一种压力可调的空间电荷测量用高压电极装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于电声脉冲法空间电荷测量的高压电极装置，属于绝缘材料性能测试【技术领域】。通过设计接地金属座、金属卡环和金属转盘三个结构，以及配合可预置扭力值的扳手，保证本高压电极装置对绝缘材料薄膜试样施加一个定量的压力。同时通过所设计的内、外螺纹相互啮合的结构，在螺纹密度很大的情况下，能保证高压电极装置随着金属卡环垂直向下在薄膜试样表面施加均匀分布的压力，保证薄膜试样内部机械应力处处相同。本发明的空间电荷测量用高压电极装置，结构简单、操作方便，保证薄膜试样内部受挤压部分的机械应力处处相同，均匀分布，提高了绝缘材料空间电荷测量的准确性。
【专利说明】—种压力可调的空间电荷测量用高压电极装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于电声脉冲法空间电荷测量的高压电极装置，属于绝缘材料性能测试【技术领域】。
【背景技术】
[0002]近30年来,随着空间电荷测量技术的巨大进步，固体电介质空间电荷研究已成为国际上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迁移率、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]目前，电声脉冲法空间电荷测量技术被国内外广泛采用。以平板型电声脉冲法空间电荷测量系统测量过程为例，绝缘材料薄膜试样置于高压电极和地电极之间，高压电极与薄膜试样之间有一个半导电层，以模拟实际高压电缆的绝缘结构。由于半导电层与薄膜试样存在声阻抗匹配，有利于空间电荷测量信号的采集。此外，在薄膜试样与电极表面、半导电层间滴有硅油，消除空气间隙，并起到声耦合的作用。在高压电极上方施加一个较大的压力，确保薄膜试样与电极充分接触，消除气泡。在外施压力的作用下，绝缘材料薄膜试样由于自身具有一定的杨氏模量，故将发生弹性形变甚至是非弹性形变，形变量的大小取决于外施压力。在现有电声脉冲法空间电荷测量技术中，对于薄膜试样所发生的形变，实际测量中往往直接忽略。例如，有机玻璃PMMA的杨氏模量非常大，可达20GPa以上，外施压力下形变极小。但是，对于硅橡胶(杨氏模量仅为0.0lGPa)和低密度聚乙烯(杨氏模量为
0.17GPa)，外施一个较大的压力就能造成明显的形变。薄膜试样发生形变，对空间电荷测量结果的影响:(I)在给定的外施电压幅值下，电场强度变大，因此实际测量结果无法真实准确地反映出材料的空间电荷特性；(2)在强电场条件下，根据肖特基注入理论，更大的电场强度意味着电极-电介质界面更容易注入电荷；(3)不同的外施压力在薄膜试样内部会产生不同的机械应力，而机械应力的不同也将影响空间电荷特性；(4)不同的外施压力对杨氏模量较小的试样产生不同的形变量，研究表明不同厚度的试样会对空间电荷特性产生重大的影响。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提出一种压力可调的空间电荷测量用高压电极装置，对已有的电荷测量装置进行改进，使其能够垂直平衡地在薄膜试样表面施加一个定量的压力，使薄膜试样上受挤压部分的机械均匀分布，而且对同种同批次薄膜试样，施加相同的压力，对不同类型绝缘材料薄膜试样，能够考虑其杨氏模量，施加不同的压力防止出现严重的弹性形变乃至非弹性形变，同时避免因外施压力太小而导致薄膜试样与电极间存在气泡，提高电荷测量的准确性。
[0005]本发明提出的压力可调的空间电荷测量用高压电极装置，包括接地金属屏蔽壳、绝缘支撑件、高压金属电极柱、半导电层、接地电极板、接地金属座、金属卡环和转盘，所述的接地金属座固定在接地电极板上，接地金属座的外壁上设有外螺纹；所述的接地金属屏蔽壳的下端部插入接地金属座内，接地金属屏蔽壳的上部外壁上设有凸起；所述的绝缘支撑件、高压金属电极柱和半导电层自上而下通过绝缘树脂封装在接地金属屏蔽壳内腔的中央，待测薄膜试样置于半导电层和接地电极板之间，高压金属电极柱的两侧设有上屏障盘和下屏障盘，上屏障盘和下屏障盘相对的表面结构为多个相互插合的凹凸环，下屏障盘的两端伸入接地金属屏蔽壳的下端部和接地金属座之间；所述的金属卡环由下部支腿和上部横梁组成，下部支腿的内侧通过螺纹与接地金属座外螺纹相互啮合，上部横梁的一侧与接地金属屏蔽壳上部外壁上的凸起相对固定，上部横梁的另一侧上设有转盘支撑柱固定孔；所述的转盘支撑柱插入上部横梁上的转盘支撑柱固定孔中，转盘通过转盘支撑柱与接地金属屏蔽壳联动。
[0006]本发明提出的压力可调的空间电荷测量用高压电极装置，在原有空间电荷高压电极的基础上，增加一圈金属屏蔽壳外凸起，并设计接地金属座、金属卡环和金属转盘三个结构，以及配合预置式扭力扳手，对绝缘材料薄膜试样施加一个任意固定的压力。本发明的空间电荷测量用高压电极装置，结构简单，操作方便。通过接地金属座的外螺纹与金属卡环内螺纹相互啮合的结构，内、外螺纹相互啮合，在螺纹密度很大的情况下，保证高压电极装置随着金属卡环垂直向下在薄膜试样表面施加平衡的压力，保证薄膜试样内部受挤压部分的机械应力处处相同，均匀分布，提高了绝缘材料空间电荷测量的准确性。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1为本发明提出的压力可调的空间电荷测量用高压电极装置的结构示意图。
[0008]图2为图1所示的高压电极装置的俯视图。
[0009]图3为本发明设计的金属转盘结构示意图，其中a金属转盘的俯视图，b为金属转盘的正视图，c为金属转盘的底视图。
[0010]图1到图3中，I是接地金属屏蔽壳，2是绝缘支撑件，3是高压金属电极柱，4是半导电层，5是薄膜试样，6是接地电极板，7是上屏障盘，8是下屏障盘，9是绝缘树脂，10是转盘支撑柱固定孔，11是金属卡环，12是接地金属座外螺纹，13是接地金属座，14是凸起，15是金属卡环内螺纹，16是金属转盘，17是转盘支撑柱，18是六角螺栓，19是六角螺栓固定螺钉，20是支撑柱固定螺钉，21是金属卡环的下部支腿，22是金属卡环的上部横梁。
【具体实施方式】
[0011]本发明提出的压力可调的空间电荷测量用高压电极装置，其结构如图1所示，包括接地金属屏蔽壳1、绝缘支撑件2、高压金属电极柱3、半导电层4、接地电极板6、接地金属座13、金属卡环11和金属转盘16。接地金属座13固定在接地电极板6上，接地金属座13的外壁上设有外螺纹12。接地金属屏蔽壳I的下端部插入接地金属座13内，接地金属屏蔽壳I的上部外壁上设有凸起14。绝缘支撑件2、高压金属电极柱3和半导电层4自上而下通过绝缘树脂9封装在接地金属屏蔽壳I内腔的中央，待测薄膜试样5置于半导电层4和接地电极板6之间，高压金属电极柱3的两侧设有上屏障盘7和下屏障盘8，上屏障盘7和下屏障盘8相对的表面结构为多个相互插合的凹凸环，下屏障盘8的两端伸入接地金属屏蔽壳I的下端部和接地金属座13之间。金属卡环11由下部支腿21和上部横梁22组成，下部支腿21的内侧通过螺纹与接地金属座外螺纹12相互啮合，上部横梁22的一侧与接地金属屏蔽壳上部外壁上的凸起14相对固定，上部横梁22的另一侧上设有转盘支撑柱固定孔10。转盘支撑柱17插入上部横梁上的转盘支撑柱固定孔10中，转盘通过转盘支撑柱17与接地金属屏蔽壳I联动。
[0012]图2为图1所示高压电极装置的俯视图。由里到外，分别是接地金属屏蔽壳1、金属卡环11、接地电极板6。其中在金属卡环11的上表面，相隔90°的位置布置有四个相同的转盘支撑柱固定孔10。
[0013]金属转盘的结构示意图如图3所示。其中a为俯视图，金属转盘16为圆形，正中间有六角螺栓18，四周分别置有四根支撑柱固定螺钉20，相互间隔的角度为90°。b为正视图，转盘支撑柱17位于金属转盘16的下方。从底视图c上可以看到，四根转盘支撑柱17相互间隔90°，六角螺栓18使用了四颗六角螺栓固定螺钉19紧紧固定在金属转盘16上。
[0014]本发明的压力可调的空间电荷测量用高压电极装置，主要包括接地部分、高压电极、金属卡环和金属转盘，接地部分由接地电极板和接地电极座组成，接地电极板上放置有薄膜试样，二者间滴有硅油。绝缘支撑件、高压金属电极柱和上屏障盘由绝缘树脂封装件固定在金属屏蔽壳内部(此处忽略金属屏蔽壳内部的电子元器件)。下屏障盘通过凹凸结构与上屏障盘相互咬合。金属屏蔽壳外凸起为接地金属屏蔽壳外表面一圈凸起，用于传递金属卡环产生的向下的压力。金属卡环与金属屏蔽壳相扣，通过顺时针旋转产生向下的压力；金属卡环设有内螺纹和支撑柱固定孔，内螺纹与接地金属座外螺纹在金属卡环顺时针旋转时相互啮合，金属卡环向下移动，支撑柱固定孔用于固定金属转盘，使金属转盘与金属卡环保持相互静止，转动金属转盘继而带动金属卡环；所述的金属转盘设有六角螺栓、六角螺栓固定螺钉、转盘支撑柱和支撑柱固定螺钉，所述的六角螺栓位于金属转盘上表面的正中央，由四根六角螺栓固定螺钉从金属转盘的下表面将其固定，当扳手转动六角螺栓时会带动金属转盘一起转动，所述的转盘支撑柱的一端由支撑柱固定螺钉紧紧固定在金属转盘的下表面，另一端插入位于金属卡环上表面的支撑柱固定孔内，实现金属转盘带动金属卡环转动的目的。
[0015]以下结合附图，详细介绍本发明压力可调的空间电荷测量用高压电极装置的工作过程:
[0016]首先在接地电极板6中央滴上硅油，再放入绝缘材料薄膜试样5，并在薄膜试样5的表面也滴上硅油，硅油的作用是在外力作用下，消除空气间隙，起到声耦合的作用。再在薄膜试样5表面放置一个半导电层4，再将下屏障盘8放在薄膜试样5上，并使薄膜试样5处于下屏障盘8的中孔处，薄膜试样5的直径只要比下屏障盘8的中心圆孔略大即可。高压电极则可插入下屏障盘8的中孔与半导电层4接触，在下屏障盘8的凹进部分加入硅油，使上屏障盘7的凸起部分可以被硅油封住(当沿面距离满足耐压需求的时候，也可不加硅油)。
[0017]此后，将金属卡环11套进高压电极，并顺时针转动，金属卡环内螺纹15与接地金属座外螺纹12相互啮合，最后金属卡环11扣在金属屏蔽壳外凸起14上，进一步增大高压电极对试样所施加的压力，则需要使用金属转盘16。首先将金属转盘16的四根转盘支撑柱准确插入位于金属卡环11上表面的四个转盘固定孔10内。预置扳手的扭力值，然后将扳手钳住位于金属转盘16上表面的六角螺栓18，顺时针转动，由于金属卡环内螺纹15进一步与接地金属座外螺纹12相互啮合，由于所设计的螺纹密度很大，故在高压电极上施加的向下压力均匀分布在薄膜试样5表面。最后，当外力达到扳手预置的扭力值时，金属卡环11停止转动，施加在薄膜试样5上的压力保持恒定。
[0018]本发明提出的一种压力可调的空间电荷测量用高压电极装置，通过设计接地金属座、金属卡环和金属转盘三个结构，以及配合可预置扭力值的扳手，可以保证本高压电极装置对绝缘材料薄膜试样施加一个定量的压力。同时通过所设计的内、外螺纹相互啮合的结构，在保证螺纹密度的情况下，高压电极装置随着金属卡环垂直向下在薄膜试样表面施加均匀分布的压力，使薄膜试样内部机械应力处处相同。本发明为空间电荷测量技术的发展提供了重要的技术支持，为相关的绝缘材料空间电荷特性研究提供了极大的便利。
【权利要求】
1.一种压力可调的空间电荷测量用高压电极装置，其特征在于该高压电极装置包括接地金属屏蔽壳、绝缘支撑件、高压金属电极柱、半导电层、接地电极板、接地金属座、金属卡环和转盘，所述的接地金属座固定在接地电极板上，接地金属座的外壁上设有外螺纹；所述的接地金属屏蔽壳的下端部插入接地金属座内，接地金属屏蔽壳的上部外壁上设有凸起；所述的绝缘支撑件、高压金属电极柱和半导电层自上而下通过绝缘树脂封装在接地金属屏蔽壳内腔的中央，待测薄膜试样置于半导电层和接地电极板之间，高压金属电极柱的两侧设有上屏障盘和下屏障盘，上屏障盘和下屏障盘相对的表面结构为多个相互插合的凹凸环，下屏障盘的两端伸入接地金属屏蔽壳的下端部和接地金属座之间；所述的金属卡环由下部支腿和上部横梁组成，下部支腿的内侧通过螺纹与接地金属座外螺纹相互啮合，上部横梁的一侧与接地金属屏蔽壳上部外壁上的凸起相对固定，上部横梁的另一侧上设有转盘支撑柱固定孔；所述的转盘支撑柱插入上部横梁上的转盘支撑柱固定孔中，转盘通过转盘支撑柱与接地金属屏蔽壳联动。
【文档编号】G01R29/24GK103969517SQ201410160371
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年4月21日 优先权日:2014年4月21日
【发明者】周远翔, 张灵, 黄建文, 沙彦超, 黄猛, 张云霄, 郭大为, 黄云杉 申请人:清华大学, 电力规划设计总院