本发明专利技术属于高电压与绝缘技术领域，特别涉及一种可测传导电流的ＰＥＡ空间电荷测试装置，测量装置由上电极、下电极、空间电荷采集通道、电流信号采集通道和脉冲输入通道五部分组成。上电极用环氧树脂浇注把上电极金属外壳与上电极中心电极固定构成整体的可移动上电极，下电极为下电极外环、下电极内环和下电极中心柱同轴组成的三电极结构，三者分别实现输入脉冲、采集传导电流信号和采集空间电荷ＰＥＡ信号的功能。直流高压和高压窄脉冲分别从试样两侧的电极引入，避免直流高压和脉冲的耦合，消除试样的表面电流的影响，解决了电声脉冲法不能测量传导电流的问题，实现了对试样传导电流和空间电荷同时测量，特别适用于电工绝缘材料领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高电压与绝缘
，特别涉及一种可测传导电流的PEA空间电荷 测试装置。
技术介绍
空间电荷是表征电介质材料电气性能的一个重要参数，空间电荷测量对于电介质 介电性能的研究有着重要的意义。目前，国际上普遍公认，空间电荷对电场有畸变作用，空 间电荷的分布和运动对绝缘材料的电导、击穿破坏、老化等等有强烈的影响。在电场作用 下，尤其是直流电场，空间电荷集聚会严重畸变聚合物中电场分布，贮存电机械能，并引起 电荷的复合和激励，从而导致材料早期破坏，如增加热电子的生成速率、降低材料老化的能 量势垒、引起断键的生成、微孔扩大和内部应力，并最终导致材料击穿。因此，空间电荷的存 在、转移和消失会直接导致绝缘材料内部电场分布的改变，对材料内部的局部电场起到削 弱或加强的作用，影响到材料电气特性的各个方面。 在空间电荷研究方面，目前国内外所做的大都是实验性质的研究，并且集中在以 电缆绝缘为应用背景的聚乙烯材料上。随着试验及测量数据的完善，目前许多理论解释、模 型建立的研究工作也都开展起来了 。然而陷阱电荷如何影响材料的性能仍是个悬而未决的 问题。研究表明，陷阱电荷密度的改变导致电荷入陷传输过程的改变，最终影响载流子的迁 移，宏观上反映在电导的变化上。 众所周知，电荷的定向移动形成电流，电介质内部缺陷的作用又会使载流子驻留 从而形成空间电荷，载流子的迁移、入陷和脱陷等说明空间电荷的形成和因此产生的电场 变化，都会对电导电流产生影响，所以探索电流和空间电荷之间的关系可以为分析材料内 部的微观特性提供新的途径。 空间电荷测量方法有很多种，但是目前应用最为普遍的是日本武藏工业大学的高 田达雄教授所提出的电声脉冲(PEA)法。目前用此方法所做的测量空间电荷的设备基本比 较成熟，虽然传统的空间电荷测试装置有很多优点，但是存在以下不足功能简单；脉冲输 入端口和高电压输入端口都从上电极引入，容易造成耦合；只能施加直流电压；对施压过 程中材料中所流过的传导电流无法测量。因此需要设计一套可同时测量传导电流和空间电 荷的PEA测试系统，解决目前测量上述现有技术不能将传导电流和空间电荷联系起来进行 研究的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决
技术介绍
中所述的目前不能将传导电流和空间电荷联 系起来进行研究的问题，提供一种可测传导电流的PEA空间电荷测试装置，其特征在于，测 量装置主要由五部分组成，即上电极、下电极、空间电荷采集通道、电流信号采集通道和脉 冲输入通道。下电极隔板10为矩形的绝缘板，圆锥台形的下电极中心柱13自下向上固接 在下电极隔板10中部的圆孔内，下电极内环11和下电极外环12与下电极中心柱13同轴4镶嵌在下电极隔板10内，下电极中心柱13、下电极内环11和下电极外环12的上端面与下 电极隔板10的上表面在同一平面内构成下电极平面，压电传感器14置于下电极中心柱13 下端面之下，镀金属膜的有机玻璃柱15置于压电传感器14之下，下电极中心柱绝缘套18 包覆下电极中心柱13下部、压电传感器14和镀金属膜的有机玻璃柱15置于空间电荷采集 器金属外壳19内，空间电荷采集器金属外壳19固接在下电极隔板10的下表面将压电传感 器14、镀金属膜的有机玻璃柱15和下电极中心柱绝缘套18与下电极中心柱13下端面压 紧，长方体的下电极金属外壳20固接在下电极隔板10的下表面，电荷信号SMA同轴插座16 固接在空间电荷采集器金属外壳19中心圆孔内，电荷信号SMA同轴插座16的内导体穿过 下电极中心柱绝缘套18与镀金属膜的有机玻璃柱15下表面的金膜可靠电接触，电荷信号 前置放大器26置于下电极金属外壳20内，电荷信号前置放大器26输入端与电荷信号SMA 同轴插座16连接，输出端与固接在下电极金属外壳20左侧壁的电荷信号SMA同轴插头17 连接，电流信号SMA同轴弯插座21固接在下电极隔板10的下表面，电流信号SMA同轴弯插 座21的内导体与下电极内环电极11连接，置于下电极金属外壳20内的限流电阻25 —端 与电流信号SMA同轴弯插座21的内导体连接，另一端与固接在下电极金属外壳20左侧壁 的电流信号SMA同轴插头22连接，脉冲输入SMA同轴弯插座23固接在下电极隔板10的下 表面，脉冲输入SMA同轴弯插座23的内导体与下电极外环电极12连接，脉冲输入SMA同轴 插头24固接在下电极金属外壳20右侧壁与脉冲输入SMA同轴弯插座23用裸导线连接； 高压BNC插座1套在绝缘橡胶圈2内固接在圆柱形的上电极金属外壳3的中心孔 内，上电极中心电极4置于上电极金属外壳3内，上电极中心电极4的下表面与上电极金属 外壳3下端面在同一平面内，上电极中心电极4的上表面与高压BNC插座1的内导体用裸 导线连接，环氧树脂5浇注在上电极金属外壳3内部，把上电极金属外壳3与上电极中心电 极4固定构成整体的可移动上电极，上电极底座7与下电极中心柱电极13同轴固接在下电 极隔板10上表面，试样9置于下电极平面上，半导电垫片8置于试样9上，整体的上电极在 上电极底座7内，上电极中心电极4压在半导电垫片8上，上电极压环6压住上电极金属外 壳3圆柱面中部的圆环与上电极底座7螺纹连接，通过拧紧上电极压环6对上电极加压，将 上电极中心电极4、半导电垫片8和试样9与下电极平面压紧； 高压直流电源31的高压输出端与高压BNC插座1连接，示波器27的Y输入端和 电荷信号SMA同轴插头17连接，静电计28的输入端与电荷信号SMA同轴插头17连接，脉 冲源29的高压窄脉冲输出端与脉冲输入SMA同轴插头24连接，脉冲源29的同步输出端与 示波器27的同步输入端连接，示波器27和静电计28的数据输出端与计算机30的数据输 入端连接。 所述镀金属膜的有机玻璃柱15的上下平面和圆柱面均用离子溅射仪真空镀金 膜。 所述下电极内环电极11、下电极外环电极12和下电极中心柱电极13利用过盈配 合技术固定在下电极隔板10上。 所述电极中心柱13、下电极内环11和下电极外环12的上端面构成下电极平面进 行镜面抛光。 所述限流电阻25的阻值范围为1. 0 3. OMQ 。 所述上电极中心电极4、下电极内环电极11、下电极外环电极12和下电极中心柱3/6页电极13的材料为铝。 所述上电极金属外壳3、空间电荷采集器金属外壳19和下电极金属外壳20的材料 为铝。 所述下电极隔板10的材料为聚四氟乙烯板材。 所述下电极中心柱绝缘套18的材料为聚四氟乙烯。 所述上电极压环6和上电极底座7的材料为黄铜。 所述半导电垫片8为普通半导电材料，主要防止声波在界面发生反射。 本专利技术的工作过程是从上电极向试样施加高压直流电场，使试样中产生空间电荷，同时从下电极向试样中心施加高压窄脉冲，使得试样中心部分的空间电荷在脉冲作用下在局部发生微小振动，这一振动以声波的形式传到接地的下电极中心柱电极，通过紧贴在下电极中心柱电极上表面的压电传感器转化为电信号，再经过电荷信号前置放大器放大，用示波器读取空间电荷信号波形，这一波形就是一维的沿厚度方向的净空间电荷分布。由与下电极内环电极连接的静电计测量流过试样的传导电流。静电计和示波器所读的波形通过GPIB采集卡读写到计算机，计算机将所采集到的信号进行分析处理。 直流高压加在阻值为本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种可测传导电流的ＰＥＡ空间电荷测试装置，其特征在于，下电极隔板（１０）为矩形的绝缘板，圆锥台形的下电极中心柱（１３）自下向上固接在下电极隔板（１０）中部的圆孔内，下电极内环（１１）和下电极外环（１２）与下电极中心柱（１３）同轴镶嵌在下电极隔板（１０）内，下电极中心柱（１３）、下电极内环（１１）和下电极外环（１２）的上端面与下电极隔板（１０）的上表面在同一平面内构成下电极平面，压电传感器（１４）置于下电极中心柱（１３）下端面之下，镀金属膜的有机玻璃柱（１５）置于压电传感器（１极底座（７）内，上电极中心电极（４）压在半导电垫片（８）上，上电极压环（６）压住上电极金属外壳（３）圆柱面中部的圆环与上电极底座（７）螺纹连接，拧紧上电极压环（６）对上电极加压，将上电极中心电极（４）、半导电垫片（８）和试样（９）与下电极平面压紧； 高压直流电源（３１）的高压输出端与高压ＢＮＣ插座（１）连接，示波器（２７）的Ｙ输入端和电荷信号ＳＭＡ同轴插头（１７）连接，静电计（２８）的输入端与电荷信号ＳＭＡ同轴插头（１７）连接，脉冲源（２９）的高压窄脉冲输出端与脉冲输入ＳＭＡ同轴插头（２４）连接，脉冲源（２９）的同步输出端与示波器（２７）的同步输入端连接，示波器（２７）和静电计（２８）的数据输出端与计算机（３０）的数据输入端连接。４）之下，下电极中心柱绝缘套（１８）包覆下电极中心柱（１３）下部、压电传感器（１４）和镀金属膜的有机玻璃柱（１５）置于空间电荷采集器金属外壳（１９）内，空间电荷采集器金属外壳（１９）固接在下电极隔板（１０）的下表面将压电传感器（１４）、镀金属膜的有机玻璃柱（１５）和下电极中心柱绝缘套（１８）与下电极中心柱（１３）下端面压紧，长方体的下电极金属外壳（２０）固接在下电极隔板（１０）的下表面，电荷信号ＳＭＡ同轴插座（１６）固接在空间电荷采集器金属外壳（１９）中心圆孔内，电荷信号ＳＭＡ同轴插座（１６）的内导体穿过下电极中心柱绝缘套（１８）与镀金属膜的有机玻璃柱（１５）下表面的金膜可靠电接触，电荷信号前置放大器（２６）置于下电极金属外壳（２０）内，电荷信号前置放大器（２６）输入端与电荷信号ＳＭＡ同轴插座（１６）连接，输出端与固接在下电极金属外壳（２０）左侧壁的电荷信号ＳＭＡ同轴插头（１７）连接，电流信号ＳＭＡ同轴弯插座（２１）固接在下电极隔板（１０）的下表面，电流信号ＳＭＡ同轴弯插座（２１）的内导体与下电极内环电极（１...
【技术特征摘要】
一种可测传导电流的PEA空间电荷测试装置，其特征在于，下电极隔板(10)为矩形的绝缘板，圆锥台形的下电极中心柱(13)自下向上固接在下电极隔板(10)中部的圆孔内，下电极内环(11)和下电极外环(12)与下电极中心柱(13)同轴镶嵌在下电极隔板(10)内，下电极中心柱(13)、下电极内环(11)和下电极外环(12)的上端面与下电极隔板(10)的上表面在同一平面内构成下电极平面，压电传感器(14)置于下电极中心柱(13)下端面之下，镀金属膜的有机玻璃柱(15)置于压电传感器(14)之下，下电极中心柱绝缘套(18)包覆下电极中心柱(13)下部、压电传感器(14)和镀金属膜的有机玻璃柱(15)置于空间电荷采集器金属外壳(19)内，空间电荷采集器金属外壳(19)固接在下电极隔板(10)的下表面将压电传感器(14)、镀金属膜的有机玻璃柱(15)和下电极中心柱绝缘套(18)与下电极中心柱(13)下端面压紧，长方体的下电极金属外壳(20)固接在下电极隔板(10)的下表面，电荷信号SMA同轴插座(16)固接在空间电荷采集器金属外壳(19)中心圆孔内，电荷信号SMA同轴插座(16)的内导体穿过下电极中心柱绝缘套(18)与镀金属膜的有机玻璃柱(15)下表面的金膜可靠电接触，电荷信号前置放大器(26)置于下电极金属外壳(20)内，电荷信号前置放大器(26)输入端与电荷信号SMA同轴插座(16)连接，输出端与固接在下电极金属外壳(20)左侧壁的电荷信号SMA同轴插头(17)连接，电流信号SMA同轴弯插座(21)固接在下电极隔板(10)的下表面，电流信号SMA同轴弯插座(21)的内导体与下电极内环电极(11)连接，置于下电极金属外壳(20)内的限流电阻(25)一端与电流信号SMA同轴弯插座(21)的内导体连接，另一端与固接在下电极金属外壳(20)左侧壁的电流信号SMA同轴插头(22)连接，脉冲输入SMA同轴弯插座(23)固接在下电极隔板(10)的下表面，脉冲输入SMA同轴弯插座(23)的内导体与下电极外环电极(12)连接，脉冲输入SMA同轴插头(24)固接在下电极金属外壳(20)右侧壁与脉冲输入SMA同轴弯插座(23)用裸导线连接；高压BNC插座(1)套在绝缘橡胶圈(2)内固接在圆柱形的上电极金属外壳(3)的中心孔内，上电极中心电极(4)置于上电极金属外壳(3)内，上电极中心电极(4)的下表面与上电极金属外壳(3)下端面在同一平面内，上电极中心电极(4)的上表面与高压BNC插座(1)的内导体用裸导线连接，环氧树脂(5)浇注在上电极金属外壳(3)内部，把上电极金属外壳(3)与上电极中心电极(4)固定构成整体的可移动上电极，上电极...
【专利技术属性】
技术研发人员：屠幼萍，丁立健，闫琰，王倩，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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