[发明专利]一种高电场下材料的变温电滞回线测试夹具及测试方法

说明书

本发明涉及一种高电场下材料的变温电滞回线测试夹具及测试方法，该夹具包括：变温恒温器；设于变温恒温器上且容纳有液体绝缘介质的样品槽，制备有上电极和下电极的陶瓷试样浸没于液体绝缘介质中；在样品槽内位于陶瓷试样下方且浸没于液体绝缘介质中的金属导电层；容纳变温恒温器和样品槽的真空腔，真空腔上设有第一高压接口和第二高压接口；第一高压接口的输出端与上电极相连，第一高压接口的输入端与电滞回线测量仪的高压端相连；第二高压接口的输入端与金属导电层的引出端相连，第二高压接口的输出端与电滞回线测量仪的电流测试端相连。本发明既可施加高电场实现非线性介质材料加载高电场时的电滞回线测量，又可在施加高电场同时实现变温测量。

技术领域

本发明属于电介质材料的电学性能参数测试技术领域，具体地，涉及电介质材料电滞回线的测试，尤其涉及非线性介质材料在高电场下的变温电滞回线测试夹具及测试方法。

背景技术

随着核物理技术、电子束、加速器、激光聚变等的不断发展，脉冲功率技术在国防、高新技术、民用等领域均得到广泛应用，其中储能系统是脉冲功率装置中的重要组成部分。电容器具有能量释放速度快、输出功率大、组合灵活、技术成熟、价格低廉等优点，是目前应用最广泛的储能元件。用作脉冲电容器的介质材料分线性电介质和非线性电介质两类，由于非线性介质材料的介电常数随电场呈非线性变化，因此无法用小电场下的介电常数表征材料的储能特性。储能密度是衡量脉冲电容器的关键指标。

非线性电介质材料储能密度W可表示为其中，E为施加的电场强度，P为极化强度，P_m为最大极化强度，P_r为剩余极化强度，由此可见，材料的耐电强度越高，材料的储能密度就越高。众所周知，电滞回线是表征极化强度P和电场强度E对应关系的一种测量手段，因此需要一种高电场下材料的电滞回线测试方法，即可得到非线性介质材料的储能密度。对于脉冲电容器用非线性介质材料的工程应用，储能密度的温度稳定性评估至关重要，因此对于电滞回线的测量不仅需要能够施加足够高的电场，同时还需要实现在变温条件下的测试。

陶瓷材料电滞回线测试方法通常采用GB/T 6426-1999《铁电陶瓷材料电滞回线的准静态测试方法》，标准中规定试样为未极化的薄片，厚度不大于1mm，两主表面全部被敷上金属层作为电极。目前是直接通过电滞回线测量仪测量待测材料。脉冲电容器用非线性介质材料的工作电场较高，在几十kV/mm左右，甚至更高，测量电滞回线时施加的电场强度至少要大于工作电场，因此需加载的场强也要达到几十kV/mm，相应测试电压也需达到几千伏(目前电滞回线测量仪的最高加载电压受高压电源或高压放大器的限制通常为10kV)。

采用GB/T 6426-1999标准规定的方法，测试高电场下材料的电滞回线测试，试样会出现边缘击穿而导致无法施加几十kV/mm高电场。对于变温，尤其是低温电滞回线测量，由于低温试样容易吸潮、结霜，漏电流增加，使施加高电场变得更加困难，目前没有可用的低温、高压测试夹具和测试方法。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种高电场下材料的变温电滞回线测试夹具及测试方法，一方面有利于研究非线性介质材料极化随温度和电场的演变规律，另一方面可以获取材料不同温度储能密度等性能参数，具有重要的学术意义和工程应用价值。

为解决上述技术问题，本发明所提供的一种高电场下材料的变温电滞回线测试夹具，包括：变温恒温器；设于所述变温恒温器上且容纳有液体绝缘介质的样品槽，制备有上电极和下电极的陶瓷试样浸没于所述液体绝缘介质中；在所述样品槽内位于所述陶瓷试样下方且浸没于所述液体绝缘介质中的金属导电层；容纳所述变温恒温器和样品槽的真空腔，所述真空腔上设有第一高压接口和第二高压接口；所述第一高压接口的输入端与电滞回线测量仪的高压端相连，所述第一高压接口的输出端与所述上电极相连；所述第二高压接口的输入端与所述金属导电层的引出端相连，所述第二高压接口的输出端与所述电滞回线测量仪的电流测试端相连。