CN104991129B - 一种真空绝缘子表面电荷三维测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了属于在真空环境下的绝缘测量和电荷测量技术领域的一种真空绝缘子表面电荷三维测量装置。该测量装置由待测绝缘子、测试电极、静电探头，探头支架、探头径向运动机构，探头旋转控制机构、探头旋转运动控制机构、步进电机及探头运动控制面板组成；其中高压电极固定真空试验腔体的顶板上，地电极固定在探头转盘中央；待测绝缘子放在高压电极和地电极之间；探头转盘支持在真空试验腔体底板上。本发明提出真空绝缘子表面电荷三维测量装置，通过径向控制机构和旋转控制机构可以实现探头对绝缘子表面电荷全径向、全角度的三维测量，同时能够保证在加压或者不测量电荷时，探头远离被测绝缘子表面；具有较高的电荷分辨率和空间分辨率。

Description

一种真空绝缘子表面电荷三维测量装置

技术领域

本发明属于在真空环境下的绝缘测量和电荷测量技术领域，特别涉及一种真空绝缘子表面电荷三维测量装置。

背景技术

绝缘子表面电荷的测量属于静电测量的范畴，不能用传统的电工仪表进行测量。目前，表面电荷的测量方法主要包括粉尘图法，基于Pockels效应的光学测量方法和静电探头法。粉尘图法最初由Lichtenberg于1778年提出，其原理是利用某些带电的有色固体(如带正电的红色的Pb3O4，带负电的白黄色的S)，会与绝缘子表面的电荷发生吸附效应，比如负电荷会吸附带正电的Pb3O4，正电荷会吸附带负电的S。当将这些特殊的固体粉末喷洒在介质表面时，可以根据介质表面的这些固体粉末的颜色分布来判断介质表面的电荷极性及电荷分布。其优点是方便、直观，缺点是不能定量表征表面电荷，且在喷洒粉尘过程中，可能改变介质表面的电荷分布。Pockels效应光学测量方法即线性电光效应法，对于不具有对称中心的晶体来说，当其处在电场中时，其折射率的变化与所加的电场强度成正比关系，即,在电场不太强时已经表现得比较明显,因而可以通过测量电场作用下晶体折射率的变化来反映电场的变化，但此方法只适用于透明薄膜，对盆式绝缘子固体表面并不适合。

目前静电探头法是目前国际上表面电荷测量领域中使用较广泛的方法。静电探头主要由内部感应导体、内部支撑绝缘体和外部接地屏蔽层组成。对绝缘子表面电荷进行测量时，将探头垂直于待测介质表面且距离恒定，绝缘子表面电荷会在感应导体上激发感应电压，可对输出感应电压进行测量。尽管对绝缘介质的表面电荷进行准确测量时，采用传统的标度方法会存在误差，但是，当只是考察表面电荷的分布规律及影响因素，对不同条件下的实验结果进行横向比较时，采用传统的线性标度方法来计算绝缘子表面电荷是可行的。

综上所述，对绝缘固体表面来说，常用的测量方法为静电电容探头法，但是由于真空***中常用的绝缘子形状复杂，常规的静电探头对绝缘子表面电荷进行测量比较复杂，因此有必要根据静电电容法测量绝缘子表面电荷的原理，研制一套可用于实际真空绝缘子表面电荷测量的装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种真空绝缘子表面电荷三维测量装置，其特征在于，所述真空绝缘子表面电荷三维测量装置由待测绝缘子、测试电极、静电探头，探头支架、探头径向运动机构，探头旋转控制机构、探头支架操控机构、探头旋转运动控制机构、步进电机及探头运动控制面板组成；其中测试电极包括在固定真空试验腔体的顶板上的高压电极，固定在探头转盘中央的地电极，待测绝缘子放在高压电极和地电极之间；探头转盘支持在真空试验腔体底板上，真空试验腔体底板的左边固定A旋转齿轮并与探头转盘啮合，A旋转齿轮的旋转轴穿过真空试验腔体底板与手柄齿轮固定，C步进电机轴上固定B旋转齿轮，B旋转齿轮与手柄齿轮啮合；真空试验腔体底板的右边动密封固定探头固定支架，探头固定支架上固定手柄；探头固定支架通过固定卡扣与探头导轨支架连接。

所述静电探头置于探头支架上，探头支架置于探头导轨上，导轨支架固定在探头转盘边缘上；探头导轨和D步进电机连接，并固定在导轨支架上，并沿导轨支架运动，带动静电探头沿导轨斜向运动。

所述探头运动控制面板与C步进电机和D步进电机连接，在探头运动控制面板上睡着“手动”和“自动”按键，既可以设置手动控制探头运动，也可以设置输入程序自动控制探头运动；探头运动控制面板上设置“X”和“Y”方向运动按键，其中“X”方向运动按键控制探头的旋转运动，“Y”方向运动按键控制探头的径向运动；探头运动控制面板上设置“进给增”和“进给减”按键，控制探头的运动步长；探头运动控制面板上设置的“倍率增”和“倍率减”按键，用于设置探头的运动速度；探头运动控制面板上设置的“设置原点”和“回原点”按键用于设置探头的起始测量位置并控制探头自动回原点。

所述探头旋转控制机构由探头转盘、A旋转齿轮、C步进电机、B旋转齿轮和手柄齿轮组成，C步进电机控制与B旋转齿轮啮合的手柄齿轮，手柄齿轮带动A旋转齿轮转动，A旋转齿轮带动探头转盘旋转运动，从实现静电探头的360度旋转运动。

所述探头支架运动操控机构由固定卡扣、探头固定支架和手柄组成，当加压时或者不进行电荷测量时，转动手柄，使探头固定支架上下移动，从而带动固定卡扣，固定卡扣与探头导轨支架连接，从而可以带动探头导轨支架平移，使探头远离待测绝缘子。

所述待测绝缘子材料为交联聚苯乙烯，形状为圆台状，斜面角度为45°，斜面长度为5mm,高度为3.5mm,端面直径为34.2mm,底面直径为41.3mm。

本发明的有益效果是提出真空绝缘子表面电荷三维测量装置，通过径向控制机构和旋转控制机构可以实现探头对绝缘子表面电荷全径向、全角度的测量，同时能够保证在加压或者不测量电荷时，探头远离被测绝缘子表面。本三维测量装置具有以下优点：

1、测量装置可对真空***中的绝缘子进行表面电荷测量，能够保证试验装置的气密性，通过接线法兰盘将测量信号线引出，而且当不测量电荷时，机构整体远离被测绝缘体，可不影响设备正常运行时腔体内的场强分布，因此从而实现在高电压设备和真空环境中对绝缘子表面电荷进行全角度，全径向的三维测量。

2、三维操控机构，可以实现测量探头平移、径向爬行、旋转三种维度的运动，具有较高的电荷分辨率和空间分辨率。

3、探头与被测绝缘件表面之间的距离保持恒定，通过探头支架导轨和导轨固定装置，能够在测量中始终保持探头对绝缘子表面点垂直且距离不变，而且来回移动过程中不会产生影响，因此保证了试验测量的可靠性准确性。

4、探头的运动方式、运动路径、运动方向、运动步长和运动速度既可以手动控制，也可以编程控制探头的自动运动，同样能够保证探头运动的精度。

附图说明

图1为真空绝缘子表面电荷三维测量装置示意图。

具体实施方式

本发明提供一种真空绝缘子表面电荷三维测量装置，下面结合附图予以说明。

在图1所示的真空绝缘子表面电荷三维测量装置示意图中，所述真空绝缘子表面电荷三维测量装置由待测绝缘子、测试电极、静电探头，探头支架、探头径向运动机构，探头旋转控制机构、探头支架操控机构、探头旋转运动控制机构、步进电机及探头运动控制面板组成；其中测试电极包括在固定真空试验腔体的顶板上的高压电极1，固定在探头转盘5中央的地电极3，待测绝缘子2放在高压电极1和地电极3之间；探头转盘5支持在真空试验腔体底板上，真空试验腔体底板的左边固定A旋转齿轮4并与探头转盘5啮合，A旋转齿轮4的旋转轴穿过真空试验腔体底板与手柄齿轮6固定，C步进电机7轴上固定B旋转齿轮8，B旋转齿轮8与手柄齿轮6啮合；真空试验腔体底板的右边动密封固定探头固定支架9，探头固定支架9上固定手柄10；探头固定支架9通过固定卡扣11与探头导轨支架13连接；静电探头16置于探头支架15上，探头支架置15固定于探头导轨14上，导轨支架13固定在探头转盘5边缘上；探头导轨14和D步进电机12连接，并固定在导轨支架13上，并沿导轨支架13运动，带动静电探头16沿导轨斜向运动。

所述探头运动控制面板与C步进电机7和D步进电机12连接，在探头运动控制面板17上设置“手动”和“自动”按键，既可以设置手动控制静电探头运动，也可以设置输入程序自动控制静电探头运动；探头运动控制面板17上设置“X”和“Y”方向运动按键，其中“X”方向运动按键控制静电探头的旋转运动，“Y”方向运动按键控制静电探头的径向运动；探头运动控制面板上设置“进给增”和“进给减”按键，控制静电探头的运动步长；探头运动控制面板上设置的“倍率增”和“倍率减”按键，用于设置静电探头的运动速度；探头运动控制面板上设置的“设置原点”和“回原点”按键用于设置静电探头的起始测量位置并控制静电探头自动回原点。

所述探头旋转控制机构由探头转盘5、A旋转齿轮4、C步进电机7、B旋转齿轮8和手柄齿轮6组成，C步进电机7控制与B旋转齿轮8啮合的手柄齿轮6，手柄齿轮6带动A旋转齿轮转动4，A旋转齿轮4带动探头转盘5旋转运动，从实现静电探头16的360度旋转运动。

所述探头支架运动操控机构由固定卡扣11、探头固定支架9和手柄10组成，当加压时或者不进行电荷测量时，转动手柄10，使探头固定支架9上下移动，从而带动固定卡扣11，固定卡扣11与探头导轨支架9连接，从而可以带动导轨支架平13移，使静电探头16远离待测绝缘子2。

所述待测绝缘子材料为交联聚苯乙烯，形状为圆台状，斜面角度为45°，斜面长度为5mm,高度为3.5mm,端面直径为34.2mm,底面直径为41.3mm。

具体测量步骤如下：

1、在不加压或者不测量电荷时，关闭控制面板电源；顺时针转动手柄10，使探头固定支架9向下运动，使探头卡扣11带动着探头支架15一起运动，远离被测绝缘子2表面，防止静电探头1在加压时被破坏。

2、进行试验之前，首先设置好静电探头的运动参数。打开控制面板电源，选择“手动”或者“自动”，即选择探头的运动方式，若选择“自动”，通过U盘导入程序，通过“程序”和“参数”按键进行简单设置，按下“启动”键即可进行探头的自动运动扫描。若选择“手动”，首先通过控制面板上的“进给增”和“进给减”按键设置探头的运动步长，“倍率增”和“倍率减”按键设置探头的运动速度，“设置原点”设置探头的起始测量位置。参数设置完成以后，通过控制面板上的“X”方向运动按键可以控制探头的旋转运动，“Y”方向运动按键可以控制探头的径向运动。

3、进行测量时：一旦加压完毕，立即逆时针转动手柄10，使静电探头固定支架向上9运动，从而使探头支架15运动到距离被测绝缘子表面的位置，开始进行测量。

Claims (6)

1.一种真空绝缘子表面电荷三维测量装置，其特征在于，所述真空绝缘子表面电荷三维测量装置由待测绝缘子、测试电极、静电探头，探头支架、探头径向运动机构、探头旋转控制机构、探头支架操控机构、探头旋转运动控制机构、D步进电机及探头运动控制面板组成；其中测试电极包括在固定真空试验腔体的顶板上的高压电极，固定在探头转盘中央的地电极，待测绝缘子放在高压电极和地电极之间；探头转盘支持在真空试验腔体底板上，真空试验腔体底板的左边固定A旋转齿轮并与探头转盘啮合，A旋转齿轮的旋转轴穿过真空试验腔体底板与手柄齿轮固定，C步进电机轴上固定B旋转齿轮，B旋转齿轮与手柄齿轮啮合；真空试验腔体底板的右边动密封固定探头固定支架，探头固定支架上固定手柄；探头固定支架通过固定卡扣与探头导轨支架连接。

2.根据权利要求1所述一种真空绝缘子表面电荷三维测量装置，其特征在于，静电探头置于探头支架上，探头支架置于探头导轨上，导轨支架固定在探头转盘边缘上；探头导轨和D步进电机连接，并固定在导轨支架上，并沿导轨支架运动，带动静电探头沿导轨斜向运动。

3.根据权利要求1所述一种真空绝缘子表面电荷三维测量装置，其特征在于，所述探头运动控制面板与C步进电机和D步进电机连接，在探头运动控制面板上设置“手动”和“自动”按键，既可以设置手动控制探头运动，也可以设置输入程序自动控制探头运动；探头运动控制面板上设置“X”和“Y”方向运动按键，其中“X”方向运动按键控制探头的旋转运动，“Y”方向运动按键控制探头的径向运动；探头运动控制面板上设置“进给增”和“进给减”按键，控制探头的运动步长；探头运动控制面板上设置的“倍率增”和“倍率减”按键，用于设置探头的运动速度；探头运动控制面板上设置的“设置原点”和“回原点”按键用于设置探头的起始测量位置并控制探头自动回原点。

4.根据权利要求1所述一种真空绝缘子表面电荷三维测量装置，其特征在于，所述探头旋转控制机构由探头转盘、A旋转齿轮、C步进电机、B旋转齿轮和手柄齿轮组成，C步进电机控制与B旋转齿轮啮合的手柄齿轮，手柄齿轮带动A旋转齿轮转动，A旋转齿轮带动探头转盘旋转运动，从实现静电探头的360度旋转运动。

5.根据权利要求1所述一种真空绝缘子表面电荷三维测量装置，其特征在于，所述探头支架操控机构由固定卡扣、探头固定支架和手柄组成，当加压时或者不进行电荷测量时，转动手柄，使探头固定支架上下移动，从而带动固定卡扣，固定卡扣与探头导轨支架连接，从而可以带动探头导轨支架平移，使探头远离待测绝缘子。

6.根据权利要求1所述一种真空绝缘子表面电荷三维测量装置，其特征在于，所述待测绝缘子材料为交联聚苯乙烯，形状为圆台状，斜面角度为45°，斜面长度为5mm,高度为3.5mm,端面直径为34.2mm,底面直径为41.3mm。