[发明专利]一种基于液体导热的电介质热刺激电流测量装置及方法

权利要求书

1.一种基于液体导热的电介质热刺激电流测量装置，其特征在于：包括直流电压系统、电流测量系统、温度监测与控制系统和真空系统；

所述直流电压系统包括直流高压电源、保护电阻和选择开关；高压直流电源的正输出端与保护电阻串联连接选择开关的S₁，负输出端接地；

所述电流测量系统包括静电计、恒温箱、测量电极、液体循环管路、保护电路和上位机；所述静电计一端接地，另一端与测量电极的下电极连接，且静电计两端并联保护电路；所述恒温箱箱体接地，分别通过电流信号引入接线端和引出接线端与静电计和选择开关连接；所述测量电极分为上电极和下电极，上电极和下电极之间放置电介质材料试样；同时，测量电极通过液体循环管路与温度监测与控制系统连接；所述液体循环管路两端均为Y型管路，一端的Y型管路分别与测量电极的上电极和下电极相连；所述保护电路的一端与静电计连接，另一端接地；所述静电计采用IEEE488接口与上位机连接；

所述温度监测与控制系统包括循环浴系统、低温制冷设备和温控装置；所述循环浴系统包括高温循环浴和低温循环浴，分别与液体循环管路另一端的Y型管路相连；所述高温循环浴及低温循环浴均在电流测量系统外侧；所述高温循环浴包括高温水泵和第一加热装置；所述高温水泵的出水管通过管路与液体循环管路相连；所述低温循环浴包括低温水泵和第二加热装置，并放置于低温制冷设备内；所述低温水泵的出水管通过管路与液体循环管路相连；所述高温水泵和低温水泵与液体循环管路相连的管路上均设有阀门；所述第一加热装置与第二加热装置均包括加热电源和加热器；且第一加热装置与第二加热装置均通过线路与外接电源及温控装置相连；

所述低温制冷设备包括压缩机、制冷箱、热交换器、冷凝器、储存器和膨胀阀；所述压缩机、热交换器、膨胀阀、储存器和冷凝器串联构成回路；所述热交换器还通过管路与制冷箱相连；所述压缩机还与用于驱动的电动机相连；

所述温控装置包括第一温控装置、第二温控装置和第三温控装置；所述第一温控装置通过线路与高温循环浴内加热装置连接；所述第二温控装置通过线路与低温循环浴内加热装置连接；所述第三温控装置通过线路分别连接制冷箱、热交换器和膨胀阀；所述热交换器通过线路与制冷箱相连；所述温控装置通过传输线与上位机连接，实现对温度信号的实时查询和记录。

2.根据权利要求1所述的一种基于液体导热的电介质热刺激电流测量装置，其特征在于：所述真空系统包括储气罐、压缩机、过滤吸收装置和真空泵气体连接管路；所述储气罐通过管路与恒温箱连接；同时，储气罐还通过气体连接管路分别连接压缩机和真空泵，真空泵连接过滤吸收装置。

3.根据权利要求1所述的一种基于液体导热的电介质热刺激电流测量装置，其特征在于：所述保护电阻为固体无感电阻，起到对电路限流保护的作用，两端分别连接高压直流电源和选择开关；所述选择开关为单刀双掷开关，用于对电介质材料极化过程和去极化过程的切换。

4.根据权利要求1所述的一种基于液体导热的电介质热刺激电流测量装置，其特征在于：所述静电计电流测量范围为1fA-20mA，用于测量弱电流；所述上位机内置采用SCPI语言命令编写的应用软件；所述应用软件进行数据的采集并写入上位机硬盘当中；所述测量电极的上电极和下电极均为由黄铜制成的柱状罐体，兼具液体容器的功能；所述保护电路由一个双向二极管及滤波电容与静电计并联组成。

5.根据权利要求1所述的一种基于液体导热的电介质热刺激电流测量装置，其特征在于：所述高温水泵和低温水泵为两台能够在实验温度条件下稳定运行的特种电机，为循环浴中的液体循环提供动力。

6.根据权利要求1所述的一种基于液体导热的电介质热刺激电流测量装置，其特征在于：所述加热电源连续可调，实时显示当前电压电流及功率，在工作时通过直接旋转面板上旋钮随时随意调整电源的电压大小；所述加热器为聚酰亚胺PI加热薄膜。

7.根据权利要求1所述的一种基于液体导热的电介质热刺激电流测量装置，其特征在于：所述循环浴系统内流体均为乙二醇与去离子水混合后的水溶液。

8.采用权利要求1所述的基于液体导热的电介质热刺激电流测量装置进行电介质热刺激电流测量的方法，包括以下步骤：

步骤1：利用真空系统除去恒温箱内残余的气体，将恒温箱抽真空，减小空气流动对电流测量的干扰；

步骤2：利用高温循环浴内部加热装置配合外部温控设备，使其内部流体保持恒定高温，使电介质材料试样的温度上升到设定的极化温度T_p，并保持该温度；

步骤3：将选择开关闭合到直流高压电源侧S₁，对电介质材料试样施加极化电压V_p一定时间，该时间为极化时间t_p；

步骤4：保持极化电压V_p不变，利用低温循环浴外部冷却装置配合外部温控设备使电介质材料试样迅速降低到设定低温T₀；

步骤5：将选择开关闭合到S₂，撤掉极化电压V_p；通过电流表会观测到微弱的电流流过，这是试样表面的杂散电荷，随时间的推移这种电流会逐渐减弱，等到电流减到零时，则电介质材料试样表面杂散电荷已经被消除；

步骤6：关闭低温循环浴所在制冷箱的制冷功能，并开启第二加热装置及温控装置，利用温控装置中的反馈电路，调节加热功率，使循环液体匀速升温到T_c，测量循环液体匀速升温到T_c这个过程电流信号，从温控装置上获取TSC曲线的实时温度数据；

步骤7：改变极化温度T_p，重复步骤2-步骤6，并从上位机上得到不同极化温度下的TSC曲线；

步骤8：改变极化电压V_p，重复步骤2-步骤6，并从上位机上得到不同极化电压下的TSC曲线；

步骤9：改变极化时间t_p，重复步骤2-步骤6，并从上位机上得到不同极化时间下的TSC曲线。