電極金屬外殼20和空間電荷采集器 金屬外殼19都接地，同時(shí)電流信號(hào)的傳輸線采用屏蔽電纜。限流電阻25的也用接地的同
6軸套管包覆，使電流傳輸?shù)母鱾€(gè)環(huán)節(jié)都有接地的屏蔽層保護(hù)。 4.上電極的高壓BNC插座1、上電極金屬外殼3和上電極中心電極4用環(huán)氧樹(shù)脂5 進(jìn)行澆注固定，保證上電極是一個(gè)整體，同時(shí)環(huán)氧樹(shù)脂的絕緣強(qiáng)度比較高，可以提高加在試 樣上的電壓。固定上電極的上電極壓環(huán)6和上電極底座7為螺紋結(jié)構(gòu)配合，保證加在上電 極和下電極之間的試樣9受力均勻。 本發(fā)明的有益效果為，因下電極采用三電極結(jié)構(gòu)，直流高壓和高壓窄脈沖分別從 試樣兩側(cè)的電極引入，既避免了直流高壓和脈沖的耦合，又消除了試樣的表面電流的影響， 解決了電聲脈沖(PEA)法不能測(cè)量傳導(dǎo)電流的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了試樣的傳導(dǎo)電流和空間電荷同 時(shí)測(cè)試，特別適用于電工絕緣材料領(lǐng)域。


圖1為可測(cè)傳導(dǎo)電流的PEA空間電荷測(cè)試裝置電極結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為空間電荷信號(hào)采集器結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為可測(cè)傳導(dǎo)電流的PEA空間電荷測(cè)試裝置示意圖。 圖中，l一高壓BNC插座，2—絕緣橡膠圈，3—上電極金屬外殼，4一上電極中心電 極，5—環(huán)氧樹(shù)脂，6—上電極壓環(huán)，7—上電極底座，8—半導(dǎo)電墊片，9一試樣，10—下電 極隔板，11—下電極內(nèi)環(huán)電極，12—下電極外環(huán)電極，13—下電極中心柱電極，14—壓電 傳感器，15—鍍金屬膜的有機(jī)玻璃柱，16—電荷信號(hào)SMA同軸插座，17—電荷信號(hào)SMA同 軸插頭，18—下電極中心柱絕緣套，19一空間電荷采集器金屬外殼，20—下電極金屬外殼， 21—電流信號(hào)SMA同軸彎插座，22—電流信號(hào)SMA同軸插頭，23—脈沖輸入SMA同軸彎插 座，24—脈沖輸入SMA同軸插頭，25—限流電阻，26—電荷信號(hào)前置放大器，27—示波器， 28—靜電計(jì)，29—脈沖源，30—計(jì)算機(jī)，31—高壓直流電源。
具體實(shí)施例方式
以下通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。圖1為實(shí)施例的電極結(jié)構(gòu)示意圖，由 五部分組成，即上電極、下電極、空間電荷采集通道、電流信號(hào)采集通道和脈沖輸入通道。
高壓BNC插座1套在絕緣橡膠圈2內(nèi)固接在圓柱形的上電極金屬外殼3的中心孔 內(nèi)，上電極中心電極4置于上電極金屬外殼3內(nèi)，上電極中心電極4的下表面與上電極金屬 外殼3下端面在同一平面內(nèi)，上電極中心電極4的上表面與高壓BNC插座1的內(nèi)導(dǎo)體用裸 導(dǎo)線連接，環(huán)氧樹(shù)脂5澆注在上電極金屬外殼3內(nèi)部，把上電極金屬外殼3與上電極中心電 極4固定構(gòu)成整體的可移動(dòng)上電極。上電極底座7與下電極中心柱電極13同軸固接在下 電極隔板10上表面。 下電極隔板10、下電極內(nèi)環(huán)電極11、下電極外環(huán)電極12、下電極中心柱電極13和 下電極金屬外殼20構(gòu)成下電極。下電極隔板10為矩形的絕緣板，圓錐臺(tái)形的下電極中心 柱13自下向上固接在下電極隔板10中部的圓孔內(nèi)，下電極內(nèi)環(huán)11和下電極外環(huán)12與下 電極中心柱13同軸鑲嵌在下電極隔板10內(nèi)，下電極中心柱13、下電極內(nèi)環(huán)11和下電極外 環(huán)12的上端面與下電極隔板10的上表面在同一平面內(nèi)構(gòu)成下電極平面，長(zhǎng)方體的下電極 金屬外殼20固接在下電極隔板10的下表面。 脈沖輸入通道中，脈沖輸入SMA同軸彎插座23固接在下電極隔板10的下表面，脈沖輸入SMA同軸彎插座23的內(nèi)導(dǎo)體與下電極外環(huán)電極12連接，脈沖輸入SMA同軸插頭24 固接在下電極金屬外殼20右側(cè)壁與脈沖輸入SMA同軸彎插座23用裸導(dǎo)線連接。
電流信號(hào)采集通道中，電流信號(hào)SMA同軸彎插座21固接在下電極隔板10的下表 面，電流信號(hào)SMA同軸彎插座21的內(nèi)導(dǎo)體與下電極內(nèi)環(huán)電極11連接，置于下電極金屬外殼 20內(nèi)的限流電阻25 —端與電流信號(hào)SMA同軸彎插座21的內(nèi)導(dǎo)體連接，另一端與固接在下 電極金屬外殼20左側(cè)壁的電流信號(hào)SMA同軸插頭22連接。 如圖2所示，空間電荷采集通道中，壓電傳感器14置于下電極中心柱13下端面之 下，鍍金屬膜的有機(jī)玻璃柱15置于壓電傳感器14之下，下電極中心柱絕緣套18包覆下電 極中心柱13下部、壓電傳感器14和鍍金屬膜的有機(jī)玻璃柱15置于空間電荷采集器金屬外 殼19內(nèi)，空間電荷采集器金屬外殼19固接在下電極隔板10的下表面將壓電傳感器14、鍍 金屬膜的有機(jī)玻璃柱15和下電極中心柱絕緣套18與下電極中心柱13下端面壓緊，電荷信 號(hào)SMA同軸插座16固接在空間電荷采集器金屬外殼19中心圓孔內(nèi)，電荷信號(hào)SMA同軸插 座16的內(nèi)導(dǎo)體穿過(guò)下電極中心柱絕緣套18與鍍金屬膜的有機(jī)玻璃柱15下表面的金膜可 靠電接觸，構(gòu)成空間電荷信號(hào)采集器。電荷信號(hào)前置放大器26置于下電極金屬外殼20內(nèi)， 輸入端與電荷信號(hào)SMA同軸插座16連接，輸出端與固接在下電極金屬外殼20左側(cè)壁的電 荷信號(hào)SMA同軸插頭17連接。 測(cè)量試樣時(shí)，試樣9置于下電極平面上，半導(dǎo)電墊片8為石墨摻聚乙烯的半導(dǎo)電材 料薄膜置于試樣9上，整體的上電極在上電極底座7內(nèi)，上電極中心電極4壓在半導(dǎo)電墊片 8上，上電極壓環(huán)6壓住上電極金屬外殼3圓柱面中部的圓環(huán)與上電極底座7螺紋連接，通 過(guò)擰緊上電極壓環(huán)6對(duì)上電極加壓力，將上電極中心電極4、半導(dǎo)電墊片8和試樣9與下電 極平面壓緊；如圖3所示，高壓直流電源31的高壓輸出端與高壓BNC插座l連接，示波器 27的Y輸入端和電荷信號(hào)SMA同軸插頭17連接，靜電計(jì)28的輸入端與電荷信號(hào)SMA同軸 插頭17連接，脈沖源29的高壓窄脈沖輸出端與脈沖輸入SMA同軸插頭24連接，脈沖源29 的同步輸出端與示波器27的同步輸入端連接，示波器27和靜電計(jì)28的數(shù)據(jù)輸出端與計(jì)算 機(jī)31的數(shù)據(jù)輸入端連接。高壓窄脈沖通過(guò)脈沖輸入SMA同軸插頭24輸入到下電極內(nèi)環(huán)電 極ll，加載在試樣9上，直流高壓從高壓BNC插座1輸入到上電極中心電極4，加載在試樣 9。實(shí)驗(yàn)時(shí)同時(shí)輸入試樣所需的直流高壓和高壓窄脈沖，高壓使試樣中產(chǎn)生空間電荷，高壓 窄脈沖使電荷產(chǎn)生振動(dòng)形成聲波信號(hào)，聲波信號(hào)通過(guò)壓電傳感器14轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)傳到 示波器27中，同時(shí)試樣中還有小電流流過(guò)，這個(gè)小電流即為傳導(dǎo)電流被靜電計(jì)28采集，實(shí) 現(xiàn)了空間電荷和電流的同時(shí)采集。 裝置中，限流電阻25的阻值為1.5MQ，上電極中心電極4、下電極內(nèi)環(huán)電極11、下 電極外環(huán)電極12和下電極中心柱電極13的材料為鋁，上電極金屬外殼3、空間電荷采集器 金屬外殼19和下電極金屬外殼20的材料為鋁，上電極壓環(huán)6和上電極底座7的材料為黃 銅，下電極隔板10的材料為聚四氟乙烯板材，下電極中心柱絕緣套18的材料為聚四氟乙 烯，鍍金屬膜的有機(jī)玻璃柱15的上下平面和圓柱面均用離子濺射儀真空鍍金膜。壓電傳感 器14為PVD F壓電傳感器，厚度為9iim，表面有鍍鋁電極。靜電計(jì)和示波器所讀的波形通 過(guò)GPIB采集卡讀寫(xiě)到計(jì)算機(jī)，最后通過(guò)計(jì)算機(jī)將所采集到的信號(hào)進(jìn)行分析處理。
本裝置的制作工藝要求 1.上電極進(jìn)行澆注時(shí)需要對(duì)心。利用對(duì)心的輔助部件實(shí)現(xiàn)上電極金屬外殼中心與
8上電極中心電極圓心的對(duì)心。同時(shí)為了防止加工過(guò)程中產(chǎn)生氣泡，采用逐層澆注的方法，即 澆注一層等這一層完全凝固了再進(jìn)行澆注。 2.電極中心柱、下電極內(nèi)環(huán)和下電極外環(huán)的上端面構(gòu)成下電極平面要進(jìn)行鏡面拋 光，下電極安裝壓電傳感器的下電極中心柱電極表面需要進(jìn)行鏡面拋光，否則影響測(cè)量效 果。 3.下電極的三電極系統(tǒng)的是靠三個(gè)獨(dú)立的環(huán)狀結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，加工尺寸不能有誤
差，而且最后用過(guò)盈配合技術(shù)組裝。 4.電流采集回路的引線采用屏蔽線。 本裝置主要用于對(duì)片狀或者薄膜狀材料進(jìn)行空間電荷特性的研究。使用時(shí)，取下
上電極，用酒精將上電極的表面、半導(dǎo)電墊片以及下電極表面擦拭干凈；下電極表面涂上硅
油，將試樣放在下電極表面，保證試樣與下電極之間沒(méi)有空氣進(jìn)入；上電極表面涂上硅油， 將半導(dǎo)電墊片緊貼上電極表面；試樣上表面中心位置滴少許硅油，放好上電極，擰緊上電極
壓環(huán)，準(zhǔn)備試驗(yàn)。試樣安裝準(zhǔn)備就緒后，接好各個(gè)部件的線路，打開(kāi)電源，給試樣施加所需的 直流高壓，再給試樣上施加高壓窄脈沖，開(kāi)始進(jìn)行電流信號(hào)和空間電荷信號(hào)的采集。
本實(shí)施例適用的直流高壓范圍為0 50KV ;高壓窄脈沖的參數(shù)范圍為脈沖幅 度400 600V，脈沖寬度幾ns 幾十ns，重復(fù)頻率50 400Hz。
權(quán)利要求
一種可測(cè)傳導(dǎo)電流的PEA空間電荷測(cè)試裝置，其特征在于，下電極隔板(10)為矩形的絕緣板，圓錐臺(tái)形的下電極中心柱(13)自下向上固接在下電極隔板(10)中部的圓孔內(nèi)，下電極內(nèi)環(huán)(11)和下電極外環(huán)(12)與下電極中心柱(13)同軸鑲嵌在下電極隔板(10)內(nèi)，下電極中心柱(13)、下電極內(nèi)環(huán)(11)和下電極外環(huán)(12)的上端面與下電極隔板(10)的上表面在同一平面內(nèi)構(gòu)成下電極平面，壓電傳感器(14)置于下電極中心柱(13)下端面之下，鍍金屬膜的有機(jī)玻璃柱(15)置于壓電傳感器(14)之下，下電極中心柱絕緣套(18)包覆下電極中心柱(13)下部、壓電傳感器(14)和鍍金屬膜的有機(jī)玻璃柱(15)置于空間電荷采集器金屬外殼(19)內(nèi)，空間電荷采集器金屬外殼(19)固接在下電極隔板(10)的下表面將壓電傳感器(14)、鍍金屬膜的有機(jī)玻璃柱(15)和下電極中心柱絕緣套(18)與下電極中心柱(13)下端面壓緊，長(zhǎng)方體的下電極金屬外殼(20)固接在下電極隔板(10)的下表面，電荷信號(hào)SMA同軸插座(16)固接在空間電荷采集器金屬外殼(19)中心圓孔內(nèi)，電荷信號(hào)SMA同軸插座(16)的內(nèi)導(dǎo)體穿過(guò)下電極中心柱絕緣套(18)與鍍金屬膜的有機(jī)玻璃柱(15)下表面的金膜可靠電接觸，電荷信號(hào)前置放大器(26)置于下電極金屬外殼(20)內(nèi)，電荷信號(hào)前置放大器(26)輸入端與電荷信號(hào)SMA同軸插座(16)連接，輸出端與固接在下電極金屬外殼(20)左側(cè)壁的電荷信號(hào)SMA同軸插頭(17)連接，電流信號(hào)SMA同軸彎插座(21)固接在下電極隔板(10)的下表面，電流信號(hào)SMA同軸彎插座(21)的內(nèi)導(dǎo)體與下電極內(nèi)環(huán)電極(11)連接，置于下電極金屬外殼(20)內(nèi)的限流電阻(25)一端與電流信號(hào)SMA同軸彎插座(21)的內(nèi)導(dǎo)體連接，另一端與固接在下電極金屬外殼(20)左側(cè)壁的電流信號(hào)SMA同軸插頭(22)連接，脈沖輸入SMA同軸彎插座(23)固接在下電極隔板(10)的下表面，脈沖輸入SMA同軸彎插座(23)的內(nèi)導(dǎo)體與下電極外環(huán)電極(12)連接，脈沖輸入SMA同軸插頭(24)固接在下電極金屬外殼(20)右側(cè)壁與脈沖輸入SMA同軸彎插座(23)用裸導(dǎo)線連接；高壓BNC插座(1)套在絕緣橡膠圈(2)內(nèi)固接在圓柱形的上電極金屬外殼(3)的中心孔內(nèi)，上電極中心電極(4)置于上電極金屬外殼(3)內(nèi)，上電極中心電極(4)的下表面與上電極金屬外殼(3)下端面在同一平面內(nèi)，上電極中心電極(4)的上表面與高壓BNC插座(1)的內(nèi)導(dǎo)體用裸導(dǎo)線連接，環(huán)氧樹(shù)脂(5)澆注在上電極金屬外殼(3)內(nèi)部，把上電極金屬外殼(3)與上電極中心電極(4)固定構(gòu)成整體的可移動(dòng)上電極，上電極底座(7)與下電極中心柱電極(13)同軸固接在下電極隔板(10)上表面，試樣(9)置于下電極平面上，半導(dǎo)電墊片(8)置于試樣(9)上，整體的上電極在上電極底座(7)內(nèi)，上電極中心電極(4)壓在半導(dǎo)電墊片(8)上，上電極壓環(huán)(6)壓住上電極金屬外殼(3)圓柱面中部的圓環(huán)與上電極底座(7)螺紋連接，擰緊上電極壓環(huán)(6)對(duì)上電極加壓，將上電極中心電極(4)、半導(dǎo)電墊片(8)和試樣(9)與下電極平面壓緊；高壓直流電源(31)的高壓輸出端與高壓BNC插座(1)連接，示波器(27)的Y輸入端和電荷信號(hào)SMA同軸插頭(17)連接，靜電 計(jì)(28)的輸入端與電荷信號(hào)SMA同軸插頭(17)連接，脈沖源(29)的高壓窄脈沖輸出端與脈沖輸入SMA同軸插頭(24)連接，脈沖源(29)的同步輸出端與示波器(27)的同步輸入端連接，示波器(27)和靜電計(jì)(28)的數(shù)據(jù)輸出端與計(jì)算機(jī)(30)的數(shù)據(jù)輸入端連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可測(cè)傳導(dǎo)電流的PEA空間電荷測(cè)試裝置，其特征在于，所 述鍍金屬膜的有機(jī)玻璃柱(15)的上下平面和圓柱面均用離子濺射儀真空鍍金膜。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可測(cè)傳導(dǎo)電流的PEA空間電荷測(cè)試裝置，其特征在于，所述下電極內(nèi)環(huán)電極(11)、下電極外環(huán)電極(12)和下電極中心柱電極(13)利用過(guò)盈配合技 術(shù)固定在下電極隔板(10)上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可測(cè)傳導(dǎo)電流的PEA空間電荷測(cè)試裝置，其特征在于，所 述電極中心柱(13)、下電極內(nèi)環(huán)(11)和下電極外環(huán)(12)的上端面構(gòu)成下電極平面進(jìn)行鏡 面拋光。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可測(cè)傳導(dǎo)電流的PEA空間電荷測(cè)試裝置，其特征在于，所 述限流電阻(25)的阻值范圍為1. 0 3. 0MQ 。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可測(cè)傳導(dǎo)電流的PEA空間電荷測(cè)試裝置，其特征在于，所 述上電極中心電極(4)、下電極內(nèi)環(huán)電極(11)、下電極外環(huán)電極(12)和下電極中心柱電極 (13)的材料為鋁。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可測(cè)傳導(dǎo)電流的PEA空間電荷測(cè)試裝置，其特征在于， 所述上電極金屬外殼(3)、空間電荷采集器金屬外殼(19)和下電極金屬外殼(20)的材料為 鋁。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可測(cè)傳導(dǎo)電流的PEA空間電荷測(cè)試裝置，其特征在于，所 述下電極隔板(10)的材料為聚四氟乙烯板材。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可測(cè)傳導(dǎo)電流的PEA空間電荷測(cè)試裝置，其特征在于，所 述下電極中心柱絕緣套(18)的材料為聚四氟乙烯。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可測(cè)傳導(dǎo)電流的PEA空間電荷測(cè)試裝置，其特征在于， 所述上電極壓環(huán)(6)和上電極底座(7)的材料為黃銅。
全文摘要
本發(fā)明屬于高電壓與絕緣技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種可測(cè)傳導(dǎo)電流的PEA空間電荷測(cè)試裝置，測(cè)量裝置由上電極、下電極、空間電荷采集通道、電流信號(hào)采集通道和脈沖輸入通道五部分組成。上電極用環(huán)氧樹(shù)脂澆注把上電極金屬外殼與上電極中心電極固定構(gòu)成整體的可移動(dòng)上電極，下電極為下電極外環(huán)、下電極內(nèi)環(huán)和下電極中心柱同軸組成的三電極結(jié)構(gòu)，三者分別實(shí)現(xiàn)輸入脈沖、采集傳導(dǎo)電流信號(hào)和采集空間電荷PEA信號(hào)的功能。直流高壓和高壓窄脈沖分別從試樣兩側(cè)的電極引入，避免直流高壓和脈沖的耦合，消除試樣的表面電流的影響，解決了電聲脈沖法不能測(cè)量傳導(dǎo)電流的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了對(duì)試樣傳導(dǎo)電流和空間電荷同時(shí)測(cè)量，特別適用于電工絕緣材料領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G01R29/24GK101706537SQ20091023769
公開(kāi)日2010年5月12日 申請(qǐng)日期2009年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月16日
發(fā)明者丁立健, 屠幼萍, 王倩, 閆琰 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)