專利名稱：一種彈性接觸式三電極裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種彈性接觸式三電極裝置，涉及一種測量電氣絕緣材料的介電常數(shù)與損耗角正 切的平衡電橋中的接觸式三電極裝置。
背景技術(shù)：
用平衡電橋測量工頻下絕緣介質(zhì)的電容率與損耗角正切，有較高的測量靈敏度與 較高的測量精度，因此在電工絕緣行業(yè)中應(yīng)用較為廣泛。相應(yīng)的中國國家標(biāo)準(zhǔn)(GB1409-88) 與IEC標(biāo)準(zhǔn)(IEC 250-1969)和美國ASTM標(biāo)準(zhǔn)(ASTM D 150-98(2004))建議的測量電極均 采用三電極系統(tǒng)。但是，至今為止，簡單的三電極系統(tǒng)是由圓柱形的測量極與圓環(huán)形的保護(hù) 極構(gòu)成。由于上述三電極系統(tǒng)的測量極是不帶屏蔽的，在測量時易受外界電磁干擾，因而 影響測量精度，尤其是影響損耗角正切的測量精度，在對于一些小損耗的絕緣材料，如聚乙 烯，聚四氟乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯的測量無法得到有意義的測量數(shù)據(jù)，在測量與研究納米 復(fù)合介質(zhì)時更是由于測量精度不高而使研究人員對于實(shí)驗(yàn)結(jié)果感到混亂。瑞士的HAEFELY TEST AG 出產(chǎn)的 TETTEX 2914 Precision Test Cell for Solid hsulants三電極裝置能夠較好地進(jìn)行絕緣介質(zhì)的介電常數(shù)與損耗角正切的測量，但它的 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價昂貴。更主要的是，由于它的測量極與保護(hù)環(huán)是緊密固定在一個平面上的， 因此，如果待測試樣達(dá)不到理想平整，會出現(xiàn)測量面積內(nèi)的小氣隙，使測量所得到的電容值 與損耗值偏小。為防止出現(xiàn)這種情況，采用了加大壓力的辦法，力求測量電極與試樣緊密接 觸，但可能會引起試樣不必要的變形，而且測量裝置的整體結(jié)構(gòu)很復(fù)雜。美國Agilent公司出產(chǎn)的配套附件Agilent 16451B介質(zhì)測試夾具中也有一組三 電極裝置，使用的測量極與保護(hù)極是固定的，間隙很小，約為0. 2mm，且不在同一個平面上， 保護(hù)極略為縮進(jìn)，這樣避免了在待測試樣不是很理想平整的情況下，在測量面積內(nèi)可能會 出現(xiàn)小氣隙的問題，但這種電極的空電極介質(zhì)損耗偏大，不能夠用于準(zhǔn)確測量介質(zhì)損耗很 小的材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是設(shè)計一種結(jié)構(gòu)簡單，測量精度高的用于測量電氣絕緣材料的介電 常數(shù)與損耗角正切的接觸式三電極裝置。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的接觸式三電極裝置設(shè)有良好的屏蔽功能，適用于平 衡電橋測量，如電容電橋，低壓西林電橋，變壓器電橋等，同時，適用的試樣是較厚的薄膜或 者薄平板，樣品直徑為74毫米。本發(fā)明的測量極與保護(hù)極之間不是緊密固定的，而是通過 金屬波紋管柔性聯(lián)接，因此避免了測量極與試樣接觸不緊密的問題。同時，它的保護(hù)極間隙 內(nèi)的固體介質(zhì)盡量少，使電極的空電極損耗值非常小，能夠有效地應(yīng)用于小損耗介質(zhì)的測Mo本發(fā)明的帶良好屏蔽的接觸式三電極裝置的具體結(jié)構(gòu)如下包括與平衡電橋高壓端H連接的高壓電極，高壓電極上面放置被測試樣，被測試樣上面中心放置測量電極，其外周套有屏蔽電極，屏蔽電極為保護(hù)環(huán)電極，與平衡電橋的保 護(hù)端G連接，其特點(diǎn)是測量電極的形狀為頂部中間有凸臺的圓柱體，測量電極的圓柱體的 外周套有屏蔽電極，屏蔽電極外面螺接聚四氟乙烯材質(zhì)的屏蔽電極聯(lián)接環(huán)，屏蔽電極聯(lián)接 環(huán)頂端放置上屏蔽電極，上屏蔽電極頂端螺接上屏蔽電極蓋板，上屏蔽電極蓋板上面壓有 配重，以保證電極與試樣接觸良好；測量電極的凸臺的外圍安裝測量電極定位環(huán)，測量電極 的凸臺的頂端安裝金屬波紋管，以保證測量電極與被測試樣的接觸良好，并且降低雜散電 感，金屬波紋管上頂端安裝波紋管套件，波紋管套件頂端安裝絕緣支撐，絕緣支撐上安裝測 量端接線插座，測量端接線插座為同軸屏蔽插座，與平衡電橋的測量端M連接。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下1.由于本發(fā)明測量電極與屏蔽電極、屏蔽電極連接環(huán)、上屏蔽電極、上屏蔽電極蓋 板之間通過金屬波紋管柔性聯(lián)接，因此避免了測量電極與試樣接觸不緊密的問題，使測量 所得到的電容值與損耗值非常精確。2.本發(fā)明的保護(hù)極包括屏蔽電極、屏蔽電極連接環(huán)、上屏蔽電極、上屏蔽電極蓋板 這幾部分，由于本發(fā)明的測量電極與保護(hù)極之間不是緊密固定的，而是柔性聯(lián)接的，因此， 它的保護(hù)極間隙內(nèi)的固體介質(zhì)盡量少，使測量的損耗值非常小，能夠有效地應(yīng)用于小損耗 介質(zhì)的測量。3.使用本發(fā)明使待測試樣達(dá)到理想平整，不會出現(xiàn)測量面積內(nèi)的小氣隙，因此，適 用較厚的薄膜或者薄平板，樣品直徑為74毫米的試樣的測量。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意2為用本發(fā)明裝置測量絕緣材料的電容率與損耗角正切的平衡電橋的電路結(jié) 構(gòu)示意中1-高壓電極；2-被測試樣；3-屏蔽電極；4-屏蔽電極聯(lián)接環(huán)；5-測量電極 定位環(huán)；6-上屏蔽電極；7-上屏蔽電極蓋板；8-配重；9-測量端接線插座；10-絕緣支撐； 11-波紋管套件；12-金屬波紋管；13-測量電極；H-平衡電橋的高壓端；M-平衡電橋的測量 端；G-平衡電橋的保護(hù)端。具體實(shí)施方法實(shí)施例1請參閱圖1。制作本發(fā)明的直徑74毫米的測量絕緣介質(zhì)的電容率與損耗角正切的 接觸式三電極裝置，該裝置為屏蔽接觸式三電極結(jié)構(gòu)。測量電極13的直徑為49毫米，屏蔽 電極3的內(nèi)徑為51毫米，測量電極的等效直徑為50毫米與平衡電橋的高壓端H連接的高壓電極1上面放置被測試樣2，被測試樣2上面的 中心處放置測量電極13，測量電極13的形狀為頂部有凸臺的圓柱體，其圓柱體外周套有圓 環(huán)形的屏蔽電極3，屏蔽電極3為保護(hù)環(huán)電極，屏蔽電極3的圓環(huán)頂部內(nèi)周切掉一圈，底部外 周向外擴(kuò)出一個臺階，臺階上安裝不銹鋼的屏蔽電極聯(lián)接環(huán)4，且屏蔽電極聯(lián)接環(huán)4與屏蔽 電極3螺接。屏蔽電極聯(lián)接環(huán)4頂端放置上屏蔽電極6，上屏蔽電極6的頂端螺接上屏蔽電 極蓋板7，上屏蔽電極蓋板7上面壓有配重8。上屏蔽電極蓋板7與平衡電橋的保護(hù)端G連 接，將電流傳遞給地面，以便保護(hù)平衡電橋。
測量電極13的凸臺處套入凸臺安裝有測量電極定位環(huán)5，測量電極定位環(huán)5中心 開設(shè)通孔，圓環(huán)底面設(shè)有一圈榫頭，榫頭的寬度和深度大小尺寸與測量電極13與屏蔽電極 3頂部間隙匹配，將一圈榫頭嵌入測量電極13與屏蔽電極3頂部間隙中，就能隔絕測量電 極13與屏蔽電極3連接，保證平衡電橋不會短路。測量電極13凸臺的頂端安裝金屬波紋 管12，金屬波紋管12上頂端安裝波紋管套件11，波紋管套件11頂端安裝圓環(huán)形的絕緣支 撐10，絕緣支撐10上安裝測量端接線插座9，測量端接線插座9的頂端壓住上屏蔽電極蓋 板7，當(dāng)上屏蔽電極蓋板7上面壓有配重8，能保證測量電極13與被測試樣2接觸良好，并 且降低雜散電感。測量端接線插座9為同軸屏蔽插座，與平衡電橋的測量端M連接。工作原理請參閱圖2。平衡電橋?yàn)槭惺凵唐?，圖中R4為不可調(diào)節(jié)的主橋壁之一 ；R3為可調(diào) 節(jié)的主橋壁之一 ；c4為可調(diào)節(jié)主橋壁之一 為可調(diào)節(jié)的輔助橋壁；協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)c4，民，4可使 電橋處于最佳的平衡狀態(tài)<ιγ為輔助橋壁；s為測量表。將被測試樣2放在高壓電極1上面，將測量電極13和上屏蔽電極3分別放在被測 試樣2上，并使之盡量同心，在上屏蔽電極3的外面，螺接屏蔽電極聯(lián)接環(huán)4。將上測量電極 定位環(huán)5套入測量電極13的凸臺上，并且使測量電極定位環(huán)5的圓環(huán)底面的一圈榫頭嵌入 測量電極13與屏蔽電極3頂部間隙中。屏蔽電極聯(lián)接環(huán)4放置上屏蔽電極6。上屏蔽電極 6頂端螺接上屏蔽電極蓋板7。測量電極13凸臺的頂端安裝金屬波紋管12，金屬波紋管12 上頂端安裝波紋管套件11，波紋管套件11頂端安裝圓環(huán)形的絕緣支撐10，絕緣支撐10上 安裝測量端接線插座9，測量端接線插座9的頂端壓住上屏蔽電極蓋板7，當(dāng)上屏蔽電極蓋 板7上面壓有配重8時，完成測量的準(zhǔn)備。然后，將本發(fā)明的直徑74毫米的屏蔽接觸式三 電極裝置連接到平衡電橋中，其中本發(fā)明的高壓電極1與平衡電橋的高壓端H連接，測量端 接線插座9與平衡電橋的測量端M連接，上屏蔽電極蓋板7與平衡電橋的保護(hù)端G連接。接通電源，加上測量電壓(電壓值取決于試樣厚度與電橋種類，通常在100V至 2000V之間)，調(diào)節(jié)電橋的C4，R3,并在平衡電橋上設(shè)定的橋臂Cn的協(xié)調(diào)作用下使測量表S 發(fā)生變化，直到測量表s的指針指向0，說明主電橋達(dá)到了平衡點(diǎn)，調(diào)節(jié)4使輔助橋臂也 同時達(dá)到平衡，然后在平衡電橋的R3上讀到的數(shù)據(jù)為損耗角正切值即為被測試樣2的介 質(zhì)損耗角正切。但被測試樣2的介電系數(shù)需經(jīng)過換算，計算方法與計算公式如下 = Cx · d/17. 38，式中d為試樣厚度，單位為m，D為測量電極的等效直徑，單位為m，Cx為測量 所得到的被測試樣2的電容值，單位為F。
權(quán)利要求
1. 一種彈性接觸式三電極裝置，包括與平衡電橋的高壓端H連接的高壓電極(1)，高壓 電極(1)上面放置被測試樣O)，被測試樣( 上面放置測量電極(13)，測量電極(13)外 周套有與其保持間隙的屏蔽電極(3)，屏蔽電極(3)為保護(hù)環(huán)電極，屏蔽電極(3)的形狀為 頂部內(nèi)周切掉一圈，底部外周擴(kuò)出一個臺階，臺階上安裝不銹鋼的屏蔽電極聯(lián)接環(huán)，屏 蔽電極聯(lián)接環(huán)⑷與屏蔽電極⑶螺接，屏蔽電極聯(lián)接環(huán)⑷頂端放置上屏蔽電極(6)，上 屏蔽電極(6)頂端螺接上屏蔽電極蓋板(7)，上屏蔽電極蓋板(7)與平衡電橋的保護(hù)端G連 接，將電流傳遞給地面，以便保護(hù)平衡電橋，上屏蔽電極蓋板(7)上面壓有配重(8)，以保證 電極與試樣接觸良好，其特征是測量電極(1 的形狀為頂部有凸臺的圓柱體，其圓柱體 外周套有屏蔽電極(3)，圓柱體頂部且套入凸臺有電極定位環(huán)(5)，測量電極定位環(huán)(5)材 質(zhì)為聚四氟乙烯，測量電極定位環(huán)(5)底面設(shè)有尺寸大小與測量電極(13)與屏蔽電極(3) 頂部間隙匹配的一圈榫頭，將一圈榫頭嵌入測量電極(13)與屏蔽電極(3)頂部間隙，隔絕 測量電極(13)與屏蔽電極(3)，保證不會短路；測量電極(13)凸臺的頂端安裝金屬波紋管 (12)，金屬波紋管(1 上頂端安裝波紋管套件(11)，波紋管套件(11)頂端安裝絕緣支撐 (10)，絕緣支撐(10)上安裝測量端接線插座(9)，測量端接線插座(9)的頂端壓住上屏蔽電 極蓋板(7)，能保證測量電極(1 與被測試樣( 接觸良好，并且降低雜散電感；測量端接 線插座(9)為同軸屏蔽插座，與平衡電橋的測量端M連接。
全文摘要
一種彈性接觸式三電極裝置，涉及一種電氣絕緣材料的介電常數(shù)與損耗角正切的測量設(shè)備。包括與平衡電橋高壓端H連接的高壓電極(1)及上面的被測試樣(2)，被測試樣(2)上面有測量電極(13)和與平衡電橋保護(hù)端G連接的屏蔽電極(3)，特點(diǎn)是測量電極(13)的頂端有金屬波紋管(12)，波紋管套件(11)，絕緣支撐(10)及與平衡電橋的測量端M連接的測量端接線插座(9)，屏蔽電極(3)通過螺接的屏蔽電極聯(lián)接環(huán)(4)與上屏蔽電極(6)，上屏蔽電極蓋板(7)以及配重(8)連接，測量電極(13)與屏蔽電極(3)之間有測量電極定位環(huán)(5)。本發(fā)明測量精度高，適用于小損耗介質(zhì)的較厚的薄膜或者薄平板。
文檔編號G01R27/26GK102043098SQ201010512139
公開日2011年5月4日 申請日期2010年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月19日
發(fā)明者張冶文, 張延慶, 王繁基, 鄭飛虎 申請人:同濟(jì)大學(xué)