防止電磁干擾的平板試樣空間電荷分布測量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及空間電荷分布測量領(lǐng)域，尤其涉及一種防止電磁干擾的平板試樣空間電荷分布測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]電氣絕緣材料由于其分子結(jié)構(gòu)的缺陷導(dǎo)致內(nèi)部缺陷的形成。在電場的作用下，載流子沿電場方向進(jìn)行運動，當(dāng)這些載流子遇到所形成的缺陷，會被其進(jìn)行捕獲，形成了相應(yīng)的空間電荷。這些空間電荷所形成的庫侖場和外加電場將改變原有電場的分布，從而造成材料內(nèi)電場的嚴(yán)重畸變，從而引發(fā)電樹發(fā)展，導(dǎo)致絕緣的破壞。因此，空間電荷嚴(yán)重影響電氣絕緣材料的性能，建立電氣絕緣材料中的空間電荷測試系統(tǒng)具有重要意義。
[0003]現(xiàn)有測量技術(shù)中，基于電聲脈沖法的空間電荷測量，其使用的系統(tǒng)僅能在均一溫度下進(jìn)行測量，存在局限性?；趬毫Σǚǖ钠桨逶嚇涌臻g電荷測量，空間電荷分布信號容易受到干擾，信號衰減較大，特別是高壓引線、同軸電纜容易引入外部電磁干擾，導(dǎo)致測量系統(tǒng)信噪比低，測量不準(zhǔn)確。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型提出了一種防止電磁干擾的平板試樣空間電荷分布測量裝置及方法，能夠準(zhǔn)確測量電氣絕緣材料中的空間電荷分布，通過在高壓引線中間階段串聯(lián)連接高壓電阻，并通過波導(dǎo)管，有效防止外部電磁干擾，提高了空間電荷分布測量裝置的信噪比，精度高，并能夠通過相應(yīng)加熱裝置實現(xiàn)了不同溫度下空間電荷測量。
[0005]本實用新型技術(shù)方案如下:
[0006]—種防止電磁干擾的平板試樣空間電荷分布測量裝置，包括高壓直流電源、高壓引線、絕緣自粘帶、高壓電阻、第一波導(dǎo)管、信號屏蔽盒、限流電阻、隔直電容、同軸電纜、第二波導(dǎo)管、試樣屏蔽盒、金屬支柱、電極測量單元、放大器、數(shù)字示波器、高溫干燥箱、激光器。
[0007]限流電阻、隔直電容設(shè)置在信號屏蔽盒內(nèi)。
[0008]電極測量單元設(shè)置在試樣屏蔽盒內(nèi)，試樣屏蔽盒、金屬支柱設(shè)置在高溫干燥箱內(nèi)，試樣屏蔽盒設(shè)置在金屬支柱上；金屬支柱能夠?qū)a(chǎn)生的干擾信號接地，同時，方便調(diào)節(jié)試樣屏蔽盒的高度。
[0009]試樣屏蔽盒、高溫干燥箱的箱壁上均設(shè)置有光孔，高溫干燥箱光孔外設(shè)置激光器，激光器的發(fā)射光能夠通過光孔垂直照射到電極測量單元上。
[0010]高壓直流電源、高壓引線相連接，高壓引線截斷后通過高壓電阻連接，高壓電阻外層包裹絕緣自粘帶，信號屏蔽盒的側(cè)壁設(shè)置第一波導(dǎo)管，第一波導(dǎo)管與信號屏蔽盒相通，高壓引線穿過第一波導(dǎo)管、信號屏蔽盒的側(cè)壁后與限流電阻相連接。
[0011]信號屏蔽盒、試樣屏蔽盒之間設(shè)置第二波導(dǎo)管，并通過第二波導(dǎo)管連通，同軸電纜穿過第二波導(dǎo)管，同軸電纜一端連接限流電阻、隔直電容，另一端連接電極測量單元。即高溫干燥箱、試樣屏蔽盒的箱體的兩側(cè)均有開孔，一側(cè)開孔為光孔，作為激光入射通道，另一側(cè)開孔作為電纜通道。
[0012]隔直電容、放大器、數(shù)字示波器依次順序相連接，即隔直電容的一端連接限流電阻、同軸電纜，另一端連接放大器，放大器、數(shù)字示波器相連接。
[0013]電極測量單元包括后電極、彈簧、接觸電極和前電極。
[0014]同軸電纜連接后電極，后電極、接觸電極通過彈簧連接接觸電極、前電極之間設(shè)置被測絕緣材料平板試樣，被測絕緣材料平板試樣兩側(cè)分別粘貼第一半導(dǎo)電電極、第二半導(dǎo)電電極；第一半導(dǎo)電電極與接觸電極接觸，第二半導(dǎo)電電極與接觸電極接觸。
[0015]前電極固定設(shè)置在試樣屏蔽盒的光孔處，前電極的中心設(shè)置有開孔，激光器的發(fā)射光能夠通過開孔垂直照射到被測絕緣材料平板試樣外側(cè)粘貼的半導(dǎo)電電極上。
[0016]后電極朝向彈簧的側(cè)面設(shè)置有凹槽，接觸電極朝向彈簧的側(cè)面設(shè)置有凸面，彈簧被壓縮時，凸面能夠收容在凹槽內(nèi)。使絕緣材料試樣兩側(cè)的半導(dǎo)電電極與外部的接觸電極、前電極緊密接觸，使用彈簧裝置對試樣進(jìn)行夾持，使用方便。
[0017]試樣屏蔽盒內(nèi)設(shè)置有絕緣支柱、絕緣底座；電極測量單元通過絕緣支柱設(shè)置在絕緣底座上；使得電極測量單元放置在試樣屏蔽盒內(nèi)；試樣屏蔽盒放置在金屬支柱上，以保持接地；通過絕緣支柱、絕緣底座能夠很好的絕緣電極測量單元的測量電流。
[0018]較優(yōu)地，第一波導(dǎo)管、第二波導(dǎo)管的材質(zhì)為黃銅，厚度為3-6 mm，內(nèi)徑20-30mm，長徑比為15:1-10:1，長徑比指長度和內(nèi)徑比例。
[0019]較優(yōu)地，同軸電纜的長度小于0.5 m，特征阻抗為50 Ω。
[0020]較優(yōu)地，隔直電容通過信號屏蔽盒上的BNC接頭與放大器相連接。
[0021]BNC接頭與放大器之間通過同軸電纜連接，電纜的長度小于0.5m，特征阻抗為50Ω，保證阻抗匹配。
[0022]高壓直流電源的輸出直流為土 120 kV，最大電流為2 mA，紋波系數(shù)彡0.2%。
[0023]較優(yōu)地，樣品屏蔽盒、信號屏蔽盒均為鋁合金。
[0024]隔直電容最高耐壓值不低于150 kV、電容不小于0.8 nF、電感不大于32 nH ;限流電阻為I 6Ω。
[0025]在信號屏蔽盒內(nèi)，高壓引線與限流電阻，限流電阻與隔直電容、同軸電纜，隔直電容與放大器均通過銅環(huán)連接，銅環(huán)通過絕緣支撐桿固定在信號屏蔽盒內(nèi)。
[0026]本實用新型平板試樣空間電荷分布測量過程如下:
[0027]被測量的絕緣材料試樣粘貼第一半導(dǎo)電電極、第二半導(dǎo)電電極，啟動高壓直流電源，高壓直流電源通過高壓引線、限流電阻和同軸電纜達(dá)到后電極，將高壓電場通過接觸電極加到絕緣材料試樣兩端。激光器作用在第二半導(dǎo)電電極產(chǎn)生壓力脈沖，并在絕緣材料試樣中以聲脈沖形式傳播，并在第一半導(dǎo)電電極上感應(yīng)電荷(即電信號)，傳送到電極接觸電極，再通過后電極、同軸電纜、隔直電容和放大器，電信號輸入數(shù)字示波器，由數(shù)字示波器測量電流信號正比空間電荷的分布，就能測得試樣中的空間電荷分布。
[0028]本實用新型為了防止外部電磁干擾對樣品內(nèi)空間電荷的電信號造成干擾，將絕緣材料試樣及電極測量單元整體放置于具有電磁屏蔽作用的試樣屏蔽盒中，并再將試樣屏蔽盒放置于具有控溫及電磁屏蔽作用的高溫干燥箱中；將高壓引線、限流電阻等加壓回路與隔直電容等測量回路整體放置于具有電磁屏蔽作用的信號屏蔽盒中。
[0029]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型包括以下有益效果:
[0030](I)本實用新型實現(xiàn)了直流高壓下的平板試樣絕緣材料中空間電荷分布測量；使用樣品屏蔽盒放置電極系統(tǒng)，使用信號屏蔽盒放置高壓引線等加壓回路與隔直電容等測量回路，防止外界環(huán)境的電磁干擾；本實用新型通過波導(dǎo)管將高壓引線引入信號屏蔽盒，并通過波導(dǎo)管連接信號屏蔽盒和試樣干燥箱，能夠有效防止外界環(huán)境的電磁干擾，同時，高壓引線中間階段后連接高壓電阻，高壓電阻通過絕緣自粘帶絕緣，能夠?qū)h(huán)境中的電磁干擾耦合到電路中，有效防止環(huán)境電磁干擾。
[0031](2)本實用新型通過高溫干燥箱加熱能夠?qū)崿F(xiàn)不同溫度下平板試樣絕緣材料中空間電荷的測量。
[0032](3)使用激光器產(chǎn)生壓力脈沖，利用激光脈沖的能量穩(wěn)定性保證壓力脈沖寬度為20-50 ns，幅度為1-10 Mpa，確保平板試樣的測量分辨率優(yōu)于100 μ m。
[0033](4)使用帶彈簧裝置的電極系統(tǒng)，降低加工難度，保證試樣夾持牢固。
【附圖說明】
[0034]圖1為本實用新型一種防止電磁干擾的平板試樣空間電荷分布測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖2為本實用新型的試樣屏蔽盒內(nèi)組件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖3為高壓引線、絕緣自粘帶、高壓電阻、第一波導(dǎo)管連接結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)示意圖。
【具體實施方式】
[0037]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0038]如圖1所示，一種防止電磁干擾的平板試樣空間電荷分布測量裝置，包括高壓直流電源1、高壓引線2、絕緣自粘帶3、高壓電阻4、第一波導(dǎo)管5、信號屏蔽盒6、限流電阻7、隔直電容8、同軸電纜9、第二波導(dǎo)管10、試樣屏蔽盒11、金屬支柱22、電極測量單元100、放大器20、數(shù)字示波器21、高溫干燥箱24、激光器25。
[0039]限流電阻7、隔直電容8設(shè)置在信號屏蔽盒6內(nèi)。
[0040]電極測量單元100設(shè)置在試樣屏蔽盒11內(nèi)，試樣屏蔽盒11、金屬支柱22設(shè)置在高溫干燥箱24內(nèi)，試樣屏蔽盒11設(shè)置在金屬支柱22上；金屬支柱22能夠?qū)a(chǎn)生的干擾信號接地，同時，方便調(diào)節(jié)試樣屏蔽盒11的高度。
[0041 ] 試樣屏蔽盒11、高溫干燥箱24的箱壁上均設(shè)置有光孔，高溫干燥箱24光孔外設(shè)置激光器25，激光器25的發(fā)射光能夠通過光孔垂直照射到電極測量單元100上。
[0042]如圖3所示，高壓直流電源1、高壓引線2相連接，高壓引線2截斷后通過高壓電阻4連接，高壓電阻4外層包裹絕緣自粘帶3，信號屏蔽盒6的側(cè)壁設(shè)置第一波導(dǎo)管5，第一波導(dǎo)管5與信號屏蔽盒6相通，高壓引線2穿過第一波導(dǎo)管5、信號屏蔽盒6的側(cè)壁后與限流電阻7、隔直電容8相連接。
[0043]信號屏蔽盒6、試樣屏蔽盒11之間設(shè)置第二波導(dǎo)管10，并通過第二波導(dǎo)管10連通，同軸電纜9穿過第二波導(dǎo)管10，同軸電纜9 一端連接限流電阻7、隔直電容8，另一端連接電極測量單元100。即高溫干燥箱24、試樣屏蔽盒11的箱體的兩側(cè)均有開孔，一側(cè)開孔為光孔，作為激光入射通道，另一側(cè)開孔作為電纜通道。
[0044]隔直電容8、放大器20、數(shù)字示波器21依次順序相連接，即隔直電容8的一端連接限流電阻7、同軸電纜9，另一端連接放大器20，放大器20、數(shù)字示波器21相連接。
[0045]如圖2所示，電極測量單元100包括后電極13、彈簧14、接觸電極15和前電極19。
[0046]同軸電纜9連接后電極13，后電極13、接觸電極15通過彈簧14連接，如圖1所示，接觸電極15、前電極19之間設(shè)置被測絕緣材料平板試樣17，被測絕緣材料平板試樣17兩側(cè)分別粘貼第一半導(dǎo)電電極16、第二半導(dǎo)電電極18 ;第一半導(dǎo)電電極16與接觸電極15接觸，第二半導(dǎo)電電極18與接觸電極19接觸。
[0047]前電極19固定設(shè)置在試樣屏蔽盒11的光孔處，前電極19的中心設(shè)置有開孔，激光器25的發(fā)射光能夠通過開孔照射到第二導(dǎo)電電極18上(被測絕緣材料平板試樣17外側(cè)粘貼的半導(dǎo)電電極)。
[0048]后電極13朝向彈簧14的側(cè)面設(shè)置有凹槽，接觸電極15朝向彈簧14的側(cè)面設(shè)置有凸面，彈簧14被壓縮時，凸面能夠收容在凹槽內(nèi)。使絕緣材料試樣17兩側(cè)的半導(dǎo)電電極與外部的接觸電極15、前電極19緊密接觸，使用彈簧裝置對