脉冲电声法(PEA)直流或交流场下的空间电荷测量系统

产品介绍

工作原理

测量曲线

主要技术指标

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。

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，目前很难获得厚度小于50μm 的LiNbO3 压电晶片。除日本外，其他地方还未见采用 LiNbO3传感器的 PEA 法空间电荷测量系统。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。本文选择新型耐高温共聚物压电传感器、重新设计电极系统，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。

原理图