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脈沖電聲法(PEA)直流或交流 場下的空間電荷測量系統(tǒng)的工作原理是什么?

閱讀:732        發(fā)布時(shí)間:2024/10/16
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脈沖電聲法(PEA)直流或交流場下的空間電荷測量系統(tǒng)的工作原理是什么?



產(chǎn)品介紹:

電聲脈沖法是一種無損的空間電荷測量技術(shù)。它用于描述聚合物絕緣材料內(nèi)部的空間電荷分布、積累及其整體行為。空間電荷觀測正在成為評估直流絕緣應(yīng)用(尤其是高壓電纜)中的聚合物材料測試時(shí),使用較廣泛的技術(shù)。實(shí)際上,經(jīng)過充分的評估,空間電荷的存在是導(dǎo)致高壓直流聚合物電纜過早失效的主要原因,而且也是防止此類電纜快速劣化的主要原因。而且,已經(jīng)表明可以通過空間電荷測量來診斷在使用應(yīng)力下的絕緣劣化。但是,仍然缺少由空間電荷測量并且也與絕緣體的電氣性能有關(guān)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù),來幫助總結(jié)和解釋。

 

工作原理:

在絕緣材料樣品的電極之間施加周期性的高壓脈沖。這種脈沖的特點(diǎn)是上升時(shí)間很快,持續(xù)時(shí)間很短。絕緣材料的試樣也要經(jīng)受高壓直流電(等級取決于試樣的厚度和形狀),這會(huì)導(dǎo)致絕緣材料層中的空間電荷積聚。每個(gè)脈沖產(chǎn)生的電場擾動(dòng)絕緣材料中的內(nèi)部電荷。這些電荷在每一層都產(chǎn)生相應(yīng)的聲壓波。壓電傳感器器檢測聲波,利用傳感器信號(hào)獲得空間電荷分布。為了描述空間電荷分布及其時(shí)間特性,可以對施加每個(gè)高壓脈沖后檢測到的此類信號(hào)進(jìn)行詳細(xì)分析。 目前,絕大多數(shù)的電聲脈沖法(pulsed electro- acoustic method,PEA)空間電荷測量裝置均使用β相的聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF)有機(jī)聚合物薄膜作為壓電傳感器。在溫度低于 90℃時(shí),PVDF才能保持其壓電性能穩(wěn)定。在 70℃~90℃范圍內(nèi),其壓電應(yīng)變常數(shù)(d33)隨溫度升高反而減小。因此,現(xiàn)有的絕大多數(shù)空間電荷測量只在 70℃以內(nèi)進(jìn)行。日本武藏工業(yè)大學(xué)Tatsuo Takada教授的課題組采用過鈮酸鋰(LiNbO3)壓電元件,開發(fā)了適用于高溫(可高達(dá)150℃)時(shí) PEA 法空間電荷測量裝置。由于加工工藝和成本的限制,很難獲得厚度小于50μm的LiNbO3 壓電晶片。與 PVDF等有機(jī)聚合物傳感器相比,雖然無機(jī)晶體LiNbO3適用溫度高,并且聲波透射系數(shù)大(以鋁板作為下電極時(shí)),但是壓電電壓常數(shù)小、性能綜合評價(jià)系數(shù)低、難加工成很薄的壓電晶片。本文選擇新型耐高溫共聚物壓電傳感器、重新設(shè)計(jì)電極系統(tǒng),開發(fā)了適用于高溫下(≤110℃)的PEA 法空間電荷測量系統(tǒng),分析了溫度對壓電傳感器性能、聲信號(hào)的傳播特性和穿過介質(zhì)特性的影響,得出了對放大器輸出的電壓信號(hào)和空間電荷密度值的影響因素,進(jìn)而校正了溫度對 PEA 測量系統(tǒng)的影響。利用建立的高溫 PEA 法空間電荷測量系統(tǒng),測量了純環(huán)氧試樣在不同溫度下空間電荷產(chǎn)生、積聚及消散的特性。

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主要技術(shù)指標(biāo):

指標(biāo)

參數(shù)

指標(biāo)

參數(shù)

空間分辨率(縱向)

10μm

直流

輸出電壓0~±20 kV 輸出電流3 mA 可編程控制

測量靈敏度(最小檢測量)

0.2 uC/cm3

入電壓

DC 30 kV

PEA信號(hào)測量單元

放大單元帶寬達(dá)1 GHz

沖電源

輸出電壓0~1 kV 脈寬5 ns~200 ns階梯可調(diào) 脈沖重復(fù)頻率最高可達(dá)30 kHz

增益

40 dB

響應(yīng)時(shí)間

20 us



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