一种用于方波电压测量的紧凑型宽频带电容分压器的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种用于方波电压测量的紧凑型宽频带电容分压器，固定在方波电压发生器输出端的金属连接部件上方，包括圆盘形金属电极、贴片电容、金属柱和BNC接头；其高压臂电容为圆盘形金属电极与金属连接部件之间形成的感应电容；其低压臂通过绝缘支柱固定在圆盘形金属电极和金属柱之间；BNC接头设置在金属柱的另一端，为电容分压器的输出端。与现有技术相比，本实用新型提供的一种用于方波电压测量的紧凑型宽频带电容分压器，利用圆盘形金属电极与金属连接部件之间的感应电容作为高压臂电容，既缩减了空间又保证了高压臂电容的电容量稳定性，低压臂电容采用多个pF级电容并联，减小了低压臂的电感量，保证了电容分压器的快响应特性。
【专利说明】一种用于方波电压测量的紧凑型宽频带电容分压器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种电容分压器，具体涉及一种用于方波电压测量的紧凑型宽频带电容分压器。
【背景技术】
[0002]在电力系统中，为了检验电力设备耐受雷电冲击过电压的能力，需要在出厂时进行冲击电压耐受试验，所以需要配备有冲击电压发生器及配套冲击分压器测量设备，用于对试验设备进行出厂耐压等其他性能试验。由于雷电冲击波形的波前时间仅为μs量级，因此冲击电压分压器需有较好的动态响应特性才能保证冲击分压器幅值及时间测量的准确性。目前评判冲击分压器动态特性的方法主要采用对冲击分压器进行方波电压响应试验，通过对分压器的方波响应波形进行分析，提取冲击分压器的动态响应特性参数。冲击分压器方波响应试验中要求方波电压源具有较高的幅值、宽脉宽及ns级的上升沿。
[0003]目前通常采用电阻分压器测量方波电压波形，但电阻分压器通常自身会存在一定的响应时间，实测方波电压波形会有一定的延时，造成测量波形失真，并且当测量用的电阻分压器的阻值过小时会影响方波电压的输出幅值，因此需要研制一种轻负载，快响应的分压器用于测量上升时间仅为ns量级的方波电压波形。
【发明内容】
[0004]为了满足现有技术的需要，本实用新型提供了一种用于方波电压测量的紧凑型宽频带电容分压器，所述电容分压器固定在方波电压发生器输出端的金属连接部件上方，所述电容分压器包括圆盘形金属电极、贴片电容、金属柱和BNC接头；
[0005]所述电容分压器的高压臂包括圆盘形金属电极，高压臂电容为所述圆盘形金属电极与所述金属连接部件之间形成的感应电容；所述电容分压器的低压臂通过绝缘支柱固定在所述圆盘形金属电极和金属柱之间；所述低压臂包括贴片电容；
[0006]所述BNC接头为电容分压器的输出端，设置在所述金属柱的另一端。
[0007]优选的，所述贴片电容并联连接为环形结构后焊接到PCB板上；
[0008]优选的，所述高压臂电容的容量依据所述圆盘形金属电极与金属连接部件之间的距离，以及圆盘形金属电极的面积确定；
[0009]优选的，所述电容分压器的低压臂电容的容量为490pF ；
[0010]优选的，所述BNC接头的芯线通过香蕉头与所述圆盘形金属电极连接，所述BNC接头的外皮与所述金属柱连接；
[0011]所述BNC接头连接匹配电阻后接入示波器，所述示波器用于观测电容分压器的输出电压波形；
[0012]优选的，所述电容分压器中高压臂电压与低压臂电压的分压比为1000:1。
[0013]与最接近的现有技术相比，本实用新型的优异效果是:
[0014]1、本实用新型技术方案中，利用圆盘形金属电极与方波电压发生器输出端的金属连接部件之间的感应电容作为高压臂电容，既缩减了空间又保证了高压臂电容的电容量稳定性，低压臂电容采用多个PF级电容并联，并成环形布置焊接于PCB板上，减小了低压臂的电感量，保证了电容分压器的快响应特性；
[0015]同时电容分压器的电容量为pF量级，基本不影响方波电压发生器的输出电压幅值，保证了方波电压发生器的输出电压能力。
[0016]2、本实用新型提供的一种用于方波电压测量的紧凑型宽频带电容分压器，能够应用于冲击分压器及陡波分压器等电压测量设备方波响应试验及其溯源方面的研宄，有较大的科学研宄与工程实用价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]下面结合附图对本实用新型进一步说明。
[0018]图1:本实用新型实施例中一种用于方波电压测量的紧凑型宽频带电容分压器剖面图；
[0019]图2:本实用新型实施例中一种用于方波电压测量的紧凑型宽频带电容分压器立体图；
[0020]图3:本实用新型实施例中电容分压器的应用示意图；
[0021]其中，1-低压臂；2_金属电极；3_绝缘支柱；4-BNC接头；5_金属柱；6_金属螺栓；7-香蕉头；8_储能电容模块；9_放电开关；10_电容分压器；11-充电端子；12-方波电压发生器输出端；13_电容分压器输出端；14-方波电压发生器的金属外壳；15-放电开关的球形放电间隙；16_金属连接部件。
【具体实施方式】
[0022]下面详细描述本实用新型的实施例，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，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
[0023]本发明提供的一种用于方波电压测量的紧凑型宽频带电容分压器，固定在方波电压发生器输出的金属连接端上方，测量器输出的方波电压，包括高压臂和低压臂。
[0024]如图1和2所示，高压臂为圆盘形金属电极2，低压臂I包括并联的贴片电容。
[0025]1、低压臂；
[0026]低压臂I通过绝缘支柱3固定在金属电极2和金属柱之间，其中贴片电容并联连接为环形结构后焊接到PCB板上；
[0027]低压臂的低压臂电容为贴片电容，贴片电容并联后总容量为490pF。
[0028]2、高压臂；
[0029]高压臂的高压臂电容为圆盘形金属电极2与金属柱5之间形成的感应电容；
[0030]3、金属柱；
[0031]金属柱5的一端与低压臂连接，另一端设置有BNC接头，该BNC接头为电容分压器的输出端。BNC接头连接匹配电阻后接入示波器，示波器用于观测电容分压器的输出电压波形。
[0032]其中，BNC接头的芯线通过香蕉头7与圆盘形金属电极2连接，BNC接头的外皮通过金属螺栓6固定在金属柱5。
[0033]本实施例通过空间感应电容计算公式，计算电容分压器的高压臂电容量，根据预期的电容分压器分压比计算出低压臂的电容量参数，通过合理的选取贴片电容的参数，确定电容分压器中高压臂电压与低压臂电压的分压比为1000:1，匹配电阻的阻值为50 Ω。
[0034]所述高压臂电容的容量依据圆盘形金属电极2与金属连接部件之间的距离，以及圆盘形金属电极2的面积确定，即容量C = ε S/4 π kd ；
[0035]S为圆盘形金属电极2的面积；
[0036]d为圆盘形金属电极2与金属连接部件之间的距离；
[0037]k为静电力常量；
[0038]ε为介电常数。
[0039]4、电容分压器的外壳为金属外壳，密封固定在方波电压发生器的金属连接部件的上方，具有良好的抗电磁干扰能力，在现场试验及实验室试验均能适用。
[0040]电容分压器的电容量为pF级，基本不影响方波电压发生器的输出电压幅值，保证了方波电压发生器的输出电压能力，能够测量最高电压幅值为10kV、上升时间小于5ns的方波电压。
[0041]5、本实施例中电容分压器的工作过程为:
[0042]当方波电压发生器开始工作后，其输出端将产生方波高压，电容分压器通过电容分压原理测量该方波高压。根据方波电压发生器预期的输出电压幅值和电容分压器分压比，在示波器中设置测量极性、触发电平、纵轴电压量程和横轴时间量程等，在方波电压发生器输出方波电压的瞬间，示波器即可捕捉到电容分压器测量到的方波电压，即可读取该方波电压的电压幅值、上升时间、脉宽时间等波形参数。
[0043]本实施例中方波电压发生器包括储能电容模块8、放电开关9、电容分压器10、充电端子11、方波电压发生器输出端12、电容分压器输出端13、方波电压发生器的金属外壳14、放电开关的球形放电间隙15和金属连接部件16。
[0044]充电端子11连接外部直流电源，向储能电容模块8中的电容充电，储能电容模块8向放电开关9放电，当放电电压超过放电开关9的击穿电压时，放电开关9输出方波电压波形，电容分压器10与金属连接部件16连接，检测所述方波电压波形；电容分压器输出端13与示波器连接。
[0045]最后应当说明的是:所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
【权利要求】
1.一种用于方波电压测量的紧凑型宽频带电容分压器，所述电容分压器固定在方波电压发生器输出端的金属连接部件上方，其特征在于，所述电容分压器包括圆盘形金属电极、贴片电容、金属柱和BNC接头； 所述电容分压器的高压臂包括圆盘形金属电极，高压臂电容为所述圆盘形金属电极与所述金属连接部件之间形成的感应电容；所述电容分压器的低压臂通过绝缘支柱固定在所述圆盘形金属电极和金属柱之间；所述低压臂包括贴片电容； 所述BNC接头为电容分压器的输出端，设置在所述金属柱的另一端。
2.如权利要求1所述的电容分压器，其特征在于，所述贴片电容并联连接为环形结构后焊接到PCB板上。
3.如权利要求1所述的电容分压器，其特征在于，所述高压臂电容的容量依据所述圆盘形金属电极与金属连接部件之间的距离，以及圆盘形金属电极的面积确定。
4.如权利要求1所述的电容分压器，其特征在于，所述电容分压器的低压臂电容的容量为490pF。
5.如权利要求1所述的电容分压器，其特征在于，所述BNC接头的芯线通过香蕉头与所述圆盘形金属电极连接，所述BNC接头的外皮与所述金属柱连接； 所述BNC接头连接匹配电阻后接入示波器，所述示波器用于观测电容分压器的输出电压波形。
6.如权利要求1所述的电容分压器，其特征在于，所述电容分压器中高压臂电压与低压臂电压的分压比为1000:1。
【文档编号】G01R15/06GK204228795SQ201420698982
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月20日 优先权日:2014年11月20日
【发明者】李文婷, 龙兆芝, 任想, 刘少波, 鲁非 申请人:国家电网公司, 中国电力科学研究院