[发明专利]一种脉冲高压测量装置

说明书

本发明公开了一种脉冲高压测量装置，包括回路中用作两个串联电容共用电极和测量电极的环形电极，该环形电极两侧各有一个环状端面，一个环状端面侧设有脉冲高压源，另一个环状端面侧设有负载，高压电极和绝缘隔板沿着轴向穿过环形电极的内径连接其两端的脉冲高压源和负载，绝缘隔板包围在高压电极外表面；环形电极内径表面与高压电极通过绝缘隔板构成了高压端电容；在环形电极两侧的环状端面上设有绝缘薄膜、金属法兰，由此，环形电极的两个侧端面与金属法兰通过环形薄膜构成了一个串联的低压端电容；在环形电极和两个法兰的外侧还包围有环状的、等效为金属密封圈的金属回路盘，本发明使得环形电极具有分压的功能，取得了意料不到的效果。

技术领域

本发明涉及高压测量领域，更具体的说，它涉及一种脉冲高压的测量装置。

背景技术

在脉冲高电压测量技术中，一般采用示波器进行测量，但示波器量程有限，不足以测量几百倍甚至上千倍的脉冲高压，如果拿示波器直接测量高压示波器就会被烧毁。为了准确测量系统输出的高电压，常采用在示波器前端串联衰减器以满足其量程的方式。例如需要测量一个160KV的高压，按照衰减器10倍衰减计算，需要串联1000多个衰减器，这样不仅施工麻烦，而且衰减器长期在脉冲高压作业下，其内部电路器件极易损坏，虽然采用大量串联衰减器可以降低单个衰减器损坏对示波器的影响，但需要经常在1000多个衰减器中逐个排查是否损坏，这不仅增加了测量成本也降低了排查错误器件的效率。国内外实验室曾经采用很多技术办法，开展大量课题研究和经费，但至今还未见到在高压系统内部利用环形电极分压直接接入示波器测量的报道。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提出一种脉冲高压测量方法，目的在于解决现有技术脉冲高压测量测量成本大且排查错误器件效率低的问题。

本发明为解决其技术问题采用以下技术方案。

一种脉冲高压测量装置，其特征在于：包括回路中用作两个串联电容共用电极和测量电极的环形电极，该环形电极两侧各有一个环状端面，一个环状端面侧设有脉冲高压源，另一个环状端面侧设有负载，高压电极和绝缘隔板沿着轴向穿过环形电极的内径连接其两端的脉冲高压源和负载，绝缘隔板包围在高压电极外表面且与高压电极同等长度，绝缘隔板径向位于环形电极和高压电极之间、用于环形电极和高压电极之间的绝缘，由此，环形电极内径表面与高压电极通过绝缘隔板构成了高压端电容；在环形电极两侧的环状端面上从里到外还顺序设有绝缘薄膜、金属法兰，每个绝缘薄膜内侧连接环形电极、外侧连接各自的金属法兰，由此，环形电极的两个侧端面与金属法兰通过环形薄膜构成了一个串联的低压端电容；在环形电极和两个法兰的外侧还包围有环状的、等效为金属密封圈的金属回路盘，该金属回路盘通过密封卡槽固定在脉冲源与负载之间构成回路；该金属回路盘内径为金属法兰外径且金属回路盘内径大于环形电极的外径、与环形电极外表面非接触；所述环形电极通过两侧的金属法兰将脉冲高压源与负载连接，所述高压电极将脉冲高压源输出电压传输到负载。

所述脉冲高压源输出电压160kV，电压波上升时间不大于30ns，电压波脉宽100ns；所述脉冲高压源与同侧的金属法兰之间为气密封结构，所述负载与同侧的金属法兰之间为真空密封结构，所述环形电极采用纯铜材料，所述绝缘隔板采用聚四氟乙烯材料。

所述环形电极内径表面与高压电极通过绝缘隔板构成了高压端电容，该高压电容式中，ε₁＝2.04×10^-13F/cm、为聚四氟乙烯介电常数；l为环形电极的厚度；r_a和r_b分别为绝缘隔板的外径和内径。

环形电极的两个侧端面与金属法兰通过环形薄膜构成低压端电容，该低压端电容S_I为环形电极的横截面积，d_i环形薄膜的厚度，ε₂为环形薄膜的介电常数，为了提高测量信号的信噪比，环形薄膜材料的介电常数要与绝缘隔板的聚四氟乙烯介电常数相当，所以选用聚酰亚胺作为环形薄膜的材料，ε₂＝2.03×10^-13F/cm。