JKZC-PEA101型绝缘材料空间电荷激发及测试系统

关键词：空间电荷，直流，交流，脉冲源，示波器

产品介绍

电声脉冲法是一种无损的空间电荷测量技术。它用于描述聚合物绝缘材料内部的空间电荷分布、积累及其整体行为。空间电荷观测正在成为评估直流绝缘应用(尤其是高压电缆)中的聚合物材料测试时，使用广泛的技术。实际上，经过充分的评估，空间电荷的存在是导致高压直流聚合物电缆过早失效的主要原因，而且也是防止此类电缆快速劣化的主要原因。而且，已经表明可以通过空间电荷测量来诊断在使用应力下的绝缘劣化。但是，仍然缺少由空间电荷测量并且也与绝缘体的电气性能有关产生大量数据，来帮助总结和解释。

工作原理

在绝缘材料样品的电极之间施加周期性的高压脉冲。这种脉冲的特点是上升时间很快，持续时间很短。绝缘材料的试样也要经受高压直流电(等级取决于试样的厚度和形状)，这会导致绝缘材料层中的空间电荷积聚。每个脉冲产生的电场扰动绝缘材料中的内部电荷。这些电荷在每一层都产生相应的声压波。压电传感器检测声波，利用传感器信号获得空间电荷分布。为了描述空间电荷分布及其时间特性，可以对施加每个高压脉冲后检测到的此类信号进行详细分析。 目前，绝大多数的电声脉冲法(pulsed electro- acoustic method，PEA)空间电荷测量装置均使用 β相的聚偏 氟乙烯(polyvinylidene fluoride，PVDF)有机聚合物薄膜作为压电传感器。在温度低于 90℃时，PVDF 才能保持其压 电性能稳定。在 70℃~90℃范围内，其压电应变常数(d33)随温度升高反而减小。因此，现有的绝大多数空间电荷测量 只在 70℃以内进行。日本武藏工业大学Tatsuo Takada教授的课题组采用过铌酸锂(LiNbO3)压电元件，开发了适用于高温(可高达150℃)时 PEA 法空间电荷测量装置。由于加工工艺和成本的限制，很难获得厚度小于50μm的LiNbO3 压电晶片。与PVDF等有机聚合物传感器相比，虽然无机晶体LiNbO3 适用温度高，并且声波透射系数大(以铝板作为下电极时)，但是压电电压常数小、性能综合评价系数低、难加工成很薄的压电晶片。选择新型耐高温共聚物压电传感器、重新设计电极，开发了适用于高温下(≤110℃)的PEA 法空间电荷测量系统，分析了温度对压电传感器性能、声信号的传播特 性和穿过介质特性的影响，得出了对放大器输出的电压信号和空间电荷密度值的影响因素，进而校正了温度对 PEA 测量系统的影响。利用建立的高温PEA法空间电荷测量系统，测量了纯环氧试样在不同温度下空间电荷产生、积聚及消散的特性。

主要技术参数：

测试方法：脉冲电声法

样品材料：介电材料

样品尺寸：宽度：20-50mm，厚度：  0.05-1.0mm

板材或薄膜分辨率： 室温下分为25〜30μm

高电压：10kV或更低

环境：样品温度到85℃

输入电压：DC15V；输入电源：  AC100V 1A

脉冲发生器：

输出电压：50,100,200,400 V

输出频率：400Hz

脉冲宽度：5ns（FWHM）

输入电源: AC100V 1A

高速/高压电源：电压范围;+/- 10kV  响应速度:0-1kHz

输入电源: AC100V 0.7A

PEA分析系统：校准电荷密度，解卷积，电场/电位

数字示波器带宽: 分辨率：12位，采样率：5GS/s，存储深度：400M

规格：12.5 Mpts /尺寸 260（宽）x 340（深）x 152（高）mm

电源：220V

温度范围宽：- 160 ~ 500 ℃

升降温速率快：(0.01 ~ 30)℃/min

多种独立变量：温度、极化电压、极化时间、升降温速率等

极化电压：±0-10kV

极化参数：极化1-4片试样

夹具：三套夹具（横向，纵向，共面夹具）

配声学所ZJ-3/4/6型压电测试仪进行测试

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

×0.1挡： 1到200pC/N，2 至400pC/N D31块体夹具，D15块体夹具，D15圆管夹具，D31块体夹具，薄膜拉伸夹具（新增功能）,共面电极功能（新增）

计量标定标准样尺寸：18mm*0.8mm，老化时间：2-3年

电脑：联想(Lenovo)扬天M4000q 2024款 商用办公台式电脑主机(酷睿14代i5-14400 32G 1TB SSD)23英寸

软件功能：

信号处理：带通滤波、分频谱处理、衰减校正、窗口处理、波形修正

电荷计算：反卷积、波形校正、电场计算与显示

波形复现：射线追踪算法、频域全波算法、多层介质建模