一種基于電聲脈沖法的電介質材料空間電荷測試裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電介質材料的空間電荷測量技術領域，尤其涉及一種基于電聲脈沖法的電介質材料空間電荷測試裝置。
【背景技術】
[0002]自上世紀80年代電聲脈沖法(PEA)問世以來，國際國內開展了大量基于PEA技術的電介質材料(聚合物材料、陶瓷材料、油紙材料等)空間電荷輸運特性研究。
[0003]電聲脈沖法的原理是利用高壓脈沖和絕緣介質中的電荷層的相互作用產生與材料中的電荷成正比的聲壓力波，然后將這些聲壓力波通過壓電傳感器轉化為電信號并放大從而被數字示波器獲取并顯示，通過對該電壓信號分析即可得出電介質內部空間電荷密度分布ο
[0004]電聲脈沖法的硬件設備最初是針對聚合物材料而設計的，自上個世紀末開始有學者將其運用到油紙絕緣介質的空間電荷測試中，經過近十幾年的研究，取得了較好的進展。然而，對于油紙混合絕緣介質而言，絕緣油和絕緣紙自身的特點決定了對其采用ΡΕΑ法測量空間電荷時需要特別關注測試細節問題。
[0005]首先，目前國內大部分電聲脈沖法的測試平臺采用開放式，即在開放的環境下進行空間電荷特性測試，測試時間一般為半小時到數小時。對于絕緣油和絕緣紙的組成的混合絕緣介質而言，因其自身的吸潮性，特別對于Midel oil，B1temp oil等具有較高水飽和含量的絕緣油及其油紙混合介質而言，長時間的開放性試驗，必將使得油紙介質中的含水量受環境濕度的影響而產生變化。而現有研究成果表明，水分含量的變化會極大地影響油紙介質內部的空間電荷運動。類似的，對于聚合物介質，其測試過程中的吸潮性對其空間電荷測試的影響也不容忽視。
[0006]此外，水分含量的變化亦會影響油紙介質空間電荷信號處理。在電聲脈沖法測試過程中，聲速及聲阻抗是影響空間電荷信號獲取的非常重要的參數，含水量的變化將會影響介質中的聲速及聲阻抗，進而帶來空間電荷測試數據的誤差。
[0007]同時，在長期性空間電荷試驗中，環境溫度的變化也會對空間電荷的運動規律以及電聲信號的分析處理帶來極大地影響。因此，必須嚴格、準確地控制測試環境參數。
[0008]特別的，由于油紙混合絕緣介質疏松、易壓縮的特質，當其被放置于上下電極之間時，油紙樣本的厚度會受到上電極自重及電極壓緊螺栓帶來的壓力作用大小的影響，而樣本厚度對于基于電聲脈沖法的空間電荷測試來講，直接影響著樣本內部的空間電荷分布情況。因此，如何確保多次試驗中，油紙樣本所受到的電極壓緊程度的一致性，進而確保被測樣品厚度不受影響，也是需要特別關注的。
[0009]值的注意的是，根據現有文獻資料顯示，部分PEA試驗的測試環境為大試驗室條件下的溫濕度控制，如此雖能夠達到控制環境參數的效果，但明顯不夠經濟、節能;此外，大部分絕緣材料通常是工作在高溫、高壓并伴隨著各種高能射線的惡劣環境下，例如，電力變壓器運行時其熱點溫度可能達到90°C甚至更高。因此，在分析油紙絕緣材料空間電荷特性時，只有結合實際運行過程中的熱點溫度，引入較高溫度場下的空間電荷的測量和分析，才能更好地了解在實際運行過程中電介質材料的空間電荷特性。然而，現有的基于PEA技術的空間電荷的研究，最高溫度僅為60°C，尚未見較高溫度下的空間電荷試驗的報道。
【發明內容】
[0010]本發明提供了一種基于電聲脈沖法的電介質材料空間電荷測試裝置，用以實現測試環境參數(溫度、濕度)可控，電極壓力準確控制，電極溫度準確控制，以及較高溫度下的基于PEA技術的電介質材料空間電荷測試。由于在相對較小的封閉環境下測試，在提升測試結果準確性的同時，在一定程度上降低了試驗測試所需能源成本。
[0011]所述測量裝置包由密封罩、智能控制顯示單元(罩內溫度、罩內濕度、電極壓力、電極溫度)、上電極系統、下電極系統等部分組成。將用耐高溫防靜電透明PC工程塑料板制成的密封罩罩體28，利用尼龍材質的大六角固定螺栓3將其固定于鋁制下電極12上(必要時也可以通過大六角固定螺栓3將密封罩罩體28拆卸掉)，并利用丁腈橡膠材質的密封圈2墊在密封罩罩體28與鋁制下電極12之間起到密封隔熱作用。
[0012]所述密封罩罩體28—側設有開啟門，通過小六角固定螺栓15實現開啟或密閉。
[0013]所述密封罩罩體28的一側安裝面板式智能控制顯示單元13。該智能控制顯示單元13由溫濕度控制單元、電極壓力測試單元和電極溫度測試單元構成。溫濕度控制單元主要由傳感器、控制器、加熱器(加熱風扇)、溫濕度顯示等幾部分組成。通過選擇合適型號，可將其集成于智能控制顯示單元13內部。
[0014]所述電極壓力測試單元由電極壓力傳感器16、壓力顯示單元(集成于智能控制顯示單元13)、SMA屏蔽線27構成。電極壓力傳感器16采用貼片式壓力傳感器，使用耐高溫絕緣樹脂將其安裝在上電極壓緊螺栓29上，壓力量程為0.5 Bar到15Bar，工作溫度范圍為-65°F至IJ+250°F (_55°C到+120°C)，小管腳，高固有頻率，抗振動和沖擊。通過SMA屏蔽線27將電極壓力傳感器16的輸出信號傳送至壓力顯示單元，并將其集成在密封罩外的智能控制顯示單元13上，可實時顯示出電極壓緊螺栓對于上電極的壓力。
[0015]所述電極溫度傳感器19利用耐高溫絕緣樹脂將其安裝在下電極上靠近上電極的位置，利用SMA屏蔽線27將傳感器信號傳輸到智能控制顯示單元13，并在顯示界面顯示出電極溫度。
[0016]本發明的工作過程是:首先在智能控制顯示單元設定試驗環境溫度及濕度，打開密封罩，打開上電極壓緊螺栓，在樣品槽放入待測試樣之后，結合智能控制顯示單元顯示的上電極壓力選擇合適的壓力數值，并于多次重復試驗中保持此數值不變。關上密封罩后，溫濕度控制單元開始自動調節罩內溫濕度。同時，智能控制顯示單元亦實時顯示電極溫度，作為試驗參考數據之一。待環境溫濕度達到設定數值之后，從上電極向試樣施加高壓直流電場，使試樣中產生空間電荷，同時從上電極向試樣施加高壓窄脈沖，使得試樣內部的空間電荷在高壓窄脈沖作用下發生微小振動，并以聲波的形式傳遞到下電極，通過緊貼在下電極下表面的壓電傳感器轉化為電信號，再經過放大器放大，并通過示波器讀取電壓信號波形，根據電聲脈沖法的原理，經過壓電傳感器轉化之后的電壓信號就是試樣中空間電荷量的大小及位置的信號。示波器所讀的波形通過GPIB采集卡讀傳輸到電腦，電腦將所采集到的信號進行各種數學的分析和處理，最終輸出試驗內部空間電荷的波形。
[0017]本發明采取以下措施，實現空間電荷測試過程中環境參數及電極壓力的控制:
采用耐高溫防靜電透明PC工程塑料板制成的密封罩罩體28，利用尼龍材質的大六角固定螺栓3將其固定于鋁制下電極12上(必要時也可以通過大六角固定螺栓3將密封罩罩體28拆卸掉)，并利用丁腈橡膠材質的密封圈2墊在密封罩罩體28與鋁制下電極12之間起到密封隔熱作用。于密封罩罩體28的一側安裝面板式智能控制顯示單元13，主要由傳感器、控制器、加熱器(加熱風扇)、溫濕度顯示等幾部分組成，可智能控制罩內溫度及濕度。可準確控制測試裝置密封罩內的溫度及濕度，不受外界環境溫濕度的影響，并且測試溫度范圍較寬，可實現較高溫度下的空間電荷測試。
[0018]通過安裝在下電極上靠近上電極的位置的電極溫度傳感器19，可在智能控制顯示單元13的顯示界面顯示出電極溫度，作為試驗時的參考數據。
[0019]通過在測試電極壓緊螺栓29處安裝貼片式電極壓力傳感器16，其壓力數值可在智能控制顯示單元13的顯示界面上顯示，從而在試驗樣品放置好之后，在固定上電極的過程中，結合智能控制顯示單元上顯示的電極壓力數值，使得空間電荷測試試驗的環境參數、樣品實際被測厚度保持一致。
[0020]本發明的有益效果為，本發明提供了一種帶環境參數控制的基于電聲脈沖法的電介質材料空間電荷測試裝置，本發明的實施可實現空間電荷測試過程中，測試環境參數(溫度、濕度)可控，電極壓力準確控制，電極溫度準確控制，以及較高溫度下的基于PEA技術的電介質材料空間電荷測試。同時，由于在相對較小的封閉環境下測試，在提升測試結果準確性的同時，在一定程度上降低了控制試驗測試環境參數所需的能源成本。
[0021]
【附圖說明】
[0022]圖1為本發明提出的測試裝置的示意圖；
圖2為本發明提出的測試裝置中密封罩及智能控制顯示單元的示意圖；
圖3為本發明提出的測試裝置中上電極、壓緊螺栓及壓力傳感器的示意圖；
圖4為本發明提出的測試裝置中智能控制顯示單元的參數顯示面板的示意圖。
[0023 ]圖1 -4中，1 —直流電壓源，2—密封圈，3—大六角固定螺栓，4—銅屏蔽層，5—壓電傳感器，6—冷卻風扇，7—放大器，8—吸收層，9—聚四氣乙稀外殼，10—不波器，11—電腦，12-鋁制下電極，13--智能控制顯示單元(參數顯示面板)，14-脈沖發生器，15-固定螺栓，16—電極壓力傳感器，17—活動轉軸，18—小六角固定螺栓，19—電極溫度傳感器，20—上電極外殼，21 —保護電阻，22—上電極，23—半導電膜層，24—樣品槽，25—隔直電容器，26-匹配電阻，27-SMA屏蔽線，28-密封罩罩體，29—電極壓緊螺栓。
[0024]
【具體實施方式】
[0025]以下通過實施例對本發明做進一步的說明。圖1為實施例的測試裝置示意圖，所述測量裝置包由密封罩、智能控制顯示單元(罩內溫度、罩內濕度、電極壓力、電極溫度)、上電極系統、下電極系統等部分組成。
[0026]直流電壓源1可以在樣本上提供恒定的直流電壓。
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