[發(fā)明專(zhuān)利]基于金屬化膜電容器的層間壓強(qiáng)測(cè)量裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910609904.7
• 申請(qǐng)日: 2019-07-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110346073B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-03-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾創(chuàng);李銳鵬;成勇
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安西電電氣研究院有限責(zé)任公司;中國(guó)西電電氣股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01L1/22
• 分類(lèi)號(hào): G01L1/22
• 代理公司: 北京三友知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11127
• 代理人: 王濤;任默聞

本發(fā)明提供了一種基于金屬化膜電容器的層間壓強(qiáng)測(cè)量裝置及方法，該裝置包括：金屬化膜電容器、第一應(yīng)變片、第二應(yīng)變片、第三應(yīng)變片及第四應(yīng)變片、靜態(tài)程控應(yīng)變儀及處理器；其中：第一應(yīng)變片及第二應(yīng)變片相互連接，且均設(shè)置于金屬化膜電容器的芯軸上；第一應(yīng)變片的靈敏方向與第二應(yīng)變片的靈敏方向相互垂直，第一應(yīng)變片的靈敏方向與芯軸的軸向平行；第三應(yīng)變片及第四應(yīng)變片設(shè)置在靜態(tài)程控應(yīng)變儀內(nèi)。相比現(xiàn)有的測(cè)量裝置和方法，本發(fā)明簡(jiǎn)化了測(cè)量系統(tǒng)并減少了應(yīng)變片使用量，并且提高了測(cè)量精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及壓強(qiáng)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于金屬化膜電容器的層間壓強(qiáng)測(cè)量裝置及方法。

背景技術(shù)

金屬化膜電容器的儲(chǔ)能密度相比傳統(tǒng)油浸式電容器高得多，使用金屬膜電容器能在有限的體積和重量?jī)?nèi)實(shí)現(xiàn)比油浸式電容器大得多的電場(chǎng)能量存儲(chǔ)，或者在儲(chǔ)能相當(dāng)?shù)那闆r下具有更緊湊的體積和更輕的重量，在輸配電、脈沖功率等應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊，在相當(dāng)一部分應(yīng)用場(chǎng)景下已經(jīng)開(kāi)始取代傳統(tǒng)油浸式電容器，因此各電容器生產(chǎn)廠家均十分重視高性能金屬化膜電容器的研發(fā)。金屬化膜電容器通常根據(jù)所耐受電壓等級(jí)和電容量值的不同，由若干電容器元件串并聯(lián)后裝入外殼構(gòu)成，因此金屬化膜電容器的性能很大程度上取決于所使用的電容器元件的性能。電容器元件的基本結(jié)構(gòu)和卷繞制作過(guò)程如圖1及圖2所示(圖1中1指金屬化膜電容器元件的留邊)。

將厚度通常為數(shù)μm的具有單面(厚度通常為數(shù)nm至數(shù)十nm)鋁-鋅鍍層作為電極的兩層聚合物金屬化膜相疊，然后圍繞直徑數(shù)mm、長(zhǎng)度數(shù)cm的硬質(zhì)塑料空心圓柱棒卷繞數(shù)百至數(shù)千層，并經(jīng)噴金、焊接引線、熱定型、浸漬等工藝工序后封裝在塑料殼體中，即得到一個(gè)完整的金屬化膜電容器元件。

當(dāng)電容器上施加一定電壓后，金屬化膜介質(zhì)中的電弱點(diǎn)發(fā)生擊穿，形成放電通道并產(chǎn)生局部高溫，使擊穿點(diǎn)附近的鍍層電極物質(zhì)蒸發(fā)，進(jìn)而導(dǎo)電通道電阻增大，放電無(wú)法維持，絕緣即自行恢復(fù)。參見(jiàn)圖3(圖3中2為金屬化電極，3為去金屬化部位)，這一過(guò)程稱(chēng)為金屬化膜電容器的自愈，對(duì)電容器的性能有重要影響。

自愈過(guò)程中釋放的能量大小和放電持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短對(duì)于蒸發(fā)的電極面積大小和擊穿點(diǎn)附近介質(zhì)破壞程度、釋放的反應(yīng)物的性質(zhì)和數(shù)量均有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，進(jìn)而影響到電容器元件乃至整個(gè)電容器的壽命和儲(chǔ)能密度等關(guān)鍵性能指標(biāo)。而金屬膜層間的壓強(qiáng)大小對(duì)自愈過(guò)程中釋放的能量大小和放電持續(xù)時(shí)間又有著明顯的關(guān)聯(lián)，因此金屬膜層間壓強(qiáng)的大小對(duì)于電容器的性能有重要影響，在對(duì)電容器進(jìn)行設(shè)計(jì)、工藝改進(jìn)甚至可靠性等品質(zhì)控制的過(guò)程中，確切地了解各種情況下的金屬膜層間壓強(qiáng)值具有重要的指導(dǎo)意義。該層間壓強(qiáng)值無(wú)法通過(guò)精確計(jì)算得到，必須進(jìn)行實(shí)際測(cè)量才能確知。

金屬化膜電容器的元件由金屬化膜卷繞而成，金屬化膜與金屬化膜之間緊密相貼且互相壓實(shí)，且一次測(cè)量需兼顧數(shù)十個(gè)測(cè)量位置。若通過(guò)傳感器直接介入金屬化膜之間測(cè)量層間壓強(qiáng)，則每個(gè)測(cè)量點(diǎn)都需要預(yù)埋傳感器，大大增加制作元件的復(fù)雜度，且預(yù)埋多個(gè)傳感器元件則傳感器元件自身的幾何尺寸難免會(huì)影響到整個(gè)元件中金屬化膜之間的應(yīng)力分布，因此難以奏效。而非介入式的聲學(xué)、電磁學(xué)或光學(xué)測(cè)量手段等，即便能夠有效測(cè)量，儀器成本和測(cè)量系統(tǒng)的復(fù)雜度等代價(jià)也會(huì)較高，同樣不便采用。因此，較好的方法只有間接方式的力學(xué)傳感器測(cè)量法。

現(xiàn)有技術(shù)方案中，采用測(cè)量應(yīng)變片的電阻變化量以間接測(cè)量金屬膜層間壓強(qiáng)的方法未將一些重要誤差特性考慮在內(nèi)，導(dǎo)致現(xiàn)有方案整體存在2個(gè)方面的重要缺陷。

缺陷1：箔式電阻應(yīng)變片是通過(guò)金屬絲在應(yīng)力作用下的形變特性所導(dǎo)致的電阻變化來(lái)反映基底所粘附的物體的形狀變化的一種應(yīng)變傳感器。金屬絲在受到外力作用發(fā)生形變時(shí)，由于橫截面積和電阻率發(fā)生相應(yīng)變化，因此金屬絲的總電阻也相應(yīng)變化，其電阻變化與形變量的關(guān)系為：

Δr/r＝Kε