[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

说明书

本发明提供一种基于液体导热的电介质热刺激电流测量装置及方法，涉及电介质材料性能测试技术领域。该装置包括直流电压系统、电流测量系统、温度监测与控制系统和真空系统；直流电压系统、电流测量系统和温度监测与控制系统依次相连；真空系统与电流测量系统相连；该测量方法实现了不同极化温度、极化电压及极化时间下电介质材料试样的TSC曲线的测量。本发明提供的基于液体导热的电介质热刺激电流测量装置，采用循环浴进行流体加热电极及试样，使电极试样整体加热效率高，极化到去极化过程降温速率快；同时温控装置配合加热元件，可实现温度精确控制。同时，在真空条件进行测量，可以减小空气流动对电流测量的干扰，保证测量的精确性。

技术领域

本发明涉及电介质材料性能测试技术领域，尤其涉及一种基于液体导热的电介质热刺激电流测量装置及方法。

背景技术

电介质材料中自由电子很少，其导电率很小。但在生产，加工制备过程中，电介质中不可避免的存在着一定数量的陷阱。在一定的电场作用下，电极中的电子通过场致发射和场助热发射注入到介质导带中。当注入的电子被介质中的陷阱俘获后就形成了空间电荷。这些空间电荷所形成的电场可使试样内的电场发生畸变，故空间电荷对介质的电导和绝缘破坏都影响很大。热刺激电流(TSC)方法是在介质物理基础上发展起来的一门技术，近年来用于研究介质电传导机理和电荷存储现象。测量介质TSC特性可得到某些物质(电介质、绝缘材料、半导体、驻极体)的微观参数(如活化能H、弛豫时间τ等〕。最近，在真空中绝缘介质沿面闪络的研究中引入了陷阱能级分布的概念，用以解释微放电、表面电荷分布等现象。这些研究表明，绝缘介质的陷阱分布在沿面闪络发展过程中有重要作用，并影响绝缘介质的沿面闪络性能。为适应研究需要，更为直接、客观的评价陷阱分布对介质沿面闪络特性的影响，研制开发了热刺激电流测量系统。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种基于液体导热的电介质热刺激电流测量装置及方法，实现对电介质材料热刺激电流的测量。

一方面，本发明提供一种基于液体导热的电介质热刺激电流测量装置，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。

优选地，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。