從微觀角度分析絕緣材料老化和擊穿原因--空間電荷測量裝置

              使用聲學技術(shù)的空間電荷測量已成為研究固體材料介電性能的常用方法。脈沖電聲（PEA）方法已用于各種工業(yè)應(yīng)用。例如用于離子導電材料的，高壓絕緣材料，材料的內(nèi)部電荷、電場和電勢分布的研究和分析，可以實時檢測電荷分布并將其轉(zhuǎn)換為空間電荷分布，用于絕緣體，靜電樹脂，有機光電導體，離子遷移等。典型的PEA系統(tǒng)可以以毫秒級的重復速率測量樣品厚度方向上的空間電荷分布。從微觀角度分析絕緣材料老化和擊穿原因—研制了一套基于電聲脈沖法（PEA）直接測量聚合物中空間電荷分布的試驗裝置。

        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?？臻g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，使用廣泛的技術(shù)。實際上，經(jīng)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(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。這種脈沖的特點是上升時間很快，持續(xù)時間很短。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)，這會導致絕緣材料層中的空間電荷積聚。每個脈沖產(chǎn)生的電場擾動絕緣材料中的內(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(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 ?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(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)進行。

       華測儀器選擇新型耐高溫共聚物壓電傳感器、重新設(shè)計電極系統(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(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。