實驗名稱：交變電場下聚乙烯中空間電荷分布研究

測試設(shè)備：高壓放大器、壓電傳感器、示波器、電極等。

圖1：交變空間電荷測試平臺結(jié)構(gòu)圖

實驗過程：

一、交變高壓源

交變高壓源為試樣提供測試所需的高壓電場環(huán)境，采用高壓放大器，高壓放大器在工作時需要輸入一個幅值較低的控制信號，高壓放大器將控制信號放大后輸出。

二、PEA測試平臺

如上圖1所示，PEA測試平臺包括電極、傳感器、放大器等器件。交變電壓接入金屬絲桿通入上電極，絲桿外包裹絕緣層穿過電極外殼，由于交變電壓容易在尖端產(chǎn)生電暈，因此使用均壓球優(yōu)化接口處電場分布。脈沖源在電極側(cè)面的BNC接口處接入，脈沖經(jīng)電容C0耦合在試樣上，電容C0還起到隔絕交變高壓、防止對脈沖源造成損害的作用。整個電極通過緊固件固定后與試樣緊密接觸，在置換試樣時可方便地拆卸。上電極與試樣間放置一個半導(dǎo)體薄片，用于優(yōu)化電場分布和吸收試樣中向上傳播的聲波，減少反射聲波對測量結(jié)果的影響。

三、數(shù)據(jù)采集模塊

高性能示波器對交流電場下不同相位的空間電荷進行快速采集和保存。交流電場下采集的空間電荷數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量較大，受限于數(shù)據(jù)傳輸速度，本文采用離線處理方式，采集到的空間電荷信號首先存儲在示波器中，隨后在計算機上使用處理軟件進行平均和恢復(fù)等。

四、設(shè)計測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖2：交變電場空間電荷測量系統(tǒng)原理圖

PEA法交變電場空間電荷測試系統(tǒng)的基本原理如圖2所示，高壓電源提供交變電場，脈沖源提供脈沖激勵，交變電場和脈沖電場共同耦合在待測試樣上。試樣中的空間電荷產(chǎn)生的機械聲波被傳感器轉(zhuǎn)換為電信號后經(jīng)放大接入示波器保存，通過檢測到的電信號強度和傳播到達時間判定空間電荷的電荷量和位置。

五、測試軟件

基于Labview編寫了測試軟件，將參數(shù)設(shè)置集成在測試軟件中，計算機通過雙絞線和RS232串行接口連接示波器、脈沖源、函數(shù)發(fā)生器，實現(xiàn)統(tǒng)一控制。

實驗結(jié)果：

對比設(shè)計了交變電場下空間電荷測量系統(tǒng)除脈沖源以外的其他組成模塊：采用函數(shù)發(fā)生器與高壓放大器產(chǎn)生交變高壓；設(shè)計了測試平臺，能夠?qū)⒖臻g電荷量化為電信號輸出；對比了數(shù)字信號平均器與示波器，并選用高性能示波器采集空間電荷信號；設(shè)計了純阻性分壓器對施加在試樣上的電壓進行監(jiān)控。

將所有模塊、部件整合，搭建了完整的交變電場空間電荷測試系統(tǒng)。測量系統(tǒng)可實現(xiàn)50Hz單周期內(nèi)20~60個相位點的空間電荷測量、采集和保存，每個相位點上施加的脈沖簇對應(yīng)的相位跨度在2度以內(nèi)。

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圖：ATA-7030高壓放大器指標參數(shù)

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審核編輯 黃宇