JKZC-PEA101型絕緣材料空間電荷激發及測試系統

關鍵詞：空間電荷，直流，交流，脈沖源，示波器

 產品介紹

電聲脈沖法是一種無損的空間電荷測量技術。它用于描述聚合物絕緣材料內部的空間電荷分布、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用(尤其是高壓電纜)中的聚合物材料測試時，使用廣泛的技術。實際上，經過充分的評估，空間電荷的存在是導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，已經表明可以通過空間電荷測量來診斷在使用應力下的絕緣劣化。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產生大量數據，來幫助總結和解釋。

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。這種脈沖的特點是上升時間很快，持續時間很短。絕緣材料的試樣也要經受高壓直流電(等級取決于試樣的厚度和形狀)，這會導致絕緣材料層中的空間電荷積聚。每個脈沖產生的電場擾動絕緣材料中的內部電荷。這些電荷在每一層都產生相應的聲壓波。壓電傳感器檢測聲波，利用傳感器信號獲得空間電荷分布。為了描述空間電荷分布及其時間特性，可以對施加每個高壓脈沖后檢測到的此類信號進行詳細分析。 目前，絕大多數的電聲脈沖法(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 ?uoride，PVDF)有機聚合物薄膜作為壓電傳感器。在溫度低于 90℃時，PVDF 才能保持其壓 電性能穩定。在 70℃~90℃范圍內，其壓電應變常數(d33)隨溫度升高反而減小。因此，現有的絕大多數空間電荷測量 只在 70℃以內進行。日本武藏工業大學Tatsuo Takada教授的課題組采用過鈮酸鋰(LiNbO3)壓電元件，開發了適用于高溫(可高達150℃)時 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等有機聚合物傳感器相比，雖然無機晶體LiNbO3 適用溫度高，并且聲波透射系數大(以鋁板作為下電極時)，但是壓電電壓常數小、性能綜合評價系數低、難加工成很薄的壓電晶片。選擇新型耐高溫共聚物壓電傳感器、重新設計電極，開發了適用于高溫下(≤110℃)的PEA 法空間電荷測量系統，分析了溫度對壓電傳感器性能、聲信號的傳播特 性和穿過介質特性的影響，得出了對放大器輸出的電壓信號和空間電荷密度值的影響因素，進而校正了溫度對 PEA 測量系統的影響。利用建立的高溫PEA法空間電荷測量系統，測量了純環氧試樣在不同溫度下空間電荷產生、積聚及消散的特性。

主要技術參數：

測試方法：脈沖電聲法

樣品材料：介電材料

樣品尺寸：寬度：20-50mm，厚度：  0.05-1.0mm

板材或薄膜分辨率： 室溫下分為25?30μm

高電壓：10kV或更低

環境：樣品溫度到85℃

輸入電壓：DC15V；輸入電源：  AC100V 1A

脈沖發生器：

輸出電壓：50,100,200,400 V

輸出頻率：400Hz

脈沖寬度：5ns（FWHM）

輸入電源: AC100V 1A

高速/高壓電源：電壓范圍;+/- 10kV  響應速度:0-1kHz

輸入電源: AC100V 0.7A

PEA分析系統：校準電荷密度，解卷積，電場/電位

數字示波器帶寬: 分辨率：12位，采樣率：5GS/s，存儲深度：400M

規格：12.5 Mpts /尺寸 260（寬）x 340（深）x 152（高）mm

電源：220V

溫度范圍寬：- 160 ~ 500 ℃

升降溫速率快：(0.01 ~ 30)℃/min

多種獨立變量：溫度、極化電壓、極化時間、升降溫速率等

極化電壓：±0-10kV

極化參數：極化1-4片試樣

夾具：三套夾具（橫向，縱向，共面夾具）

配聲學所ZJ-3/4/6型壓電測試儀進行測試

量程：×1擋：10到2000pC/N，20 至4000pC/N，最高到10000PC/N.

×0.1擋： 1到200pC/N，2 至400pC/N D31塊體夾具，D15塊體夾具，D15圓管夾具，D31塊體夾具，薄膜拉伸夾具（新增功能）,共面電極功能（新增）

計量標定標準樣尺寸：18mm*0.8mm，老化時間：2-3年

電腦：聯想(Lenovo)揚天M4000q 2024款 商用辦公臺式電腦主機(酷睿14代i5-14400 32G 1TB SSD)23英寸

軟件功能：

信號處理：帶通濾波、分頻譜處理、衰減校正、窗口處理、波形修正

電荷計算：反卷積、波形校正、電場計算與顯示

波形復現：射線追蹤算法、頻域全波算法、多層介質建模