一种聚合物绝缘材料电导特性测试系统技术方案

本发明专利技术公开一种聚合物绝缘材料电导特性测试系统，涉及电气绝缘测试领域，包括高压电源、样品室、保护电阻、取样电阻、第一接触器、第二接触器、微控制单元、微电流计、保护电路和上位机；样品室用于为聚合物绝缘材料的样品提供温度和真空条件，为样品屏蔽电磁干扰；样品通过电极与高压电源连接；上位机分别与微电流计、微控制单元和高压电源连接；微控制单元分别与第一接触器、第二接触器和保护电路连接；第一接触器分别与取样电阻、第二接触器和保护电阻连接；第二接触器分别与微电流计和保护电阻连接；保护电阻与样品连接；微电流计与取样电阻连接。本发明专利技术能够在不同温度下准确测试聚合物绝缘材料的I

【技术实现步骤摘要】
一种聚合物绝缘材料电导特性测试系统


[0001]本专利技术涉及电气绝缘测试
，特别是涉及一种聚合物绝缘材料电导特性测试系统。

技术介绍

[0002]聚合物绝缘材料是一类广泛应用的材料，具有较高的绝缘电阻率。其电导特性是绝缘性能的重要表现，但是聚合物绝缘材料电导行为与电场(场强)之间呈现复杂关系，并且与材料结构、所含缺陷等因素密切相关。仅用单一电阻率指标难以全面表征聚合物绝缘材料的电导行为(电导特性)。不同品质的聚合物绝缘材料，可能绝缘电阻率差别并不大，但是在不同的电场范围中，电导行为具有重大差异。
[0003]聚合物绝缘材料电导行为与场强之间关系非常复杂，在低电场时电导电流与电场呈线性关系，符合欧姆定律。但是，当电场升高超过一定阈值时，电导电流与场强呈显著非线性关系。这表明在一定电场作用下，聚合物绝缘材料内部载流子已呈现非均匀分布，形成空间电荷。空间电荷的存在将引起局部电场畸变，严重影响聚合物绝缘材料绝缘性能。空间电荷的形成和变化与聚合物绝缘材料结构、内部缺陷，以及所处环境等因素密切相关，为此世界学者开展了大量研究。
[0004]DelhalleJ和DelhalleS等人通过计算聚乙烯链中的能带结构得到宽带与能带载流子的关系来研究聚乙烯中电子运输的问题。IedaM和UenoT通过光诱导电荷分析电荷从电极注入可以评估金属电极和聚合物界面的性能来研究不同电极材料电子和空穴的注入，发现在电介质材料中有两种导电机理，电极限制传导电流机制和体积限制传导电流机制。电极限制导电机理取决于电极
‑/>介电界面的电学性质。基于这种传导机制，可以提取电极介电界面上势垒高度的物理性质和介电膜中导电载流子的有效质量。体积受限传导机制取决于电介质本身的电学性质。根据有限体积导电机理的分析，在介质膜中可以获得几个重要的物理参数，包括陷阱能级、陷阱间距、陷阱、载流子漂移迁移率密度，介电弛豫时间等。MalecD和TruongVH等人通过研究高温高压下的聚乙烯中载流子的迁移率，根据载流子迁移率的场依存性和压力的依赖性，从电流峰出现的时间来得到载流子的迁移率。
[0005]中国学者研究发现不同电极材料在空间电荷注入量和注入速度存在差别，并且这与电极材料的逸出功密切相关。当电压极性反转时，电导的动态过程是由空间电荷引起的并且与电极材料种类及其功函数有密切的关系。电极材料与绝缘的接触形式严重影响电荷的注入，电极和聚合物之间的界面类型在确定绝缘体中的电荷分布方面起着重要作用。
[0006]由于聚合物绝缘材料种类和结构的复杂性，目前对其电导行为的机理和影响因素还没有形成统一认识。不论是对电导机理的理论研究，还是对聚合物绝缘材料性能的全面评价，在不同温度下获得准确可靠的I
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V特性曲线，都是进一步工作的基础，利用I
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V特性曲线及其与温度的关系，可以全面表征聚合物绝缘材料的电导特性，反映载流子的传导机制。由于聚合物绝缘材料的电导电流极其微小，即便是在30kV/mm以上的场强作用下，通过试样的电流密度也只有10
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11A/cm2数量级。测量高质量的I
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V特性曲线，特别是在临近击穿状态
下的电导特性并不容易，需要对测试电极、测试线路、测试设备、数据采集等多个因素综合处理，才能达到预期结果。聚合物绝缘材料的电导虽然十分微弱，但是在某些条件下会对聚合物绝缘材料的工作状态产生重大影响。聚合物绝缘材料通常在高温度、高电场的条件下工作，其电导机制十分复杂。例如，内、外肖特基发射、高场隧穿、跳跃电导、欧姆电导、空间电荷限制输运等。这些机制与聚合物绝缘材料的组成、结构、缺陷以及工作条件密切相关，并且在不同条件下还存在着相互影响和转化。了解聚合物绝缘材料在不同条件下电导的主导机制，是选择和评价聚合物绝缘材料工作特性的基础科学问题。目前在该领域内相关研究所使用的测试装置，均为各实验室自行搭建，缺乏通用的测试系统。这在一定程度上限制了对聚合物绝缘材料电学特性的深入认识和评价。
[0007]针对聚合物绝缘材料的电导特性难以测量和全面表征的问题，本领域亟需一种能够在不同温度下准确测试聚合物绝缘材料的I
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V特性曲线的通用测试系统。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是提供一种聚合物绝缘材料电导特性测试系统，能够在不同温度下准确测试聚合物绝缘材料的I
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V特性曲线。
[0009]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0010]一种聚合物绝缘材料电导特性测试系统，所述测试系统包括高压电源、样品室、保护电阻、取样电阻、第一接触器、第二接触器、微控制单元、微电流计、保护电路和上位机；
[0011]所述聚合物绝缘材料的样品放置于所述样品室中，所述样品室用于为所述聚合物绝缘材料的样品提供温度和真空条件，为所述聚合物绝缘材料的样品屏蔽电磁干扰；所述聚合物绝缘材料的样品通过所述电极与所述高压电源连接；
[0012]所述上位机分别与所述微电流计、所述微控制单元和所述高压电源连接；所述微控制单元分别与所述第一接触器、所述第二接触器和所述保护电路连接；所述第一接触器分别与所述取样电阻、所述第二接触器和所述保护电阻连接；所述第二接触器分别与所述微电流计和所述保护电阻连接；所述保护电阻与所述聚合物绝缘材料的样品连接；所述微电流计与所述取样电阻连接；
[0013]所述上位机控制所述高压电源从初始电压开始，按升压步长依次加压，当加压时间达到设定阈值时，所述上位机发送第一控制指令到所述微控制单元，通过所述微控制单元控制所述第二接触器闭合，所述微电流计与所述保护电阻串联，所述微电流计开始进行电流测试；所述上位机实时判断当前测试电场是否小于转换阈值；若是，则所述微电流计继续进行电流测试；若否，则所述上位机发送第二控制指令到所述微控制单元，通过所述微控制单元控制所述第一接触器闭合，所述取样电阻与所述保护电阻串联，所述微电流计与所述取样电阻并联，所述微电流计开始进行电压测试，若在测试过程中所述聚合物绝缘材料的样品击穿，所述上位机发送第三控制指令到所述微控制单元，通过所述微控制单元控制所述第二接触器断开，保护所述微电流计，同时所述上位机发送第四控制指令到所述微控制单元，通过所述微控制单元控制所述保护电路开始工作，保证所述聚合物绝缘材料的样品击穿时所述测试系统的安全。
[0014]可选地，所述保护电路具体包括限流电阻和三极管；
[0015]所述三极管的发射极接地；所述三极管的C集电极与所述第一接触器连接；所述三
极管的B基极与所述限流电阻连接；所述限流电阻与所述微控制单元连接。
[0016]可选地，所述样品室采用不锈钢制作。
[0017]可选地，所述高压电源接地。
[0018]可选地，所述上位机通过RS232与所述微电流计、所述微控制单元和所述高压电源连接。
[0019]可选地，所述电极采用直径为25mm的不锈钢电极；所述电极的表面经过抛光和处理后，所述电极的表面粗糙度小于0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚合物绝缘材料电导特性测试系统，其特征在于，所述测试系统包括高压电源、样品室、保护电阻、取样电阻、第一接触器、第二接触器、微控制单元、微电流计、保护电路和上位机；所述聚合物绝缘材料的样品放置于所述样品室中，所述样品室用于为所述聚合物绝缘材料的样品提供温度和真空条件，为所述聚合物绝缘材料的样品屏蔽电磁干扰；所述聚合物绝缘材料的样品通过所述电极与所述高压电源连接；所述上位机分别与所述微电流计、所述微控制单元和所述高压电源连接；所述微控制单元分别与所述第一接触器、所述第二接触器和所述保护电路连接；所述第一接触器分别与所述取样电阻、所述第二接触器和所述保护电阻连接；所述第二接触器分别与所述微电流计和所述保护电阻连接；所述保护电阻与所述聚合物绝缘材料的样品连接；所述微电流计与所述取样电阻连接；所述上位机控制所述高压电源从初始电压开始，按升压步长依次加压，当加压时间达到设定阈值时，所述上位机发送第一控制指令到所述微控制单元，通过所述微控制单元控制所述第二接触器闭合，所述微电流计与所述保护电阻串联，所述微电流计开始进行电流测试；所述上位机实时判断当前测试电场是否小于转换阈值；若是，则所述微电流计继续进行电流测试；若否，则所述上位机发送第二控制指令到所述微控制单元，通过所述微控制单元控制所述第一接触器闭合，所述取样电阻与所述保护电阻串联，所述微电流计与所述取样电阻并联，所述微电流计开始进行电压测试，若在测试过程中所述聚合物绝缘材料的样品击穿，所述上位机发送第三控制指令到所述微控制单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋强，杨春尧，魏红云，文哲，袁勋，
申请(专利权)人：成都市产品质量监督检验研究院，
类型：发明
国别省市：