[发明专利]含有热驱动保护电极的电场下绝缘材料稳态导热测试系统

说明书

本发明涉及绝缘测试技术领域，公开了一种含有热驱动保护电极的电场下绝缘材料稳态导热测试系统，其特征在于，本发明通过在传统电极外侧加装热驱动保护电极的布置方式隔绝了电极热流的径向传递，热流方向仅为主加热电极轴向；通过轴对称以及中间对称的结构设计，热流功率在传递待测试样过程中未与空气进行热交换，轴向热流传递完全被绝缘材料试样吸收；通过计算主加热器有效加热功率即可获取稳态下待测试样的热流功率，功率测量方法简单有效；在电极带电条件下测量试样两面温差、加热功率以及试样厚度，实现了不同温度、不同外加电场下的固体绝缘材料热导率的精确测量，解决了传统热导率测试方法与绝缘材料工况不符的问题。

技术领域

本发明涉及一种含有热驱动保护电极的电场下固体绝缘材料热导率测试系统，属于绝缘测试技术领域。

背景技术

电气领域中无论是电力设备还是电子产品，都离不开电子器件的散热问题。聚合物材料优异的绝缘性能以及良好的加工性受到人们广泛重视并应用于现代工业领域，但聚合物绝缘材料的低热导率大大限制了其应用范围。因此为满足电气绝缘领域的进一步发展需求，高导热聚合物绝缘材料成为研究热点。

热导率的测量方法一般分为稳态法和非稳态法。稳态法指的是实验中待测试样上温度分布达到稳定后进行测量,基于傅里叶定律结合稳态的导热微分方程,直接计算热导率。对于各向同性的连续均匀介质来说，在稳态条件下满足傅里叶定律：q＝λgradT。式中：q为热流密度(W/m²)；λ为热导率W/(m·K)；gradT为温度梯度(K/m)。其特点是实验公式简单,实验时间长,需要直接或者间接测量导热量和若干点的温度。常用的稳态热导率测试方法有热流计法和护热板法。非稳态法指的是实验测量过程中试样温度随时间变化的,其分析的出发点是非稳态导热微分方程。测量原理是对处于热平衡状态的试样施加某种热干扰,同时测量试样对热干扰响应随时间的变化,然后根据响应曲线确定试样材料参数数值。国际上主流的材料热物理性能接触式非稳态测量方法有以下几种:热线法、热探针法、热带法、脉冲平面热源法、阶跃平面热源法及热盘法。

上述常规热力学测试过程中在无外加电场条件下测试绝缘材料的导热性能，与绝缘材料工况严重不符。电力领域中固体绝缘材料在实际使用过程中处于高场强环境，其产生的电热效应对材料热导率存在影响，常规热导率测试不能反映绝缘材料在实际应用过程中的真实热导率。同时材料热导率确定了稳态下绝缘材料内部温度梯度分布，直流高压条件下绝缘内部温度梯度分布决定了绝缘材料的非线性电导特性，。若加电场具备调控绝缘材料热导率的功能，其将在不改变绝缘材料原子结构、不影响绝缘材料电绝缘性能下提高材料的导热性能。而目前关于电场调控绝缘材料热导率这一课题还缺乏可靠的测试系统，本发明将提供一种测试方法，实现电场下固体绝缘材料热导率和电导率的联合测试。

发明内容

为了克服现有测试方法的不足，本发明提供一种有热驱动保护电极的电场作用下绝缘材料导热测试系统。该测试系统应设计合理的直流电源，在固体绝缘材料两侧提供外加电场且提供加热能量。为高精度快速响应的温度传感器的安装提供有效方案，实现实时测量固态绝缘材料试样两侧温度数据以及流经试样的导热热通量进而获取材料热导率。为测试电极提供有效抑制热流向空间散热的方案，强制导热热通量经由绝缘材料试样进行热传导。亦需要综合考虑高电压测试情况下的电气隔离设计，充分考虑实验人员的操作安全性。

本发明采用的技术方案为：一种热驱动保护电极的电场作用下绝缘材料稳态导热测试系统，在传统电极外引入热驱动保护电极，基于稳态导热测量原理测量固体绝缘材料电场下热传导参数。它包括电源模块、电极模块、程控模块、测量模块、冷却模块。

所述电源模块主要功能是为测试装置提供激励，激励形式为高压直流或高压交流。其次为电极模块、热驱动保护模块供能，供能形式为24V/5V直流电压源。