聚合物基半导电材料AC介电性能测试系统的研发

摘要

聚合物基半导电材料是一种填充型导电聚合物，通常采用物理共混法以高分子绝缘材料为基料加入导电成分而形成的具有一定导电能力，又具备优异力学性能的复合材料。在电气领域，半导电材料广泛应用于电缆及其附件的绝缘结构中，起到均匀电场的作用。半导电材料的介电性能对绝缘可靠性有很大影Ⅱ向，目前对电力电缆半导电材料的评价指标主要为直流体积电阻率，这并不适用于电缆长期在工频电压下运行，以及承受操作过电压和雷电过电压等高频电压的运行工况。因此有必要对半导电材料在不同频率电场下的介电性能进行研究。
　　本文的主要目的是研发一套适用于聚合物基半导电材料的交流介电性能测试系统，为研究半导电材料的交流介电性能提供设备支持。要求能够在O～1MHz频率范围内实现交流等效电阻率、交流等效介电常数和损耗因数的测量。
　　根据半导电材料的介电特性，建立了材料的电阻、电容并联等效电路，分别用于表征材料的电导和极化性能。设计了基于三电极的测试系统，以正弦电压为激励信号，为适用于半导电材料低电阻率的特点，在测量极和保护极之间加装由电压跟随器构成的驱动屏蔽，以消除保护极泄漏电流。同步采集激励电压、响应电流时域信号，通过阻抗分析法对交流等效介电参数进行计算。
　　测试系统以虚拟仪器技术为平台，由硬件和软件两部分组成。硬件部分主要包括计算机、下位机、DDS信号发生器、功率放大器、电极系统、测量回路以及数据采集卡；软件部分则是基于LabVIEW软件开发的测试程序，包括串口通信、数据采集、数据处理、介电参数计算等。
　　分模块对测试系统的各部分进行设计，并制作实物电路进行测试评价，在确保各模块实现设计目标后，搭建测试系统。对电阻、电容元器件构成的阻容并联电路进行测试，将测试结果与阻抗分析仪测试结果进行比较，完成系统验证。三电极系统下，对测量回路引线自身的等效阻抗进行测量，开始计算程序中予以消除，减小测试误差。利用电力电缆半导电屏蔽料制作测试试样，并进行测试。经验证，测试系统可以实现半导电材料交流介电性能的测试。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题背景及研究的目的和意义

1．2国内外研究现状

1．2．1半导电屏蔽料直流电阻率测量的研究

1．2．2半导电屏蔽料交流介电性能测试的研究

1．3本文研究的主要内容

第2章测试系统方案设计

2．1聚合物基半导电材料的介电特性

2．1．1聚合物基半导电材料的导电机理

2．1．2聚合物基半导电材料的极化和损耗

2．2测试系统整体方案设计

2．2．1聚合物基半导电材料等效电路模型

2．2．2聚合物基半导电材料交流介电性能测试原理

2．2．3测试系统结构设计

2．2．4测试系统硬件选择及设计标准

2．3本章小结

第3章测试系统硬件设计

3．1．1下位机模块硬件设计

3．1．2下位机模块软件设计

3．2 DDS信号发生器设计

3．2．1 DDS技术工作原理

3．2．2 DDS芯片AD9851外围电路设计

3．2．3信号发生器测试评价

3．3功率放大器及驱动屏蔽设计

3．3．1电压跟随器电路设计

3．3．2电压跟随器电路测试评价

3．4采样电阻测试

3．5本章小结

第4章测试系统软件设计

4．1 LabVIEW软件介绍

4．2测试系统软件整体结构流程

4．3 LabVIEW串口通信程序设计

4．4数据处理程序设计

4．4．1数据采集卡配置

4．4．2数据采集程序设计

4．4．3波形拟合程序设计

4．4．4交流介电参数计算程序

4．5测试系统界面程序设计

4．6本章小结

第5章测试系统搭建及验证

5．1测试系统整合调试

5．1．1测试系统平台搭建

5．1．2阻容并联电路测试

5．2电极系统引线的影响及消除

5．3电力电缆半导电屏蔽料交流介电性能测试

5．3．1测试试样的制备

5．3．2试样实测数据

5．4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及获得成果

致谢