一种电致发光电压传感器

摘要

一种电致发光电压传感器，它包括：芯线电极、电致发光层、高电阻透明导电层、一根或多根具有不同耐压的外电极、带有标记的透明密封层，其特征是：芯线电极表面包裹覆盖有电致发光层，电致发光层外表涂有高电阻透明导电层，高电阻透明导电层与外电极连接，当芯线电极与外电极接入交流电源后，不同电压对应产生不同强度的发光。可以用于电力传输、维修、制造、安装、调试过程中的技术数据显示。

说明书

技术领域

本发明属于电压传感器应用技术领域。

背景技术

电压的检测技术是电力传输、维修、制造、安装、调试过程中的重要技术数据，日常高电压的检测多数是由各类电压传感器完成，现有电压传感器连接通信线路与数据处理后以数值方式提供结果，它们的优点是数据准确、易于汇总，如：基于霍尔原理的电压传感器等。但现有电压测试装置有普遍的不足之处，它们均无法直接简易观察读数，如夜间野外作业，只能借助设备仪表确定电压数值。

本发明使用电致发光技术，检测人员直接根据发光强度视觉判定电压范围，其可以设置在电力设备连接处，能够用于户内外电力设备的电压指示，尤其是在夜晚远距离就可以识别。

电致发光技术又称场致发光技术、冷光技术、EL发光技术等，其是一种高电压工作发光器件，其形态主要分为平面器件、线性器件，本发明利用电致发光线性器件技术原理，其外形与普通电话线相仿，表层为彩色荧光套管，其工作时发光连续无任何热辐射，耗电量较低，具备柔软、可折叠弯曲，随意打结、裁减、拼接等特点，因此可以被人们广泛应用。

现有电致发光线其结构依次主要为: 金属芯电极、绝缘介质层、发光层、透明导电层、缠绕外电极。金属芯电极与缠绕外电极通电则产生发光，这种结构、材料、配方在中国专利 01133342.1、200680032428.8、200410099233.8等已经有明确阐述。但其由于结构与材料问题无法承受超高电压。本发明通过改变形状结构，制备出高压发光传感器器件，可以用于电力传输、维修、制造、安装、调试过程中的技术数据显示。

发明内容

一种电致发光电压传感器，它包括：芯线电极1、电致发光层3、高电阻透明导电层4、一根或多根具有不同耐压的外电极6、带有标记的透明密封层5，其特征是：芯线电极1表面包裹覆盖有电致发光层3，电致发光层3外表涂有高电阻透明导电层5，高电阻透明导电层与多根具有不同耐压的外电极6连接，当芯线电极与外电极接入交流电源后，不同电压对应产生不同强度的发光。

本发明中当外电极是一根时，绝缘层厚度涂敷成阶梯状，不同区域绝缘层厚度不同，形成不同耐压性。当外电极是多根时，每根绝缘层涂敷厚度不同，每根都分别具有不同耐压性。本发明中外电极绝缘层厚度是电压传感器正确反应中重要技术指标。

本发明中芯线电极1是由导电物质构成，导电物质是铝、银、铜、锡、镍、石墨中的一种，芯线电极其形状是圆形或长方型。芯线电极可以是一根或多根组合而成，芯线电极表面可以镀有良好的导电光滑材料电镀层2，尤其是多根组合时导电光滑材料层有利于保持良好导电性，增强附着力。芯线电极也可以根据需要是其它形状，如半圆形、梯形、弧形等，是空心或实心结构。

本发明中电致发光层3是由电致发光材料与粘合剂混合涂敷制成，并具有均匀厚度；粘合剂是环氧树脂、含氟涂料、含硅涂料、聚氨酯、丙烯酸漆中的一种。

本发明中高电阻透明导电层4是由透明导电金属氧化物材料、透明导电高分子材料中的一种制成，其表面电阻应大于1兆欧姆。透明导电金属氧化物材料是纳米氧化铟、氧化锡、氧化锌、氧化钛、氧化锑中的一种或多种混合物；透明导电层是由透明导电金属纳米材料制成，金属纳米材料是银、铜、金、锡、锑中的一种。通常电致发光器件的透明导电层要求电阻越小越好，透明导电层电阻阻值小时，发光延伸性能距离远，电压测量效果过于灵敏，数值误差产生较大。电阻阻值为零时，发光延伸性能距离近，发光亮度低。本发明中表面电阻为1-20兆欧姆时效果较好。

本发明中外电极6、外电极11、外电极12、外电极13是由表面涂有绝缘层的金属导电线构成；金属导电线是铝、银、铜丝中的一种，其可以是一根或多根组合，其形状是圆形或长方型，直径小于芯线电极；绝缘层是由介质材料与粘合剂混合涂敷制成，其具有不同厚度结构，介质材料在高压电场下可以有产生线性电压加载；介质材料是二氧化钛、钛酸钡、钛酸铅、钛酸锶、钛酸铜钙中的一种或多种混合物，粘合剂是环氧树脂、含氟涂料、含硅涂料、聚氨酯、丙烯酸漆中的一种。

本发明中当是一根外电极6时，绝缘层厚度涂敷成阶梯状，绝缘层7、绝缘层8、绝缘层9、绝缘层10的厚度依次递增，不同区域绝缘层厚度不同，形成不同耐压性。当外电极以阶梯状或斜坡状分布，由细逐渐向粗过渡，该分布状态决定发光强度与启亮电压高低，簿启亮电压低，亮度高；厚启亮电压高，亮度低，当电压由低向高快速增加时，发光线则产生移动渐亮效果，绝缘层可以是多层结构。绝缘层可以是多次涂敷不同介质材料的绝缘层，也可以是多种介质材料的混合物组成绝缘层，其产生的效果是提高耐高压电学特性。

本发明中当外电极是多根时，其外电极11、外电极12、外电极13是排列组合形式出现，每根电极表面绝缘层厚度涂敷不同，绝缘层7、绝缘层8、绝缘层9分别形成不同耐压性，不同厚度的绝缘层分布状态决定发光强度与启亮电压高低，绝缘层相对薄时，启亮电压低，亮度高。当电压由低向高快速增加时，发光线则产生移动渐亮效果，绝缘层可以是多层结构。绝缘层可以是多次涂敷不同介质材料的绝缘层，也可以是多种介质材料的混合物组成绝缘层，其产生的效果是提高耐高压电学特性。

本发明中外电极可以使直线放置，也可以使螺旋缠绕，还可以使环状分段设置。

本发明中透明密封层5是PVC、PP、PE、PU、氟碳树脂、硅橡胶中的一种；透明密封层表面字符标记按发光强度对应电压范围值。透明塑料层可是无色透明或彩色透明。

本发明中在芯线电极与多根具有不同耐压的外电极间分别连接交流电源，电压50伏-1000伏时产生发光，发光强度与电压成反比例对应；交流电压是由低到高动态加入时，发光是逐渐延伸形成动态发光。

本发明可以使用光纤传感器连接在发光层外部，实现远距离数值化处理结果。

附图说明

         图1  电致发光电压传感器中一根外电极结构图

               图2  电致发光电压传感器中多根外电极图

图中结构为

1. 芯线电极

2. 电镀层

3. 电致发光层

4. 高电阻透明导电层

5. 透明密封层

6. 一根外电极

7. 绝缘层

8．绝缘层

9．绝缘层

10．绝缘层

11．多根外电极

12．多根外电极

13．多根外电极。

具体实施方式

本发明中芯线电极1是由导电物质构成，导电物质是铝、银、铜、锡、镍、石墨中的一种，铜质材料是性能良好的材料。芯线电极可以是一根或多根组合而成，尤其是多根组合时有利于保持良好导电性，增强附着力。芯线电极也可以根据需要是其它形状，如半圆形、梯形、弧形等，是空心或实心结构，多根绞合的金属导电丝线可以表面先涂敷绝缘层，再规律螺旋绞合形成多芯多路流动发光效果，如3芯、6芯、9芯、12芯等。

本发明中电致发光层3是由电致发光材料与粘合剂混合涂敷制成，并具有均匀厚度；粘合剂是环氧树脂、含氟涂料、含硅涂料、聚氨酯、丙烯酸漆中的一种。电致发光材料与粘合剂的比例关系约1：1，加热干燥或紫外线固化。电致发光材料是由在高压电场下产生发光的材料构成，如硫化锌掺铜为绿色发光，硫化锌掺锰为橙色发光。本发明中电致发光材料层是均匀分布，电致发光材料使用市售产品如：GG44、D502、D570等牌号。

本发明中高电阻透明导电层4是由透明导电金属氧化物材料、透明导电高分子材料中的一种制成，其表面电阻1-20兆欧姆，最佳值5-10兆欧姆。透明导电金属氧化物材料是纳米氧化铟、氧化锡、氧化锌、氧化钛、氧化锑中的一种或多种混合物；透明导电层是由透明导电金属纳米材料制成，金属纳米材料是银、铜、金、锡、锑中的一种。高电阻透明导电层是反映发光灵敏度与电压对印关系的重要指标之一。

外电极是由表面涂有绝缘层的金属导电线构成；金属导电线是铝、银、铜丝中的一种，铜丝是性能良好的材料。其形状是圆形或长方型，直径小于芯线电极；绝缘层是由介质材料与粘合剂混合涂敷制成，介质材料是二氧化钛、钛酸钡、钛酸铅、钛酸锶、钛酸铜钙中的一种或多种混合物，粘合剂是环氧树脂、含氟涂料、含硅涂料、聚氨酯、丙烯酸漆中的一种。介质材料与粘合剂的比例关系约1：1，加热干燥或紫外线固化。介质材料颗粒越小表面越是光滑，如使用纳米的材料。

当是一根外电极6时，绝缘层厚度涂敷成阶梯状，不同区域绝缘层厚度不同，形成不同耐压性。当外电极以阶梯状或斜坡状分布，由细逐渐向粗过渡，该分布状态决定发光强度与启亮电压高低，簿启亮电压低，亮度高；厚启亮电压高，亮度低，当电压由低向高快速增加时，发光线则产生移动渐亮效果，绝缘层可以是多层结构。当外电极是多根时，每根电极表面绝缘层厚度涂敷不同，形成不同耐压性，不同厚度的绝缘层分布状态决定发光强度与启亮电压高低，绝缘层相对薄时，启亮电压低，亮度高。

外电极可以使直线放置，也可以使螺旋缠绕，还可以使环状分段设置。

透明密封层5是PVC、PP、PE、PU、氟碳树脂、硅橡胶中的一种；透明密封层表面字符标记按发光强度对应电压范围值。透明塑料层可是无色透明或彩色透明。本发明中的透明塑料密封层外层可以继续使用抗热、防潮、透明的塑料、玻璃、陶瓷密封，其会延长使用寿命。

在芯线电极与多根具有不同耐压的外电极间分别连接交流电源，电压50伏-1000伏时产生发光，发光强度与电压成反比例对应；交流电压是由低到高动态加入时，发光是逐渐延伸形成动态发光。

本发明优点在于

1）本发明的一种用于高电压测量的发光显示器件，其可以显示交流高压电的大概数植范围，承受110伏到1000伏的高电压及工作状态，其贴在大型变压器连接处，可以在夜晚清新显示变压器工作状态，显示观察距离达到50米，连续使用寿命超过5年。同时也可以制做成便携式检测器件，每米重量只有10克-20克。其可以广泛用于各类型电力设备、电力传输的电压显示与测量，其结构简单、判读直观、使用安全、成本低廉。

2）本发明可以使用控制芯片，控制电压上升幅度与时间，形成动态逐渐增强移动的发光效果，并任意弯折，其可以广泛应用于发光、显示、照明领域，如：发光霓虹广告、安全指示、家用电器、仪器仪表、发光电线、发光服装、闪光玩具等。其通过驱动器可以在DC3V、DC12V、AC220、AC110V中使用。

3）本发明的器件可以不需要电致发光线常用的专用驱动器，其电压与亮度成正比关系，任意长度都能裁剪使用。其可以用于电源连接插座，广泛用于小电气的简易电压显示，其耗电量只有LED指示灯的60%，对节约电能有良好明显效果，并且轻薄安全使用简单。

4）本发明方法优于芯线电极不同厚度的发光层、绝缘层，本发光结构简单于前者，便于批量，并且器件可以长度可以大大提高。

本发明结构简单、发光强度好、动态变化明显、无电磁干扰、色彩组合均优于现有技术与产品。本发明可以应用在电力系统的电压指示器件仪器中，也可以用在在汽车、照明、电器、玩具、服装、模型、广告等领域中，在夜晚产生动态延伸逐渐发光效果。

本发明生产工艺简单，适合规模生产。本发明还可以使用光纤匹配连接光电倍增管、硒光电池、照度剂等仪器数值化数据管理。

实施例

选择芯线电极层是单根铜丝，其形状是圆形。

电致发光层是由电致发光材料D512与环氧树脂粘合剂混合涂敷制成，电致发光材料与粘合剂的比例关系约1：1，加热干燥固化。

透明导电层4是由是纳米氧化铟，电阻为6M欧姆。

外电极是圆形单根铜丝，绝缘层是由介质材料钛酸铅与环氧树脂粘合剂混合涂敷制成；介质材料与粘合剂的比例关系约1：1，加热干燥固化，以阶梯状状分布，由簿逐渐向厚过渡。

透明密封层是硅橡胶，其完全密封透明导电层；透明塑料层表面字符标记按发光强度对应电压范围值。

 在上面针对本发明较好的实施方式作了举例说明后，对本领域的技术人员来说应明白的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，对本发明所作的任何改变和改进都在本发明的范围内。