低压精密电容器电压系数的测量

摘要

低压精密平板电容器因具有线性度好、稳定度高、容量随电压的变化小等优点而被广泛应用。通常用做相关设备的阻抗、介质损耗等参数的标准测量或校准装置，或用于构成工频高压比例标准装置，为不同等级的电压分压器或设备提供参考标准。 由于电力事业的继续发展，推动更多的测量仪器和设备不断出现和更新而且准确度不断提高，对工频高压比例标准装置的准确度提出了新的要求和挑战。因此进一步提高标准电容分压器的准确度具有重要意义。构成标准电容分压器时，为了减小分压器比例的电压非线性和角差，高压臂一般采用六氟化硫压缩气体高压电容器(100 kV,100 pF)，低压臂采用气体绝缘平行板标准电容器。但是受结构、体积等限制，低压标准平板电容器很难做到大于10nF。因此，作为电容比例的低压臂时，其可能承受1 kV的工作电压。为了评估标准电容分压器的精度，需要准确测量出它的电压依赖性。 为了测量低压平板电容器的电压系数，本文以电容器受电压时的弹性物理模型为分析目标，推导得出电容器电压系数与其上电压的二次函数关系式。以直流偏压法、双频法等电容器电压系数测量的方法为参考，在充分考虑测量准确度和仪器准确度的前提下，提出了适合于低压精密电容器的电压系数测量的2∶1式倍压测量方法（基于该方案电流比较仪高压电容电桥的测量准确度能提高到±1×10-6）。使用双级感应分压器作为标准低压分压器，从理论上分析了大电容负载对感应分压器准确度的影响，提出了相应补偿措施，使其带大电容负载时的准确度达到±1×10-6。然后以AD630等硬件为核心，使用相敏检波和锁相等技术设计了一种用于测量两个电压幅值相同的交流电压相对差值的检测装置。最后采用所设计的方法结合相应仪器完成了10nF和5nF精密平板电容器电压系数的测量，测量不确定度优于1.7×10-6。经过相应的推导和数据处理，得出了两台电容器在0-1000 V电压区间的绝对电压系数曲线方程，验证了理论推导的正确性，提高了标准电容分压器低压臂的准确度。

目录

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摘要

第一章 引言

1．1 课题背景及意义

1．2 国内外研究现状综述

1．3 课题来源及主要研究内容

1．4 本章小结

第二章 平板电容器电压系数原理分析

2．1 平板电容器内部结构

2．2 平板电容器电压系数的产生机理分析

2．2．1 平板电容器电压系数产生原因

2．2．2 平板电容器电压系数产生过程

2．3 平板电容器电压系数理论分析

2．4 本章小结

第三章 测量系统设计与装置校准

3．1 倍压法测量原理

3．1．1 倍压法原理

3．1．2 倍压法测量标准装置

3．2 感应分压器

3．2．1 感应分压器的原理

3．2．2 感应分压器空载校准

3．2．3 感应分压器带特定负载校准

3．3 微差电压比例检测仪设计

3．3．1 微差电压检测仪整体方案

3．3．2 微差电压检测仪系统硬件设计

3．3．3 微差电压检测仪系统软件设计

3．4 电流比较仪特性

3．4．1 电流比较仪原理

3．4．2 电流比较仪高压电容电桥校准

3．5 本章小结

第四章 测量结果与数据处理

4．1 10 nF电容器电压系数测量

4．1．1 10 nF状态分压器与电流比较仪校准

4．1．2 10 nF电容器电压系数测量结果

4．2 5 nF电容器电压系数测量

4．2．1 5 nF状态分压器与电流比较仪校准

4．2．2 5nF电容器测量结果

4．3 数据处理和不确定度评定

4．3．1 数据处理

4．3．2 不确定度评定

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果

致谢