温控型电声脉冲法空间电荷测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及固体电介质材料性能测试技术领域，具体涉及一种温控型电声脉冲法空间电荷测量装置。
【背景技术】
[0002]近年来，随着空间电荷测量技术取得巨大的进步，固体电介质空间电荷研究已成为国内外高电压绝缘领域的研究热点。空间电荷测量技术是空间电荷研究的基础。空间电荷测量技术的发展与电介质材料电学特性研究是相互促进的。空间电荷测量技术可用于电介质中载流子迀移率、陷阱深度等性能参数的研究，并已经在电介质材料的开发和评估中发挥重要的作用。
[0003]随着我国特高压直流输电工程的不断推进，高压直流电力电缆面临巨大的发展机遇与挑战。目前，高压直流电缆技术发展的一个主要瓶颈是电缆主绝缘空间电荷问题。与交流电场不同，直流电场下绝缘介质长时间处于单极性电压作用下，空间电荷更容易发生系列动态演变过程，如注入、迀移、积聚与消散，并且伴随着材料内部电场的畸变。
[0004]此外，在交流电压作用下，电场分布取决于绝缘材料介电常数，而在直流电压下，电缆主绝缘电场分布取决于绝缘材料电导率，而绝缘材料电导率又受到温度、湿度、电场强度及加压时间等诸多因素的影响，均会极大影响到电介质空间电荷的动态过程。实际高压直流电缆运行中由于导体发热而形成由内到外的温度梯度场，聚合物绝缘材料对温度敏感的电导率呈梯度分布，这决定了电场发生极性反转，导致高温侧电极(电缆导芯)上的电荷更易注入和迀移，加剧了位于电缆绝缘外层外表面的电荷积聚和场强畸变，降低绝缘电击穿强度，更易造成电缆在断电或电压极性反转时的破坏。
[0005]电声脉冲法空间电荷测量技术是目前最为通用的测量技术之一。该测量技术的一个重要发展方向，就是集成温度调控功能，以适应绝缘材料在温度场下的空间电荷特性的研究。国内外学者对此付出了巨大的努力，成功开发出不同具有温控性能的空间电荷测量系统。1996年，T.Takada通过高压电极外壳安装加热圈、选配高耐温的铌酸锂(LiNbO3)压电薄膜，开发了最高温度达100°C的空间电荷测量系统。同年，M.Fukuma选用同样的LiNbO3压电薄膜，利用娃油加热方式实现了最高100 °C的温控功能。2004年，Y.Muramoto基于聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜实现了上电极90°C温度控制功能，下电极的温度通过设计一个循环冷却装置，促使其最高温度不超过75°C，以保护PVDF压电薄膜。
[0006]目前限制电声脉冲法空间电荷测量技术温控功能的主要因素是压电传感器的耐温性能。商品级的PVDF压电薄膜，最高工作温度仅能达到75°C左右。另一种压电陶瓷是LiNbO3,与PVDF聚合物材质不同，LiNbO3属于陶瓷类材质，其居里点温度可达1000 °C，正常工作温度也可达300°C以上，非常有发展潜力。但目前其尚未有薄膜产品面世，日本有个别的研究组通过自行研发，制备了小批量微米级的LiNbO3压电薄膜，并初步得到的应用。总的来看，目前PVDF压电薄膜依然是空间电荷测量技术的首选，但在高温条件下如何保护PVDF压电薄膜，是现有电声脉冲法空间电荷测量系统温控设计所需要考虑的问题。
【发明内容】
[0007]本发明旨在至少解决上述技术问题之一。
[0008]为此，本发明的一个目的在于提出一种温控型电声脉冲法空间电荷测量装置。
[0009]为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种温控型电声脉冲法空间电荷测量装置，包括:直流电压源导入装置，用于导入对被测样品的第一端面施加的直流电压;脉冲电压源导入装置，用于导入对被测样品的第一端面施加的脉冲电压;金属电极，与被测样品的第二端面接触，其中，被测样品的第二端面为被测样品的第一端面的相对面;温度调控单元，用于对被测样品的第一端面和第二端面中至少一个端面进行温度调控;压电传感器，与金属电极连接;压电传感器温度保护单元，用于对压电传感器的工作温度进行调控;信号导出单元，与压电传感器连接，用于将压电传感器转换的信号导出。
[0010]根据本发明实施例的温控型电声脉冲法空间电荷测量装置，可以实现宽温度范围调控功能、温度梯度调控功能和多物理场耦合条件的定量调控功能;此外，本申请还具有小体积、高耐压的电极结构设计特点，可适应不同厚度绝缘材料的测量需求，并且制作简单，操作方便。
[0011]另外，根据本发明上述实施例的温控型电声脉冲法空间电荷测量装置，还可以具有如下附加的技术特征:
[0012]进一步地，所述直流电压源导入装置包括高压金属电极和金属导电杆(8)，高压金属电极和金属导电杆连接;所述脉冲电压源导入装置包括脉冲导电杆、高压电容和电阻，脉冲导电杆通过高压电容与高压金属电极连接，电阻的一端与高压电容和脉冲导电杆之间的节点连接，另一端接地。
[0013]进一步地，还包括金属屏蔽罩，金属屏蔽罩上设置有供金属导电杆(8)和脉冲导电杆穿入的通孔;金属电极包括第一端和第二端，金属屏蔽罩与金属电极的第一端可拆卸连接，金属电极的第二端与压电传感器连接。
[0014]进一步地，所述温度调控单元包括:加热带，嵌在金属屏蔽罩外壁;绝缘树脂，紧贴金属屏蔽罩内壁并包裹高压金属电极;加热器，设置在靠近被测样品的金属电极内部；其中，高压金属电极设置在金属屏蔽罩内部，在绝缘树脂的顶部设置有绝缘隔板，绝缘隔板上设置有供金属导电杆穿过的通孔，绝缘隔板和金属屏蔽罩之间形成空气绝缘层。
[0015]进一步地，所述压电传感器温度保护单元包括:腔体，腔体的一端设置在靠近压电传感器的金属电极内部;隔热板，设置在腔体内壁上并靠近被测样品的第二端面;冷却介质进入通道，一端与腔体连通，另一端穿出金属电极;冷却介质排出通道，一端与腔体连通，另一端穿出金属电极。
[0016]进一步地，还包括:声波吸收模块，紧贴在压电传感器下表面并与所述信号导出单元连接，用于吸收从压电传感器穿过的声波，防止声波反射回压电传感器造成干扰。
[0017]进一步地，还包括屏蔽外部干扰信号对信号导出单元造成影响的金属屏蔽壳。
[0018]本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
【附图说明】
[0019]本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:
[0020]图1是本发明一个实施例的温控型电声脉冲法空间电荷测量装置的结构示意图；
[0021]图2是本发明一个实施例的温控型电声脉冲法空间电荷测量装置的局部放大图。
【具体实施方式】
[0022]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0023]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0024]在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接;可以是机械连接，也可以是电连接;可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0025]参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
[0026]以下结合附图描述根据本发明实施例的温控型电声脉冲法空间电荷测量装置。
[0027]请参考图1，一种温控型电声脉冲法空间电荷测量装置，包括直流电压源导入装置、脉冲电压源导入装置、金属电极16、温度调控单元、压电传感器20、压电传感器温度保护单元和信号导出单元。
[0028]直流电压源导入装置，用于导入对被测样品15的第一端面施加的直流电压。
[0029]在本发明的一个不例中，直流电压源导入装置包括高压金属电极6和金属导电杆8，金属导电杆8位于直流绝缘套管9内部，将直流高电压引到高压金属电极6上。
[0030]脉冲电压源导入装置，用于导入对被测样品15的第一端面施加的脉冲电压。
[0031]在本发明的一个示例中，脉冲电压源导入装置包括脉冲导电杆12、高压电容13和电阻10。脉冲导电杆12通过高压电容13与高压金属电极6连接。电阻10的一端与高压电容13和脉冲导电杆12之间的节点连接，另一端接地。
[0032]具体地，电阻10位于空气绝缘层2中，其作用是对高压脉冲进行阻抗匹配，以减小高压脉冲的反射分量，有效提高施加到被测样品15上的脉冲电压的幅值。脉冲绝缘套管11为圆柱中空长形结构，从接地金属屏蔽罩