一種金屬化膜電容器層間壓強(qiáng)測(cè)量方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種金屬化膜電容器層間測(cè)量裝置，包括金屬化膜電容器、對(duì)比芯軸、四個(gè)應(yīng)變片和靜態(tài)程控應(yīng)變儀，金屬化膜電容器是由兩張金屬化膜圍繞芯軸卷繞而成，且卷繞層數(shù)為500至2000層，其中一個(gè)應(yīng)變片作為測(cè)試應(yīng)變片粘貼在金屬化膜電容器的芯軸上，另一個(gè)應(yīng)變片作為補(bǔ)償應(yīng)變片貼在另一個(gè)芯軸上，其余的兩個(gè)應(yīng)變片設(shè)置在靜態(tài)程控應(yīng)變儀中，四個(gè)應(yīng)變片構(gòu)成一個(gè)1/4電橋，該電橋的輸出端與靜態(tài)程控應(yīng)變儀電氣連接。本發(fā)明能夠準(zhǔn)確測(cè)量電容器層間壓強(qiáng)的大小及其隨層數(shù)的分布特征。
【專利說(shuō)明】一種金屬化膜電容器層間壓強(qiáng)測(cè)量方法和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于壓強(qiáng)測(cè)量領(lǐng)域，更具體地，涉及一種金屬化膜電容器層間測(cè)量方法和
>J-U裝直。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，以脈沖電容器為儲(chǔ)能電容器的脈沖電源系統(tǒng)是電磁武器的首選電源。用于脈沖功率系統(tǒng)的電容器，具有輸出功率大、脈沖波形靈活可調(diào)、控制方便、易于組裝的特點(diǎn)。目前電容器整機(jī)通過(guò)圓柱型金屬化膜電容器元件的串并聯(lián)以實(shí)現(xiàn)高壓大容量。
[0003]金屬化膜電容器的層間壓強(qiáng)是影響電容器自愈性能和壽命的重要參數(shù)。在圓柱型電容器卷繞時(shí)，由于卷繞張力的作用，薄膜層產(chǎn)生徑向壓力疊加到電容器芯軸，外層由于疊加的壓力小，電容器自愈時(shí)能量較大，從而造成的元件容量損失也較大。電容量損失增大，電容器壽命縮短。層間壓強(qiáng)與電容器薄膜厚度、卷繞機(jī)卷繞張力和電容器外包工藝等因素相關(guān)。
[0004]圓柱型電容器卷繞圈數(shù)達(dá)數(shù)千層，其內(nèi)部層間可到上百兆帕。在電容器設(shè)計(jì)中，獲取電容器層間壓強(qiáng)大小及其分布對(duì)改善電容器自愈性能和提高壽命具有重要意義。然而，由于金屬化膜電容器結(jié)構(gòu)緊湊，導(dǎo)致目前并無(wú)針對(duì)該類型電容器的層間壓強(qiáng)測(cè)試方法和裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種金屬化膜電容器層間壓強(qiáng)測(cè)量方法和裝置，其目的在于準(zhǔn)確測(cè)量電容器層間壓強(qiáng)的大小及其隨層數(shù)的分布特征。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種金屬化膜電容器層間測(cè)量裝置，包括金屬化膜電容器、對(duì)比芯軸、四個(gè)應(yīng)變片和靜態(tài)程控應(yīng)變儀，金屬化膜電容器是由兩張金屬化膜圍繞芯軸卷繞而成，且卷繞層數(shù)為500至2000層，其中一個(gè)應(yīng)變片作為測(cè)試應(yīng)變片粘貼在金屬化膜電容器的芯軸上，另一個(gè)應(yīng)變片作為補(bǔ)償應(yīng)變片貼在另一個(gè)芯軸上，其余的兩個(gè)應(yīng)變片設(shè)置在靜態(tài)程控應(yīng)變儀中，四個(gè)應(yīng)變片構(gòu)成一個(gè)1/4電橋，該電橋的輸出端與靜態(tài)程控應(yīng)變儀電氣連接。
[0007]按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種金屬化膜電容器層間測(cè)量方法，是應(yīng)用在上述測(cè)量裝置中，且包括以下步驟:
[0008](I)將一個(gè)測(cè)試應(yīng)變片粘貼在電容器的芯軸上，將兩張金屬化膜圍繞芯軸卷繞形成電容器，將補(bǔ)償應(yīng)變片粘貼貼在另外一個(gè)芯軸表面上，用于測(cè)試應(yīng)變片的溫度補(bǔ)償和形變補(bǔ)償補(bǔ)償，并將另外兩個(gè)應(yīng)變片設(shè)置在靜態(tài)程控應(yīng)變儀中；
[0009](2)將粘貼在電容器芯軸上的測(cè)試應(yīng)變片與貼在另一個(gè)芯軸的補(bǔ)償應(yīng)變片連接至靜態(tài)程控應(yīng)變儀上,從而與另外兩個(gè)應(yīng)變片一起構(gòu)成1/4電橋；
[0010](3)將靜態(tài)程控應(yīng)變儀的輸出調(diào)零，并將其作為微應(yīng)變的初始值；
[0011](4)將一定層數(shù)的薄膜層從金屬化膜電容器剝離，并記錄靜態(tài)程控應(yīng)變儀5的輸出值作為當(dāng)前的微應(yīng)變S !；
[0012](5)重復(fù)以上步驟(4)，直到所有薄膜層均從金屬化膜電容器剝離完畢為止，并記錄下每一次剝離過(guò)程中靜態(tài)程控應(yīng)變儀5的輸出值e 2，e 3，…，e i，其中i為剝離的總次數(shù)；
[0013](6)根據(jù)獲得的不同微應(yīng)變S1, e2,…^計(jì)算金屬化膜層對(duì)芯軸的壓強(qiáng)Pi=E.Si，其中E為芯軸的彈性模量。
[0014]優(yōu)選地，卷繞的層數(shù)由金屬化膜電容器的電容量決定，且為500至2000層。
[0015]優(yōu)選地，剝離的層數(shù)是根據(jù)測(cè)量的需求來(lái)確定，且為10至100層。
[0016]優(yōu)選地，每次剝離過(guò)程中剝離的層數(shù)可以相同，或每次均不同。
[0017]優(yōu)選地，
[0018]總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果:
[0019]1、由于采用了應(yīng)變片測(cè)試電容器芯軸上的微形變，并通過(guò)設(shè)置補(bǔ)償應(yīng)變片用于應(yīng)變片的溫度補(bǔ)償和形變補(bǔ)償，其能減小測(cè)試誤差，準(zhǔn)確測(cè)量不同層數(shù)處的薄膜層對(duì)芯軸的壓強(qiáng)。
[0020]2、由于采用了靜態(tài)程控應(yīng)變儀，其能直接獲取微應(yīng)變，測(cè)試方法簡(jiǎn)單。
[0021]3、由于采用了逐步剝離薄膜層測(cè)試不同膜層在芯軸上產(chǎn)生的微形變，其能獲取壓強(qiáng)隨層數(shù)的變化趨勢(shì)。`
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是本發(fā)明金屬化膜電容器層間壓強(qiáng)測(cè)量裝置的示意圖。
[0023]圖2是本發(fā)明1/4電橋的示意圖。
[0024]圖3是本發(fā)明金屬化膜電容器層間壓強(qiáng)測(cè)量方法的流程圖。
[0025]圖4是電容器層間壓強(qiáng)測(cè)試實(shí)例。
【具體實(shí)施方式】
[0026]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0027]如圖1所示，本發(fā)明金屬化膜電容器層間測(cè)量裝置包括金屬化膜電容器1、對(duì)比芯軸2、四個(gè)應(yīng)變片(包括測(cè)試應(yīng)變片3、補(bǔ)償應(yīng)變片4和另外兩個(gè)不做處理的應(yīng)變片)和靜態(tài)程控應(yīng)變儀5。
[0028]金屬化膜電容器I是由兩張金屬化膜圍繞芯軸卷繞而成，且卷繞層數(shù)為500至2000層，測(cè)試應(yīng)變片3粘貼在金屬化膜電容器I的芯軸上，補(bǔ)償應(yīng)變片4貼在用于另一個(gè)用于對(duì)比的芯軸2上，另外兩個(gè)應(yīng)變片設(shè)置在靜態(tài)程控應(yīng)變儀5中。四個(gè)應(yīng)變片構(gòu)成一個(gè)1/4電橋,該電橋的輸出端與靜態(tài)程控應(yīng)變儀5電氣連接。
[0029]如圖1所示，由于測(cè)試應(yīng)變片3和金屬化膜電容器I的芯軸同時(shí)被疊加的各層薄膜所壓縮而產(chǎn)生收縮變形。當(dāng)去掉一定層數(shù)的金屬化膜層后，芯軸形變恢復(fù)，然后通過(guò)靜態(tài)程控應(yīng)變儀5獲得粘貼在芯軸上的測(cè)試應(yīng)變片3的應(yīng)變。在本發(fā)明中，測(cè)試應(yīng)變片3中的微應(yīng)變被等效為應(yīng)變片電阻的變化。根據(jù)壓強(qiáng)與微應(yīng)變的關(guān)系即可計(jì)算出壓強(qiáng)值。
[0030]通過(guò)靜態(tài)程控應(yīng)變儀5獲得粘貼在電容器芯軸上的測(cè)試應(yīng)變片3的應(yīng)變的具體過(guò)程如下:如圖2所示:首先，四個(gè)應(yīng)變片一起組成1/4電橋(圖中R1測(cè)試應(yīng)變片3的電阻；R2為補(bǔ)償應(yīng)變片4的電阻，用于溫度補(bǔ)償和形變補(bǔ)償；R3和R4為另外兩個(gè)應(yīng)變片的電阻值)；當(dāng)測(cè)試應(yīng)變片3的電阻R1發(fā)生變化，電橋平衡被破壞，靜態(tài)程控應(yīng)變儀5獲取1/4電橋的輸出電壓U ;然后通過(guò)輸出電壓U與測(cè)試應(yīng)變片3的電阻變化A R/% (其中A R為該測(cè)試應(yīng)變片3的電阻變化量，R1為該測(cè)試應(yīng)變片3的電阻)的關(guān)系計(jì)算出AR/%作為微應(yīng)變e，具體為:U=k ? AR/%，其中k為常數(shù)，其由靜態(tài)程控應(yīng)變儀5的型號(hào)決定；最后根據(jù)獲得的微應(yīng)變計(jì)算薄膜層對(duì)芯軸的壓強(qiáng)P=E* e，其中E為芯軸的彈性模量?；趬簭?qiáng)傳遞原理，不同層數(shù)處的薄膜層對(duì)芯軸處的壓強(qiáng)即為該層薄膜的層間壓強(qiáng)。
[0031]如圖3所示，本發(fā)明金屬化膜電容器層間測(cè)量方法是應(yīng)用在上述的測(cè)量裝置中，且包括以下步驟:
[0032](I)將一個(gè)測(cè)試應(yīng)變片3粘貼在電容器I的芯軸上，將兩張金屬化膜圍繞芯軸卷繞形成電容器；具體卷繞的層數(shù)由金屬化膜電容器的電容量決定，且一般為500至2000層；補(bǔ)償應(yīng)變片4粘貼貼在另外一個(gè)對(duì)比芯軸2表面上，用于測(cè)試應(yīng)變片3的溫度補(bǔ)償和形變補(bǔ)償補(bǔ)償，另外兩個(gè)應(yīng)變片設(shè)置在靜態(tài)程控應(yīng)變儀5中；
[0033](2)將粘貼在電容器I芯軸上的測(cè)試應(yīng)變片3與貼在對(duì)比芯軸2的補(bǔ)償應(yīng)變片4連接至靜態(tài)程控應(yīng)變儀5上,從而與另外兩個(gè)應(yīng)變片一起構(gòu)成1/4電橋；
[0034](3)將靜態(tài)程控應(yīng)變儀5的輸出調(diào)零，并將其作為微應(yīng)變的初始值；
[0035](4)將一定層數(shù)的薄膜層從金屬化膜電容器剝離，并記錄靜態(tài)程控應(yīng)變儀5的輸出值作為當(dāng)前的微應(yīng)變S !;具體而言，剝離的層數(shù)可以根據(jù)測(cè)量的需求來(lái)確定，具體為10至100層；
[0036](5)重復(fù)以上步驟(4)，直到所有薄膜層均從金屬化膜電容器剝離完畢為止，并記錄下每一次剝離過(guò)程中靜態(tài)程控應(yīng)變儀5的輸出值e 2，e 3，…，e t (其中i為剝離的總次數(shù))；具體而言，每次剝離過(guò)程中剝離的層數(shù)可以與步驟(4)相同，也可以每次均不同；
[0037](6)根據(jù)獲得的不同微應(yīng)變S1, e2,…^計(jì)算金屬化膜層對(duì)芯軸的壓強(qiáng)Pi=E.Si，其中E為芯軸的彈性模量。
[0038]根據(jù)步驟(6)獲得的不同壓強(qiáng)值，進(jìn)而可得到整個(gè)金屬化膜對(duì)芯軸的壓強(qiáng)隨層數(shù)的變化曲線。基于壓強(qiáng)傳遞原理，不同層數(shù)處的薄膜層對(duì)芯軸處的壓強(qiáng)即為該層薄膜的層間壓強(qiáng)。一組典型的金屬化膜層間壓強(qiáng)隨層數(shù)的變化曲線如圖4所示，可以很明顯的看出，內(nèi)層金屬化膜層間壓強(qiáng)最大，外層金屬化膜層間壓強(qiáng)最小，由此可見(jiàn)，本發(fā)明能準(zhǔn)確測(cè)量圓柱型金屬化膜電容器的層間壓強(qiáng)及其隨層數(shù)的分布趨勢(shì)。
[0039]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例為，圓柱體卷繞式電容器電容量為50 ii F，卷繞層數(shù)為1200，電容器直徑為47mm，芯軸直徑9mm，芯軸高度110mm，圓柱體電容器高度為105臟。
[0040]測(cè)試前，在電容器芯軸內(nèi)側(cè)沿卷繞方向放置應(yīng)變片。
[0041]測(cè)量時(shí)，首先將靜態(tài)程控應(yīng)變儀5輸出值調(diào)零，并將此作為無(wú)外加壓強(qiáng)時(shí)的初始值，壓強(qiáng)值為0 ;去掉100層薄膜后，記錄靜態(tài)程控應(yīng)變儀5的輸出應(yīng)變值e =0.0004即為被剝離的膜層所產(chǎn)生的應(yīng)變，利用式P=Et* e計(jì)算出壓強(qiáng)值為1.2MPa ;[0042]依次類推，每剝離一定層數(shù)薄膜后，記錄靜態(tài)程控應(yīng)變儀5的輸出應(yīng)變值，并計(jì)算出壓強(qiáng)；直至芯軸薄膜層全部剝離，記錄靜態(tài)程控應(yīng)變儀5的輸出應(yīng)變值為0.0081，并計(jì)算出壓強(qiáng)為24.35MPa。根據(jù)不同層數(shù)處的壓強(qiáng)值得出金屬化膜層間壓強(qiáng)隨層數(shù)的變化曲線如圖4所示。
[0043]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種金屬化膜電容器層間測(cè)量裝置，包括金屬化膜電容器、對(duì)比芯軸、四個(gè)應(yīng)變片和靜態(tài)程控應(yīng)變儀，其特征在于， 金屬化膜電容器是由兩張金屬化膜圍繞芯軸卷繞而成，且卷繞層數(shù)為500至2000層； 其中一個(gè)應(yīng)變片作為測(cè)試應(yīng)變片粘貼在金屬化膜電容器的芯軸上，另一個(gè)應(yīng)變片作為補(bǔ)償應(yīng)變片貼在另一個(gè)芯軸上，其余的兩個(gè)應(yīng)變片設(shè)置在靜態(tài)程控應(yīng)變儀中； 四個(gè)應(yīng)變片構(gòu)成一個(gè)1/4電橋，該電橋的輸出端與靜態(tài)程控應(yīng)變儀電氣連接。
2.一種金屬化膜電容器層間測(cè)量方法，是應(yīng)用在根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量裝置中，且包括以下步驟: (1)將一個(gè)測(cè)試應(yīng)變片粘貼在電容器的芯軸上，將兩張金屬化膜圍繞芯軸卷繞形成電容器，將補(bǔ)償應(yīng)變片粘貼貼在另外一個(gè)芯軸表面上，用于測(cè)試應(yīng)變片的溫度補(bǔ)償和形變補(bǔ)償補(bǔ)償，并將另外兩個(gè)應(yīng)變片設(shè)置在靜態(tài)程控應(yīng)變儀中； (2)將粘貼在電容器芯軸上的測(cè)試應(yīng)變片與貼在另一個(gè)芯軸的補(bǔ)償應(yīng)變片連接至靜態(tài)程控應(yīng)變儀上,從而與另外兩個(gè)應(yīng)變片一起構(gòu)成1/4電橋； (3)將靜態(tài)程控應(yīng)變儀的輸出調(diào)零，并將其作為微應(yīng)變的初始值； (4)將一定層數(shù)的薄膜層從金屬化膜電容器剝離，并記錄靜態(tài)程控應(yīng)變儀5的輸出值作為當(dāng)前的微應(yīng)變e!; (5)重復(fù)以上步驟(4)，直到所有薄膜層均從金屬化膜電容器剝離完畢為止，并記錄下每一次剝離過(guò)程中靜態(tài)程控應(yīng)變儀5的輸出值e 2，e 3，…，e i，其中i為剝離的總次數(shù)； (6)根據(jù)獲得的不同微應(yīng)變￡l，e2,…^計(jì)算金屬化膜層對(duì)芯軸的壓強(qiáng)Pi=E*其中E為芯軸的彈性模量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測(cè)量方法，其特征在于，卷繞的層數(shù)由金屬化膜電容器的電容量決定，且為500至2000層。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測(cè)量方法，其特征在于，剝離的層數(shù)是根據(jù)測(cè)量的需求來(lái)確定，且為10至100層。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測(cè)量方法，其特征在于，每次剝離過(guò)程中剝離的層數(shù)可以相同，或每次均不同。
【文檔編號(hào)】G01L1/22GK103487177SQ201310399244
【公開(kāi)日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月5日
【發(fā)明者】李化, 林福昌, 李智威, 劉德, 王博聞, 李浩原 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)