[实用新型]空间电荷‑热刺激电流的联合分时测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及的是一种固体介质物理测量领域的技术，具体是一种空间电荷-热刺激电流的联合分时测量装置。

背景技术

固体电介质材料在电力系统以及其他行业被广泛使用，诸如聚乙烯绝缘电缆由于结构轻便，运行温度高及环境友好等优点被广泛应用于交直流系统的电力传输。然而在高压直流电场下，聚合物非常容易积累空间电荷，从而造成电场畸变，伴随着的热电子发射和电机械能存贮与释放等问题会加速绝缘劣化，大幅减少其使用寿命。因此对固体介质的空间电荷测量一直是研究聚合物直流特性的有效手段。

热刺激理论及其研究方法是在介质物理与半导体物理的基础上发展起来的，由于可以简单有效的测量电介质材料的微观参数，逐渐引起了人们广泛的重视，现已成为一种研究绝缘、半导体等材料的有效手段。引起热刺激电流的电荷与介质材料本身的电特性有密不可分的联系。电介质中自由电子很少，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待测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。而空间电荷与介质材料内部陷阱的深度和密度有密切的关系，因而热刺激电流是评估电介质内部陷阱深度和密度的有效方法。

常见的空间电荷测量手段为电声脉冲法(PEA)，其原理是对待测试样施加脉冲电压，待测试样内部如果有空间电荷会产生振动机械波，机械波传递到压电传感器时感应出微电压信号，再经过宽频放大器的放大就能够被检测记录。一般待测试样内部的空间电荷是由施加在待测试样上的高电压产生的。

常见的热刺激电流测试流程一般可以概括为三个阶段，分别为极化阶段、降温阶段和热刺激阶段：首先在等于或高于室温的某一温度下对被测待测试样施加一定强度的高电压一段时间；接着保持施加电压不变，对待测试样迅速降温至零摄氏度以下某一温度；最后将施加电压降为零，按照一定的升温速率对待测试样进行线性升温，同时记录流过待测试样的电流，该电流就被称为热刺激电流。由于空间电荷与热刺激电流都并不随着时间剧烈变化，因此可以采用分时测量的方法同步获得两者的特性而不造成有用信息的丢失。

空间电荷和陷阱能级密度是反映固体介质电荷输运特性的两个相辅相成的参数。通过空间电荷和热刺激电流的联合测试，可以研究固体介质中的各种缺陷的能态分布，分析局部电场以及各种松弛极化的机理。空间电荷和热刺激电流谱的联合测试能够为聚合物纳米复合介质界面现象的研究提供支撑，支持直流输电绝缘材料和关键装备的研制，以及支持电工和电子领域多种功能电介质材料和器件的研究与应用。

而现今国内外技术都是分别对空间电荷和热刺激电流进行测量，由于两次测量采用的是不同的待测试样，测量结果之间数据相关性差，无法联合共同分析。针对两者的联合测量根据可查资料，尚未有实现空间电荷与热刺电流联合测试技术的商业产品。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术由于压电传感器的电荷泄放造成的干扰以及由于温度变化导致的测定结果不准确等缺陷，提出一种空间电荷-热刺激电流的联合分时测量装置，采用上电极、下电极、保护极和电流测量极的四电极结构和单刀双掷开关对同一待测试样的空间电荷和热刺激电流进行分时测量，克服两种测量之间的相互干扰及温度控制，效果可靠。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

本实用新型涉及一种空间电荷-热刺激电流的联合分时测量装置，包括：脉冲电路、直流高压电路、电极电路和数据采集电路，其中：脉冲电路为电极电路提供激励源，用于将空间电荷信号转化成振动信号；直流高压电路为电极电路提供直流电场，用于极化待测试样；电极电路分别与脉冲电路和直流高压电路相连，控制待测试样的温度并引出空间电荷信号与热刺激电流；数据采集电路与电极电路相连并接收空间电荷信号和热刺激电流。

所述的脉冲电路包括：串联的纳秒脉冲电压源和耦合电容。

所述的直流高压电路包括：串联的直流高压源和限流电阻。