相对介电常数温度系数的测量回路、方法、系统及设备与流程

    技术2025-02-03  61


    本技术涉及介电参数测量,尤其涉及一种相对介电常数温度系数的测量回路、方法、系统及设备。


    背景技术:

    1、绝缘电介质在电子器件和电力设备中起着电气绝缘、机械支撑和外部包封等作用。相对介电常数是表征绝缘电介质极化性能的重要技术指标之一。电介质的相对介电常数与其极化性能密切相关,对于绝缘电介质,一般存在电子极化、离子极化、偶极子极化和空间电荷极化。当施加不同频率的电压时,绝缘电介质极化强度不同,其相对介电常数相应发生变化。此外,环境温度会影响电介质的极化强度,故相对介电常数与温度密切相关。当应用在温差范围较大的环境中时,需要明确绝缘电介质的相对介电常数随温度变化的程度,即相对介电常数的温度系数。

    2、目前,测量固体电介质的介电常数的方法主要有集中电路法、传输线法、谐振法、自由空间波法等等。其中,传输线法、集中电路法、谐振法等属于实验室测量方法,这些方法测量回路较为复杂。此外,这些方法通常无法改变测量环境温度。


    技术实现思路

    1、本技术提供了一种相对介电常数温度系数的测量回路、方法、系统及设备,用于解决现有方法中存在的测量回路较复杂且不能自由改变测量温度的技术问题。

    2、有鉴于此,本技术第一方面提供了一种相对介电常数温度系数的测量回路,所述测量回路包括:

    3、用于为所述测量回路供电的交流电压源v、温度和湿度均可调节的恒温恒湿箱、线性积分电容c0以及电压测量设备;

    4、其中,待测电介质c放置于所述恒温恒湿箱,且所述待测电介质c的两端通过电极面积为s的电极夹具分别与所述交流电压源v和所述线性积分电容c0相连;

    5、所述电压测量设备,用于测量所述待测电介质c的两端的电压vx和电压vy。

    6、可选地,所述电压测量设备包括:探头p1、探头p2以及示波器;

    7、所述示波器通过所述探头p1和所述探头p2分别连接所述待测电介质c的两端,用于测量所述待测电介质c的两端的电压。

    8、可选地,所述电极夹具的电极位置为可调节设计。

    9、可选地,所述线性积分电容c0与所述待测电介质c的电容值的关系为:c0>>c。

    10、本技术第二方面提供一种相对介电常数温度系数的测量方法,所述测量方法:应用于上述第一方面所述的相对介电常数温度系数的测量回路;

    11、测量方法包括:

    12、s1、设置恒温恒湿箱的测量温度范围,基于所述测量温度范围设置若干个待测温度点ti,i=1,2,3,4,…,并设定恒定湿度;

    13、s2、设定恒温恒湿箱为待测温度点ti,使得待测电介质c置于待测温度点ti中预置时长;

    14、s3、设置交流电压源v的交流电压的幅值和频率后向测量回路施加电压,通过电压测量设备实时监测电压vx和电压vy;

    15、s4、根据所述电压vx和所述电压vy计算得到待测电介质c在待测温度点ti的相对介电常数;

    16、s5、令i=i+1后,返回步骤s2,直至得到待测电介质c在各待测温度点ti的相对介电常数;

    17、s6、根据待测电介质c在各待测温度点ti的相对介电常数,计算得到相对介电常数的温度系数tc。

    18、可选地,所述根据所述电压vx和所述电压vy计算得到待测电介质c在待测温度点ti的相对介电常数,具体包括:

    19、计算所述电压vx和所述电压vy的曲线vy-vx的斜率k,将所述斜率k代入相对介电常数计算公式中,计算得到待测电介质c在待测温度点ti的相对介电常数;

    20、其中,所述相对介电常数计算公式为:

    21、;

    22、式中,为待测电介质c在待测温度点ti的相对介电常数,为所述曲线vy-vx的斜率k,为线性积分电容,为待测电介质c的厚度,为真空介电常数,为电极夹具的电极面积。

    23、可选地,所述根据待测电介质c在各待测温度点ti的相对介电常数,计算得到相对介电常数的温度系数tc,具体包括:

    24、根据待测电介质c在各待测温度点ti的相对介电常数绘制所述相对介电常数与温度的曲线εr-t的斜率,根据曲线εr-t的斜率得到相对介电常数的温度系数tc。

    25、本技术第三方面提供一种相对介电常数温度系数的测量系统,其特征在于,应用第一方面所述的相对介电常数温度系数的测量回路;

    26、测量系统包括:

    27、设置单元,用于设置恒温恒湿箱的测量温度范围,基于所述测量温度范围设置若干个待测温度点ti,i=1,2,3,4,…,并设定恒定湿度;

    28、设定单元,用于设定恒温恒湿箱为待测温度点ti,使得待测电介质c置于待测温度点ti中预置时长;

    29、施压单元,用于设置交流电压源v的交流电压的幅值和频率后向测量回路施加电压,通过电压测量设备实时监测电压vx和电压vy;

    30、第一计算单元,用于根据所述电压vx和所述电压vy计算得到待测电介质c在待测温度点ti的相对介电常数;

    31、迭代单元,用于令i=i+1后,触发所述设定单元,直至得到待测电介质c在各待测温度点ti的相对介电常数;

    32、第二计算单元,用于根据待测电介质c在各待测温度点ti的相对介电常数,计算得到相对介电常数的温度系数tc。

    33、可选地,所述第一计算单元,具体用于:

    34、计算所述电压vx和所述电压vy的曲线vy-vx的斜率k,将所述斜率k代入相对介电常数计算公式中,计算得到待测电介质c在待测温度点ti的相对介电常数;

    35、其中,所述相对介电常数计算公式为:

    36、;

    37、式中,为待测电介质c在待测温度点ti的相对介电常数,为所述曲线vy-vx的斜率k,为线性积分电容,为待测电介质c的厚度,为真空介电常数,为电极夹具的电极面积。

    38、本技术第四方面提供一种相对介电常数温度系数的测量设备,所述设备包括处理器以及存储器:

    39、所述存储器用于存储程序代码,并将所述程序代码传输给所述处理器;

    40、所述处理器用于根据所述程序代码中的指令,执行如上述第二方面所述的相对介电常数温度系数的测量方法的步骤。

    41、从以上技术方案可以看出,本技术具有以下优点:

    42、本技术提供的一种相对介电常数温度系数的测量方法,应用于本技术设计的一种相对介电常数温度系数的测量回路;首先将待测电介质与线性积分电容串联并放入恒温恒湿箱,通过交流电压源给电介质和线性积分电容施加固定频率和幅值的交流电压,通过电压探头连接示波器测量分别得到电介质和线性积分电容两端电压,由两电压的关系计算电介质的相对介电常数。进一步地,改变温度,得到不同温度下的相对介电常数,进而计算相对介电常数的温度系数。

    43、与现有技术相比,本技术的测量方法简单易行,可以测量不同温度、不同频率下电介质的相对介电常数,并得到相对介电常数的温度系数,有助于研究电介质的介电特性。本技术测量回路设计简单、测量方法便捷、可操作性强,对样品尺寸要求低。


    技术特征:

    1.一种相对介电常数温度系数的测量回路,其特征在于,包括:用于为所述测量回路供电的交流电压源v、温度和湿度均可调节的恒温恒湿箱、线性积分电容c0以及电压测量设备;

    2.根据权利要求1所述的相对介电常数温度系数的测量回路,其特征在于,所述电压测量设备包括:探头p1、探头p2以及示波器;

    3.根据权利要求1所述的相对介电常数温度系数的测量回路,其特征在于,所述电极夹具的电极位置为可调节设计。

    4.根据权利要求1所述的相对介电常数温度系数的测量回路,其特征在于,所述线性积分电容c0与所述待测电介质c的电容值的关系为:c0>>c。

    5.一种相对介电常数温度系数的测量方法,其特征在于,应用于权利要求1至4任一所述的相对介电常数温度系数的测量回路;

    6.根据权利要求5所述的相对介电常数温度系数的测量方法,其特征在于,所述根据所述电压vx和所述电压vy计算得到待测电介质c在待测温度点ti的相对介电常数,具体包括:

    7.根据权利要求5所述的相对介电常数温度系数的测量方法,其特征在于,所述根据待测电介质c在各待测温度点ti的相对介电常数,计算得到相对介电常数的温度系数tc,具体包括:

    8.一种相对介电常数温度系数的测量系统,其特征在于,应用于权利要求1至4任一所述的相对介电常数温度系数的测量回路;

    9.根据权利要求8所述的相对介电常数温度系数的测量系统,其特征在于,所述第一计算单元,具体用于:

    10.一种相对介电常数温度系数的测量设备,其特征在于,所述设备包括处理器以及存储器:


    技术总结
    本申请公开了一种相对介电常数温度系数的测量回路、方法、系统及设备,方法应用于本申请设计的测量回路;首先将待测电介质与线性积分电容串联并放入恒温恒湿箱,通过交流电压源给电介质和线性积分电容施加固定频率和幅值的交流电压,通过电压探头连接示波器测量分别得到电介质和线性积分电容两端电压,由两电压的关系计算电介质的相对介电常数。进一步地改变温度,得到不同温度下的相对介电常数,进而计算相对介电常数的温度系数。本申请的测量回路设计简单,测量方法简单易行,可以测量不同温度、不同频率下电介质的相对介电常数,并得到相对介电常数的温度系数。从而解决现有方法中存在的测量回路较复杂且不能自由改变测量温度的技术问题。

    技术研发人员:胡泰山,廖梓豪,刘刚,李谦,赵林杰,王中奥,贾磊,蔡玲珑,姚成,赵兵,胡上茂,马志钦,孟森
    受保护的技术使用者:南方电网科学研究院有限责任公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/10/24
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