[发明专利]一种聚合物表面电荷与陷阱能级特性测量装置及方法

摘要

本发明提供一种聚合物表面电荷与陷阱能级特性测量装置及方法，涉及固体绝缘材料的表面电荷测量技术领域。测量装置包括高压电源、保护电阻、低压电源、密闭气室、高压充电装置和电位测量装置。测量方法首先高压电源通过保护电阻连接针电极，栅电极连接低压电源，对绝缘材料试样薄片进行电荷注入，充电结束后断开电源，利用探头运动导杆使探头移至试样上方，配合旋转连接导杆的旋转带动试样实现对试样的全平面电位测量，并绘制电位随消散时间的变化曲线，运用数学公式计算分析气固交界面的电荷陷阱能级分布。本发明可适用于不同电压形态类型、不同固体绝缘材料、不同绝缘气体下的气固交界面的表面电荷测量和陷阱能级分布研究，测量范围广泛。

主权项

1.一种聚合物表面电荷与陷阱能级特性测量装置，其特征在于：该装置包括高压电源、保护电阻(1)、低压电源、密闭气室(2)、高压充电装置和电位测量装置；所述高压充电装置包括均压环(3)、高压电极(4)、针电极(6)、栅板电极(7)、栅电极引出线(8)、绝缘支架(9)、绝缘试样(10)、平板电极(11)、旋转连接导杆(12)、支撑杆(13)、绝缘挡板(14)、第一驱动装置(15)和第二驱动装置(16)；所述电位测量装置包括测量探头(17)、探头绝缘套(18)、探头运动导杆(19)、第三驱动装置(20)和连接测量探头(17)的电位计、单片机、计算机；所述针电极(6)、栅板电极(7)、绝缘支架(9)、绝缘试样(10)、平板电极(11)、绝缘挡板(14)、测量探头(17)、探头绝缘套(18)均完全封装在密闭气室(2)中；所述密闭气室(2)为一筒装罐体，筒状主罐体(201)下端固接有下盖板(202)，上端搭接有盆式绝缘子(203)；所述密闭气室(2)的筒状主罐体(201)上左右两侧分别设有左侧法兰结构(204)和右侧法兰结构(205)；所述下盖板(202)上开设有左右两个通孔，分别为第一通孔(206)和第二通孔(207)；所述下盖板(202)上还开设有一个气孔(208)，该气孔(208)中插接有一气管(209)；所述高压电源的高压端通过保护电阻(1)连接至高压电极(4)，所述高压电极(4)插接在密闭气室(2)顶端的盆式绝缘子(203)中；所述高压电极(4)上下两端均套接一个均压环(3)，两个均压环(3)分别位于密闭气室(2)的外部和内部；所述高压电极(4)下端通过电极连接导线(5)连接针电极(6)一端；所述针电极(6)位于栅板电极(7)垂直正上方，所述栅板电极(7)位于绝缘试样(10)上方、并与绝缘试样(10)保持平行；所述绝缘试样(10)为固体薄片型，固定于所述平板电极(11)上表面，且可拆卸；所述针电极(6)与栅板电极(7)之间、栅板电极(7)与绝缘试样(10)之间均保持一定的垂直距离；所述针电极(6)和栅板电极(7)通过绝缘支架(9)固定在一起，同时绝缘支架(9)右端与探头运动导杆(19)左端固定连接；所述平板电极(11)作为地电极，其下端连接所述旋转连接导杆(12)，所述旋转连接导杆(12)下部穿过密闭气室(2)下盖板(202)的第一通孔(206)后接地；所述旋转连接导杆(12)末端连接第一驱动装置(15)输出端；所述第一驱动装置(15)带动所述旋转连接导杆(12)旋转运动，进而带动绝缘试样(10)旋转；所述支撑杆(13)密封插设于第二通孔(207)中，并于密闭气室(2)外侧进行接地；所述支撑杆(13)上端固接绝缘挡板(14)，下端连接第二驱动装置(16)输出端；当充电时，第二驱动装置(16)驱动支撑杆(13)带动绝缘挡板(14)向上移动，使针电极(6)和测量探头(17)可靠绝缘；当测量时，第二驱动装置(16)驱动支撑杆(13)带动绝缘挡板(14)向下移动，方便探头运动导杆(19)带动测量探头(17)移至充电结束后的绝缘试样(10)上方，并完成对其表面电荷电位的测量；所述探头运动导杆(19)右端通过密闭气室(2)的右侧法兰结构(205)连接第三驱动装置(20)输出端，所述第三驱动装置(20)驱动所述探头运动导杆(19)沿水平方向左右运动；所述栅电极引出线(8)一端通过电极连接导线(5)连接栅板电极(7)，另一端通过环氧浇注引出密闭气室(2)的左侧法兰结构(204)后连接所述低压电源，所述低压电源另一端接地；所述测量探头(17)固定在绝缘支架(9)右部，并通过数据线顺次连接电位计、单片机和计算机；所述探头绝缘套(18)套接在测量探头(17)顶部。