一种液体电介质载流子迁移率的测试装置及方法与流程

本实发明施例涉及液体电介质测试领域，尤其涉及一种液体电介质载流子迁移率的测试装置及方法。

背景技术：

液体电介质的载流子迁移率是液体电介质重要的电性能参数，现有关于液体电介质载流子迁移率的测量方法已较为成熟，针对液体电介质的载流子迁移率，国内外已经有了相关成熟的测试系统与测试方法。

现有技术中，国内与国际上关于液体电介质载流子测试系统主要采用柱状或平板状三电极，通过向样品施加极性反转电压，极性反转电压法测试示意图与载流子迁移率读取方法如图6所示，其中uc为施加电压，i为电流，在tc时间开始进行电压极性反转操作，ttof为载流子迁移时间。载流子迁移时间为在电压极性发生反转后，电流幅值从过0时刻达到峰值所需时间，最后进行计算得到该种液体载流子的平均迁移率。

现有技术方案主要应用场合是测试液体电介质在低电场强度下的本征载流子的迁移率，测试电压通常较小(小于30v/mm以下)，在低电场强度下，载流子迁移速度慢，时间长，改变电极的时间可以忽略不计。而工程电介质的工作电场强度往往较高，在高电场强度下的测试中，载流子迁移速度快，时间短，极性改变的时间与迁移时间重叠。并且现有技术方案由于在极性反转过程中产生谐波，干扰电流图像，将无法得到载流子的迁移时间，从而无法对载流子的迁移率进行计算。

技术实现要素：

本发明实施例提供的液体电介质载流子迁移率的测试装置及其方法，实现了在高电场强度下测试液体电介质载流子迁移率，更真实反映液体电介质实际工作状态下的电气性能参数。

为达此目的，一方面，本发明实施例提供了一种液体电介质载流子迁移率测试的装置，包括：

直流电源、测试单元、电流计和处理单元；

所述测试单元包括腔体、第一电极、第二电极、紫外光发射器；

所述腔体用于容纳待测试液体电介质；所述第一电极和所述第二电极均固定于所述腔体内，且所述第一电极和所述第二电极相对设置；所述紫外光发射器伸入至所述腔体内，所述紫外光发射器发射的紫外光照射至所述第一电极；所述紫外光发射器与所述处理单元连接；所述第一电极通过所述电流计与所述直流电源的负极连接；所述第二电极与所述直流电源的正极连接，所述电流计与所述处理单元连接；

所述处理单元用于控制所述紫外光发射器发射的紫外光；根据所述电流计的电流信号计算所述待测液体电介质的载流子迁移率。

可选的，所述测试单元还包括保护电极；所述保护电极固定于所述腔体内，且环绕于所述第一电极的周边；所述保护电极接地。

可选的，所述直流电压的电压范围为0.1至40kv。

可选的，该装置还包括保护电阻，所述直流电源的正极通过所述保护电阻与所述第二电极连接。

可选的，该装置还包括恒温箱；

所述腔体位于所述恒温箱内。

可选的，所述恒温箱的温度范围为20℃至90℃。

可选的，所述第一电极和/或所述第二电极通过调节杆固定在所述腔体的腔壁上，所述第一电极和/或所述第二电极与所述腔体的腔壁之间的距离可调，以使所述第一电极与所述第二电极之间的距离可调。

可选的，所述腔体包括照射通道；所述紫外光发射器通过所述照射通道伸入至所述腔体内。

另一方面，本发明实施例还提供了一种液体电介质载流子迁移率测试的方法，包括：

直流电源向第一电极以及第二电极施加测试电压并保持预设时间；

紫外光发射器发射紫外光照射第一电极；

处理单元根据电流计的电流信号计算所述待测液体电介质的载流子迁移率。

可选的，处理单元根据电流计的电流信号计算所述待测液体电介质的载流子迁移率包括：

处理单元根据电流计的电流信号绘制电流曲线。并根据所述电流曲线获取测液体电介质的载流子迁移时间ttof；

处理单元根据如下公式计算所述待测液体电介质的载流子迁移率：

k＝d²/ucttof

其中，k为待测液体电介质的载流子迁移率，ttof为测液体电介质的载流子迁移时间，uc为测试电压，d为第一电极与第二电极的间距。

本发明实施例提供的一种液体电介质载流子迁移率测试的装置及方法，通过处理单元控制紫外光照射在第一电极，激发电子发生迁移，避免了在高电场强度的条件下，应用极性反转的方法造成液体电介质载流子迁移时间读数不准确的问题，实现了真实反映液体电介质在高电场强度工作状态下电气性能参数的目的。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的液体电介质载流子迁移率测试装置示意图。

图2是图1中测试单元的结构示意图。

图3是本发明实施例二提供的一种液体电介质载流子迁移率测试装置示意图。

图4是图3中测试单元的结构示意图。

图5是本发明实施例三提供的液体电介质载流子迁移率测试方法流程图。

图6是现有技术采用电压极性反转法测试液体电介质载流子迁移率示意图。

图7是本发明实施例三中采用紫外光激发方法测试液体电介质载流子迁移率示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的液体电介质载流子迁移率测试装置示意图，图2是图1中测试单元的结构示意图，如图1和图2所示，液体电介质载流子迁移率的测试装置，包括：

直流电源1、测试单元4、电流计5和处理单元6；

测试单元包括腔体17、第一电极9、第二电极10、紫外光发射器16；

腔体17用于容纳待测试液体电介质7；第一电极9和第二电极均10固定于腔体17内，且第一电极9和第二电极10相对设置；紫外光发射器16伸入至腔体17内，紫外光发射器16发射的紫外光照射至第一电极9；紫外光发射器16与处理单元6连接；第一电极9通过电流计5与直流电源1的负极连接；第二电极10与直流电源1的正极连接，电流计5与处理单元6连接。

处理单元6用于控制紫外光发射器16发射的紫外光；根据电流计5的电流信号计算待测液体电介质7的载流子迁移率。

本发明实施例中，通过直流电源1提供测试电压，紫外光发射器16与处理单元6相连，用于以一定频率与波形发射紫外光，当紫外光照射在第一电极时9，激发第一电极产生电子，与第一电极9相连的电流计5采集电流信号，电流计5将电流信号发送给与其相连的处理单元6，处理单元6根据电流信号绘制电流曲线，从而读出载流子迁移的时间，并计算迁移率。本发明实施例提供的液体电介质载流子迁移率测试的装置，相比于现有技术，由于在高电场强度的条件下，载流子迁移的速度非常快，若采用极性反转测试载流子迁移率的方法，则极性反转的时间将会影响载流子迁移时间的读取。故而，本发明实施例通过紫外光照射第一电极9从而激发电子的方法，代替了极性反转测试载流子迁移率的方法，能够测试高电场强度下液体电介质载流子迁移率，解决了液体电介质载流子迁移率在高电场强度的条件下测试不准确的问题。

可选的，电流计5可以选用较高分辨率，能够对pa级别的电信号进行读取的微电流计，进而提高测试精度。

可选的，第一电极9采用高度抛光铝制作。

实施例二

图3为本发明实施例二提供的一种液体电介质载流子迁移率测试装置示意图，图4是图3中测试单元的结构示意图，如图3和图4所示，测试单元4还包括保护电极11；保护电极11固定于腔体17内，且环绕于第一电极9的周边；保护电极11接地。

保护电极11固定在腔体17内部，通过引出线缆14接地。通过保护电极11可以抑制第二电极10外缘由于电场畸变对测试结果造成的影响，提高了测试的准确性。

可选的，直流电源的电压范围为0.1至40kv。

直流电源的电压范围为0.1-40kv，保证了液体电介质载流子迁移率的测试装置既可以测试低电场强度下的液体电介质载流子迁移率也可以测试高电场强度下的液体电介质载流子迁移率。

可选的，液体电介质载流子迁移率的测试装置还包括保护电阻2，直流电源1的正极通过保护电阻2与第二电极10连接。

保护电阻2串联在测试电路中，当液体电介质被击穿时，保护电阻2可以对电流计5起到保护作用，防止电流计5因电流过大而损坏，提高了整个实验的安全性。

可选的，液体电介质载流子迁移率的测试装置还包括恒温箱3，腔体17包括：容器罐体8、绝缘基座12、容器罐盖体13，腔体17位于恒温箱3内。

容器罐体8和绝缘基座12均采用聚四氟乙烯材料制作，对第一电极9起到支撑作用，同时盛放待测液体电介质7。腔体17放置于恒温箱3内，恒温箱3用于控制液体电介质在测试时的温度，能够使液体电介质载流子迁移率的测试装置测试不同温度下的载流子迁移率。

可选的，恒温箱3与处理单元6相连，通过处理单元6控制恒温箱3的温度。

可选的，恒温箱3的温度范围为20℃至90℃。

可选的，第一电极和/或第二电极通过调节杆固定在腔体的腔壁上，第一电极和/或第二电极与腔体的腔壁之间的距离可调，以使第一电极与第二电极之间的距离可调。

例如，参见图4，调节杆18上有螺纹，调节杆18穿过容器罐盖体13并用两个螺母19固定，可通过调节杆18上下伸缩调节第二电极10与第一电极9之间的距离，并通过螺母19固定距离。

图4中示例性的设置第一电极9固定在腔体17的腔壁上，第一电极9与腔体17的腔壁的距离不可调，仅通过调节第二电极10与腔体17的腔壁(容器罐盖体13)之间的距离的方式，进而调节第一电极9和第二电极10之间的距离。在其他实施方式中，还可以仅设置通过调节第一电极9与腔体17的腔壁之间的距离的方式，进而调节第一电极9和第二电极10之间的距离。亦或者同时调节第一电极9与腔体17的腔壁之间的距离，以及调节第二电极10与腔体17的腔壁之间的距离的方式，进而调节第一电极9和第二电极10之间的距离。

通过调整第一电极和第二电极之间的距离，可以测试不同距离下的液体电介质载流子迁移率，准确控制了测试过程中两电极之间的距离，拓展了测试的测试范围，提高了实验准确率。

可选的，腔体17包括照射通道15；紫外光发射器16通过照射通道15伸入至腔体17内。

图4示例性的，将照射通道15置于第一电极9右斜上方，照射通道15设置于第一电极9斜上方保证了紫外光准确的照射在第一电极9上，准确的激发电子发生迁移。

实施例三

图5是本发明实施例三提供的一种液体电介质载流子迁移率测试方法流程图，如图5所示，一种液体电介质载流子迁移率的测试方法，采用如上任一所述的液体电介质载流子迁移率的测试装置，包括：

s101，直流电源向第一电极以及第二电极施加测试电压并保持预设时间。

接通直流电源，可选的预设时间为1min、30min、1h等中任意一种，预先施加一个测试电压并保持预设时间，以使液体电介质中的电流趋于稳定，消除运动电子对测试的影响，提升测试准确性。预设时间可以根据待测试的液体电介质的种类具体设置，本发明实施例不做限定。

s102，紫外光发射器发射紫外光照射第一电极。

经过预设时间后，处理单元施加脉冲信号给紫外光发射器，控制紫外光发射器发射紫外光，紫外光照射到第一电极上，激发电子发生迁移。通过处理单元施加脉冲信号给紫外光发射器，处理单元可以准确的调节紫外光的发射频率和照射时间，提升了测试的可控性。

s103，处理单元根据电流计的电流信号计算待测液体电介质的载流子迁移率。

可选的，处理单元根据电流计的电流信号绘制电流曲线。并根据电流曲线获取待测液体电介质的载流子迁移时间ttof；

处理单元根据如下公式计算待测液体电介质的载流子迁移率：

k＝d²/ucttof

其中，k为待测液体电介质的载流子迁移率，ttof为测液体电介质的载流子迁移时间，uc为测试电压，d为第一电极与第二电极的间距。

图7是本发明实施例三中采用紫外光激发方法测试液体电介质载流子迁移率示意图，如图7所示，uc为测试电压，i为电流，在预压时间过后，电极之间的电流达到稳态值，在tc时刻开始利用紫外光照射第一电极，激发载流子，电流幅值将从稳态上升至一个峰值，最后下降到稳态，迁移时间ttof就为电流幅值从稳态上升到峰值所用的时间，在确定了第一电极和第二电极之间的距离后，根据公式k＝d²/ucttof计算出液体电介质载流子迁移率，通过紫外光激发方法测得的液体电介质载流子迁移率满足了在高电场强度的条件下准确测量的要求，更真实反映液体电介质实际工作状态下的电气性能参数。

可选的，通过控制测试电压以及第一电极和第二电极之间的距离，可以开孔测试液体电介质载流子迁移率选用电场强度的范围，例如电场强度的范围为0.1kv/mm至10kv/mm。在该范围内测试时，测试电流信号较为稳定，第一电极和第二电极对应区域的液体电介质内无明显放电情况。

可选的，在测试前可以进行如下准备工作：

在进行液体电介质载流子迁移率的测试之前，先清洗第一电极，用于清洗第一电极的溶剂至少符合工业纯度要求并贮存在棕色的玻璃瓶里。第一电极上的烃类油和硅油等杂质通常用烃类溶剂清洗，如溶剂汽油、甲苯、石油醚等。

在向腔体内注入待检测液体电介质之前需要对第一电极与整个腔体进行清洗，建议使用挥发性较好的清洁剂进行清洗，在用清洁剂清洗后再用蒸馏水进行清洗，最后放入90℃的鼓风干燥箱中进行干燥，干燥时间1h。

液体介质取样的要求：应按待测试液体电介质的取样方法标准进行，务必保证样品不致污染受潮。

液体介质注入容器的要求：打开腔体的容器罐盖体，沿着腔壁缓慢浇注待测试液体电介质，浇注过程中尽量避免出现气泡，注入待测试液体电介质后，将腔体放入恒温箱中进行控温，待温度到达预设实验温度时，连接线缆，准备测试，在测试时，严格把控测试温度，通过温度传感器监控测试电极附近区域的温度变化趋势，待温度波动小于1k后方可进行测试。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。