Tytuł artykułu
Autorzy
Wybrane pełne teksty z tego czasopisma
Identyfikatory
Warianty tytułu
Space charge in solid dielectrics. Analysis of measurement methods and investigations
Języki publikacji
Abstrakty
Omówiono zagadnienia związane z pomiarem rozkładu ładunku przestrzennego w dielektrykach stałych. Przedstawiono destrukcyjne i niedestrukcyjne metody pomiarów. Opisano zalety i wady metod niedestrukcyjnych: cieplnych i akustycznych. Szczegółowo zanalizowano metody akustyczne: propagacji fali akustycznej (PWP) i elektrycznie stymulowanej fali ciśnienia (ESAW). Wyznaczono naprężenia mechaniczne w dielektryku aktywnym wywołane przyłożonym nanosekundowym impulsem napięcia. Uwzględniono siły działające na ładunki swobodne i polaryzacyjne. Zaprezentowano mechanizm generacji i propagacji fal ciśnienia wzdłuż toru pomiarowego. Do generacji impulsowych fal ciśnieniowych w metodzie PWP zastosowano materiały piezoelektryczne. Detektorami fal akustycznych w metodzie ESAW były także piezoelementy. Eksperymentalnie określono przydatność różnych rodzajów materiałów piezoelektrycznych do kształtowania nanosekundowych impulsów ciśnienia. Wyznaczono związki między falami odkształcenia, ładunkiem przestrzennym i sygnałem indukowanym w próbce w metodzie PWP. Analogiczne zależności pomiędzy impulsami napięcia podanymi do próbki z ładunkiem przestrzennym i sygnałem indukowanym w detektorze wyznaczono dla metody ESAW. Opisano opracowane układy pomiarowe i sposób prawidłowego doboru elementów. Określono wpływ elementów pomiarowych na zakłócenia i niepewności wyników badań. Przedstawiono metody obróbki wyników badań i kalibrację sygnałów do otrzymania rozkładów ładunku przestrzennego, natężenia pola i potencjału.
Theoretical and experimental investigations into problems connected with measurements of space charge distribution in solid dielectrics have been presented in this book. The destructive and nondestructive measuring methods are described. The advantage and disadvantages of nondestructive, both thermal and acoustic, methods have been discussed. The two acoustic methods: pressure wave propagation (PWP) ad electrically stimulated acoustic waves (ESAW) have been analyzed in detail. Mechanical forces in active dielectric generated by nanosecond pulse voltage have been calculated. Forces acting on free as well as on polarizing charges have been considered. The mechanism for generating and propagating pressure waves along the acoustic path has been discussed. The piezoelectric materials have been used for excitation of pulsed pressure waves. The usefulness of various kinds of piezoelectric materials to form nanosecond pressure pulses has been determined experimentally. Relations between pressure pulses applied to a sample, space charge distribution and electric signal induced in the sample have been established for the PWP method. Similar relations between voltage pulses applied to charged sample and electric signal induced in detector have obtained for the ESAW method. Theoretical results have been verified experimentally by measurements of space charge distribution in insulating materials, electrets and piezoelectrics. Various modifications of PWP and ESAW methods have been applied. Bipolar and monopolar pressure pulse, pressure step and linear pressure rise were applied to samples as modifications of PWP method. The pulse, step and linear voltage rise were applied to samples as modifications of ESAW method. Thick and thin, in acoustic sense, piezoelectric transducers were used in ESAW method to detect acoustic signals. The experimental results show that PWP and ESAW methods give similar information on electric state of dielectric. Free and polarization charges cannot be evaluated separately. For reason of safety of the detection circuit and due to higher noises observed in the case of the PWP method, when sample is under high voltage, the ESAW method appears to be preferable. The space charge distribution measuring systems, as well as manner of adequate choice of making particular elements have been described. The influence of these elements on distortions of signals, noises and uncertainties of results is specified. The methods of signal processing applied to experimental results and signal calibration to obtain distributions of space charge electric field and potential are presented. The results of the present work contribute to an understanding of the generation and detection of nanosecond pulsed acoustic waves in dielectrics with different kinds of polarization and space charges. The modern acoustic methods - due to their nondestructive character and speed - are applied in diagnostics of dielectrics. They are important from technological point of view as tools for evaluation of the electric state of a system where stresses are generated. This especially concerns such industries as: cables, electro insulating materials, modern active dielectrics and transducers.
Słowa kluczowe
Rocznik
Tom
Strony
5--192
Opis fizyczny
bibliogr. 146 poz.
Twórcy
autor
- Instytut Podstaw Elektrotechniki i Elektrotechnologii Politechniki Wrocławskiej, pl. Grunwaldzki 13, 50-377 Wrocław
Bibliografia
Typ dokumentu
Bibliografia
Identyfikator YADDA
bwmeta1.element.baztech-article-BPW1-0011-0001
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.