一种绝缘液体液态、气态及气液混合态介电特性测试腔的制作方法

本发明涉及绝缘液体介电特性测试技术领域，特别是涉及一种绝缘液体液态、气态及气液混合态介电特性测试腔。

背景技术：

相变冷却技术依托于低沸点氟化液产品，已成熟应用于散热技术。且对比于传统的氯氟烃、氢氯氟烃乃至氢氟烃，3m及科慕等公司研发的氟化液更具备不可燃、无毒、高绝缘、低gwp(globalwarmingpotential)和低odp(ozonedepletionpotential)的特点，已成为电力电子器件及设备散热的首选方案之一。

但应用于大功率电力电子器件及设备时，其高压工况所带来的绝缘问题急待考核。

因此，针对如氟化液一类的低沸点介质的电气特性研究，提供一种缘液体液态、气态及气液混合态介电特性测试腔，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种绝缘液体液态、气态及气液混合态介电特性测试腔，以解决上述现有技术存在的问题，实现了介电特性测试腔体积的小型化与功能的全面性，能够减小单次试验的最大需液量，并可实现真空，调液，测压，调压，控温，测温，观察的功能。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种绝缘液体液态、气态及气液混合态介电特性测试腔，包括腔桶、设置于所述腔桶顶部的腔盖和设置于所述腔桶底部的支撑架，所述腔桶内部设置有高压电极、测试电极、第一绝缘块、第二绝缘块、第三绝缘块和第四绝缘块；

所述测试电极套设置于所述高压电极外部，且所述测试电极与所述高压电极之间留有环形测试腔；所述高压电极内部设置有加热源，所述高压电极通过高压电极引出端子连接到外部测试回路，所述测试电极通过测试电极引出端子连接外部测试回路；

所述第一绝缘块套设于所述测试电极外部，且所述第一绝缘块的两侧与所述腔桶之间分别留有一观测空间；所述第二绝缘块设置于所述高压电极的顶端，所述第三绝缘块套设置于所述第二绝缘块外部，且所述第二绝缘块和所述第三绝缘块之间设置有与所述腔盖一体设置的第一屏蔽环，所述第四绝缘块设置于所述高压电极的底端，所述第四绝缘块与所述第一绝缘块之间设置有第二屏蔽环，所述第二屏蔽环与所述第四绝缘块底部的密封槽块一体设置；

所述腔桶后端的顶部和底部分别设置有一气态测试孔和一液态测试孔，所述气态测试孔依次穿过所述腔桶的侧壁、所述腔桶后端的所述观测空间、所述第三绝缘块和所述第一屏蔽环与所述测试腔连通，所述液态测试孔依次穿过所述腔桶的侧壁、所述腔桶后端的所述观测空间、所述第三绝缘块和所述第二屏蔽环与所述测试腔连通；两个热电偶分别穿插于所述气态测试孔和所述液态测试孔内，且两个所述热电偶的测试探头伸入到所述测试腔内；两个所述热电偶靠近所述腔桶的一侧还分别设置有一压力变送器；

所述腔桶内部前端的顶部和底部分别设置有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔与所述气态测试孔相对，所述第一通孔开设于所述第三绝缘块和所述第一屏蔽环上，所述第二通孔与所述液态测试孔相对，所述第二通孔开设于所述第三绝缘块和所述第二屏蔽环上，所述第一通孔和所述第二通孔均能够使所述测试腔与前端的所述观测空间连通；

所述腔桶的顶部和底部还分别设置有调气管和调液管，所述调气管与前端的所述观测空间连通，所述调液管与后端的所述观测空间连通。

优选地，所述腔桶的前端侧壁上还开设有一与所述腔桶前端的所述观测空间连通的观察口，所述观察口上设置有一带有液位刻度的观察窗，所述观察窗通过观察窗密封框固定于所述腔桶上。

优选地，开设在所述腔桶侧壁上的所述气态测试孔和所述液态测试孔上均安装有一温、压测量集成阀，所述热电偶的测试探头端穿过所述温、压测量集成阀伸入到所述测试腔内，所述压力变送器安装于所述温、压测量集成阀上，通过所述温、压测量集成阀测量所述测试腔内的液压和气压。

优选地，所述热电偶伸出于所述温、压测量集成阀的另一端的杆体上还套设有绝热管，所述绝热管一端伸入所述温、压测量集成阀，另一端由热电偶密封块密封固定，所述绝热管和所述密封块均为热绝缘材料。

优选地，所述第二绝缘块的顶部还设置有一穿过所述腔盖伸出于所述腔桶外部的绝缘端，所述高压电极引出端子设置于所述高压电极顶部，所述高压电极引出端子穿过所述绝缘端伸出于所述腔桶外部。

优选地，所述测试电极顶端横向设置有一连接耳，所述测试电极引出端子底端穿插于所述连接耳内，所述腔盖内安装有一绝缘法兰，所述绝缘法兰上设置有与所述连接耳相对的通孔，所述测试电极引出端子顶端穿过所述第三绝缘块和所述绝缘法兰伸出于所述腔桶外部。

优选地，所述腔盖上设置有用于安装所述绝缘法兰的安装槽，所述绝缘法兰底部与所述安装槽的槽底之间设置有油封，所述绝缘法兰顶部通过压盖法兰固定，且所述绝缘法兰的顶部引出端伸出于所述压盖法兰。

优选地，所述腔盖的顶部还设置有接地的屏蔽电极引出端子。

优选地，所述腔桶底部还设置有将所述密封槽块封固的封固盘，所述第四绝缘块、所述密封槽块和所述封固盘的中部设置有通孔，所述加热源为一加热棒，所述加热棒穿过所述通孔插入于所述高压电极内部，所述加热棒通过底部的加热棒引出线引入功率；所述加热棒上还带有温度反馈装置。

优选地，所述支撑架包括支撑座和设置于所述支撑座底部的支撑腿，所述支撑座的顶部设置有固定槽，所述固定槽的槽底设置有通孔，所述腔桶的底部固定于所述固定槽内，所述第四绝缘块、所述密封槽块和所述封固盘的中部的通孔与所述支撑座上的通孔为同心孔。

优选地，所述第二绝缘块的顶端面与所述腔盖的底端面之间、所述第二绝缘块的底端面与所述高压电极的顶端面之间、所述腔桶的顶端面与所述腔盖的底端面之间、所述第四绝缘块的顶端面与所述高压电极的底端面之间、所述第四绝缘块的底端面与所述密封槽块的顶端面之间、和所述密封槽块的底部与所述腔桶之间均设置有o型密封圈。

本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

本发明提供的绝缘液体液态、气态及气液混合态介电特性测试腔，针对低沸点介质的电气特性研究，实现了对其液态、气态及气液混合态的介电特性、介损特性及导电特性的宽频研究测试方案；同时还实现了介电特性测试腔体积的小型化与功能的全面性，能够减小单次试验的最大需液量，并可实现真空，调液，测压，调压，控温，测温，观察的功能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中绝缘液体液态、气态及气液混合态介电特性测试腔的立体装配图；

图2为本发明中绝缘液体液态、气态及气液混合态介电特性测试腔的立体装配图的另一向视图；

图3为本发明中绝缘液体液态、气态及气液混合态介电特性测试腔的俯视图；

图4为图3的a-a向剖视图；

图5为图4的a处局部放大图；

图6为图4的b处局部放大图；

图7为图3的b-b向剖视图；

图8为本发明中腔桶的正视图；

图9为图8的c-c向剖视图；

图10为本发明中腔桶的后视图；

图11为本发明中支撑架的立体图；

图中：1-腔桶、2-腔盖、3-支撑架、4-高压电极、5-测试电极、6-第一绝缘块、7-第二绝缘块、8-第三绝缘块、9-第四绝缘块、10-测试腔、11-测试电极引出端子、12-高压电极引出端子、13-腔桶前端的观测空间、14-腔桶后端的观测空间、15-第一屏蔽环、16-第二屏蔽环、17-屏蔽电极引出端子、18-连接耳、19-绝缘法兰、20-油封、21-压盖法兰、22-密封槽块、23-封固盘、24-加热棒、25-加热棒引出线、26-气态测试孔、27-液态测试孔、28-第一通孔、29-第二通孔、30-热电偶、31-压力变送器、32-温、压测量集成阀、33-绝热管、34-热电偶密封块、35-观察窗、36-观察窗密封框、37-调气管、38-调液管、39-支撑座、40-支撑腿、41-固定槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种绝缘液体液态、气态及气液混合态介电特性测试腔，以解决现有技术存在的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本实施例提供一种绝缘液体液态、气态及气液混合态介电特性测试腔，如图1-10所示，包括腔桶1、通过定位销和螺栓固定于腔桶1顶部的腔盖2和设置于腔桶1底部的支撑架3，腔桶1、腔盖2和支撑架3均为不锈钢材质，腔桶1内部设置有高压电极4、测试电极5、第一绝缘块6、第二绝缘块7、第三绝缘块8和第四绝缘块9；

本实施例中，测试电极5和高压电极4采用铜或不锈钢等高导热材料，测试电极5套设置于高压电极4外部，测试电极5的内孔径大于高压电极4的外径，使得测试电极5与高压电极4之间留有一环形测试腔10；高压电极4内部设置有加热源，加热源通过高压电极4对测试腔10(电极间隙)内的介质进行加热；

高压电极4通过高压电极引出端子12连接到外部测试回路，测试电极5通过测试电极引出端子11连接外部测试回路；

各个绝缘块为绝缘填充材料，主要用于隔离电极电位，实现电极间的标准距离，固定高压电极引出端子12和测试电极引出端子11，并填充腔桶1内的电极外空间，以减少单次测试的需液量；具体的，第一绝缘块6套设于测试电极5外部，第一绝缘块6的前后两侧做部分纵向切割处理，使得第一绝缘块6两侧与腔桶1之间分别留有一观测空间(腔桶前端的观测空间13和腔桶后端的观测空间14)；第二绝缘块7设置于高压电极4的顶端，第三绝缘块8套设置于第二绝缘块7外部，且第二绝缘块7和第三绝缘块8之间设置有与腔盖2一体设置的不锈钢材质的第一屏蔽环15，第四绝缘块9设置于高压电极4的底端，第四绝缘块9与第一绝缘块6之间设置有第二屏蔽环16，第二屏蔽环16为不锈钢材质，其与第四绝缘块9底部的密封槽块22一体设置；对应的，在腔盖2的顶部设置有一接地的屏蔽电极引出端子17，通过第一屏蔽环15和第二屏蔽环16对高压电极4和测试电极5两端边缘处的不均匀电场进行屏蔽。

为了实现高压电极引出端子12和测试电极引出端子11的固定和绝缘引出，本实施例中，对于高压电极引出端子12，第二绝缘块7的顶部还设置有一穿过腔盖2伸出于腔桶1外部的绝缘端，此绝缘端为内部中空的圆杆结构，高压电极引出端子12设置于高压电极4顶部，高压电极引出端子12穿过绝缘端伸出于腔桶1外部；对于测试电极引出端子11，测试电极5顶端横向设置有一连接耳18，测试电极引出端子11底端穿插于连接耳18内，腔盖2内安装有一绝缘法兰19，绝缘法兰19上设置有与连接耳18相对的通孔，测试电极引出端子11顶端穿过第三绝缘块8和绝缘法兰19伸出于所述腔桶1外部；具体的，腔盖2上开设用于安装绝缘法兰19的安装槽，绝缘法兰19底部与安装槽的槽底之间设置有防泄漏的油封20，绝缘法兰19顶部通过压盖法兰21固定，且绝缘法兰19的顶部引出端伸出于压盖法兰21，压盖通过法兰螺栓与腔盖2固定连接。

具体的，本实施例中，腔桶1底部还设置有将密封槽块22封固的封固盘23，第四绝缘块9、密封槽块22和封固盘23的中部设置有通孔，加热源为一加热棒24，加热棒24穿过通孔插入于高压电极4内部，加热棒24通过底部的加热棒引出线25引入功率；加热棒24上还带有温度反馈装置；温度反馈装置即为，利用加热棒24自身电阻的温敏特性或外加测量热偶丝进行的温度反馈，使高压电极4表面温度维持在目标温度。

温度控制及温度、压强测量方面：

本实施例中，加热棒24通过高压电极4对测试腔10内的介质进行加热，利用加热棒24自身电阻的温敏特性或外加测量热偶丝进行的温度反馈，使高压电极4表面温度维持在目标温度。

本实施例中，在腔桶1后端的顶部和底部还分别设置有一气态测试孔26和一液态测试孔27，气态测试孔26依次穿过腔桶1的侧壁、腔桶后端的观测空间14、第三绝缘块8和第一屏蔽环15与测试腔10连通，液态测试孔27依次穿过腔桶1的侧壁、腔桶后端的观测空间14、第三绝缘块8和第二屏蔽环16与测试腔10连通；腔桶1内部前端的顶部和底部还分别设置有第一通孔28和第二通孔29，第一通孔28与气态测试孔26相对，二者为同轴孔且直径相等，第一通孔28开设于第三绝缘块8和第一屏蔽环15上；第二通孔29与液态测试孔27相对，二者也为同轴孔且直径相等，第二通孔29开设于第三绝缘块8和第二屏蔽环16上，第一通孔28和第二通孔29均能够使测试腔10与腔桶前端的观测空间13连通。

在具体操作中，将第二绝缘块7的底端外径设置为小于顶端的外径，使得第二绝缘块7底端与第一屏蔽环15之间出现一与测试腔10连通的间隙，使气态测试孔26和第一通孔28穿过第一屏蔽环15后即能够实现与测试腔10连通；同理，将第四绝缘块9的顶端外径设置为小于底端部分的外径，使第四绝缘块9顶端与第二屏蔽环16之间也出现一与测试腔10连通的间隙，使液态测试孔27和第二通孔29穿过第二屏蔽环16后即能够实现与测试腔10连通。

本实施例中，两个热电偶30分别穿插于气态测试孔26和液态测试孔27内，且两个热电偶30的测试探头伸入到测试腔10内；两个热电偶30靠近腔桶1的一侧还分别设置有一压力变送器31；

具体的，开设在腔桶1侧壁上的气态测试孔26和液态测试孔27上均安装有一温、压测量集成阀31，热电偶30的测试探头端穿过温、压测量集成阀31伸入到测试腔10内，压力变送器31安装于温、压测量集成阀32上，通过温、压测量集成阀32测量测试腔10内的液压和气压，热电偶30伸出于温、压测量集成阀32的另一端的杆体上还套设有绝热管33，绝热管33一端伸入温、压测量集成阀32，另一端由热电偶密封块34密封固定，绝热管33和热电偶密封块34均为热绝缘材料。

热电偶30为全不锈钢结构，内部有热敏偶丝，其外部金属直接接触影响热偶丝在热电偶30外壳的热传导过程，使得热电偶30测得温度数据与探头端部测试点温度产生误差，因此，固定热电偶30的热电偶密封块34与绝热管33均为热绝缘材料，避免了与腔桶1的直接热接触，以防止温度测试误差。

对于介质量观测及控制方面：

本实施例中，腔桶1的前端侧壁上还开设有一与腔桶前端的观测空间13连通的观察口，观察口上设置有一带有液位刻度的观察窗35，观察窗35为石英观察窗，观察窗35通过观察窗密封框36固定于腔桶1上，观察窗密封框36通过周向设置的螺栓与腔桶1固定。

本实施例中测试腔10内的介质为实际被测品，而其形态、蒸发导致的气液比等由于电极遮挡无法观察，且该电极间隙通常仅为2-3mm，也不易在保证密封条件下集成热电偶30和压力变送器31等相对较大的测量探头设备。因此，通过前端的第一通孔28和第二通孔29，使测试腔10与腔桶前端的观测空间13连通，并可以保证两个空间内液面等位，通过腔桶1上的观察窗35及其表面刻度进行液位观察和读取。通过后端通的气态测试孔26和液态测试孔27，使测试腔10与腔桶后端的观测空间14连通，使压力变送器31可在同一压强面测量液压及气压，同时，使热电偶30通过气态测试孔26和液态测试孔27伸入电极间空间，最精确的达到被测介质位置

对于介质量控制方面：

本实施例中，在腔桶1的顶部和底部还分别设置有调气管37和调液管38，调气管37与腔桶前端的观测空间13连通，调液管38与腔桶后端的观测空间14连通；腔桶1可以通过腔桶1底部的调液管38或腔盖2上的调气管37进行抽真空以及注液操作，并在介质升温蒸发后，通过调液管38抽液或调气管37接压缩罐对腔内液量及气压进行调整控制，以便灵活控制介质的饱和态。实验结束后，亦可通过调气管37恢复腔内气压，并利用调液管38抽出样品液体。

对于腔桶1的密封性能方面：

本实施例中，在第二绝缘块7的顶端面与腔盖2的底端面之间、第二绝缘块7的底端面与高压电极4的顶端面之间、腔桶1的顶端面与腔盖2的底端面之间、第四绝缘块9的顶端面与高压电极4的底端面之间、第四绝缘块9的底端面与密封槽块22的顶端面之间、和密封槽块22的底部与腔桶1之间均设置有o型密封圈。

对于支撑架3的具体结构，如图11所示，本实施例中，支撑架3包括支撑座39和设置于支撑座39底部的支撑腿40，支撑座39的顶部设置有固定槽41，固定槽41的槽底设置有通孔，腔桶1的底部固定于固定槽41内，与固定槽41的槽底通过周向设置的螺栓与腔桶1固定连接；且第四绝缘块9、密封槽块22和封固盘23的中部的通孔与支撑座39上的通孔为同心孔。

本发明应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。