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應用。例如用于離子導電材料的，高壓絕緣材料，材料的內部電荷、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。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。

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