电容-电压测量技术、技巧与陷阱

电容-电压测量技术、技巧与陷阱(上)

在“半导体C-V测量基本原理(存档视频：https://www.360docs.net/doc/2c12544654.html,/promo/ws/114)”一文中，我曾谈到，电容-电压(C-V)测试长期以来被用于判断多种不同器件和结构的各种半导体参数，适用范围包括MOSCAP、MOSFET、双极结型晶体管和JFET、III-V族化合物器件、光伏(太阳能)电池、MEMS器件、有机薄膜晶体管(TFT)显示器、光电二极管和碳纳米管等等。研发实验室广泛利用C-V测量技术评测新材料、工艺、器件和电路。负责产品和良率增强的工程技术人员利用它们优化工艺和器件性能。可靠性工程师利用这类测量技术对供货商的材料进行资格检验，监测工艺参数，分析失效机理。毋庸置疑，它们是半导体特征分析与测试的基础。

本文讨论如何针对特定的应用选择最合适类型的C-V测量仪器，并探讨某些C-V测试的典型功能和参数提取限制、连接探针台以及校正探针尖的技巧。半导体C-V测试目前可以采用三种不同的电容测量技术：常用的交流阻抗电容计、准静态电容测量以及射频技术(采用矢量网络分析仪和射频探测器)。下面简要介绍每一种电容测量技术。

交流阻抗电容计

交流阻抗表，也称为LCR表(电感L、电容C、电阻R)，它利用一个自动平衡电桥保持电容的检测端交流假接地，从而测量复阻抗。

这类电表的通常频率范围为1kHz到10MHz，其工作原理(图1)相对简单。它通过在高电流输出端(HCUR)施加一个交流电压来测量交流阻抗。通过低电流端(LCUR)测量流过器件的电流，通过高低电位端(HPOT和LPOT)测量器件上的电压降。电压和电流的测量采用了能精确判断二者之间相位角的锁相方式。通过测量幅值和相位角，就可以计算出任意所需的交流阻抗参数。

图1：交流阻抗表。

图2：基本的交流阻抗参数。

Z、θ ——阻抗与相位角

R+jX ——电阻与电抗

Cp-Gp ——并联电容和电导=相位角

Cs-Rs ——串联电容和电阻

Cp-D ——并联电容和耗散因子

Cs-D ——串联电容和耗散因子

为要得到基本交流阻抗参数就必须测量阻抗的幅值(在图2中表示为“Z”)，此外还需要测量电流和电压之间的相位角(θ)。因此，在极坐标方式下，这一阻抗就是相角为θ的Z。还可以从数学上将其转化为直角坐标的形式，即表示为R+jX，其中R是实数部分，即同相阻抗矢量；jX是虚数部分，即相位阻抗矢量偏转90°，它也是电容矢量。我们甚至可以从数学上将极坐标和直角坐标形式转化为实际的电容和电阻值。

有两种常用的交流阻抗模型：并联模型和串联模型。在并联模型中，结果表示为并联电容(C p)和并联电导(Gp)。在串联模型中，结果表示为串联电容(Cs)和串联电阻(Rs)。耗散因子(D)，即实阻抗与虚阻抗的比值，是从数学上推导出的另外一个常用参数。当测量晶圆上的电容时，我们通常要看耗散因子，因为它是判断最终C-V测量质量的最佳指标。无论采用哪种交流阻抗模型，耗散因子都很容易计算出来。

基于数字源表的准静态电容测量

在准静态电容测量中，我们通过测量电流和电荷来计算电容值。这种“斜率”方法使用简单，但是它的频率范围有限(1～10Hz)，因而只能用于一些特殊情况。

斜率测量方法只需要使用两台数字源表(SMU)。通过第一台SMU将一个恒定电流加载到待测器件(DUT)的一个节点上。这台SMU还负责测量该节点上的电压和时间。与此同时，第

二台SMU测量DUT另一个节点输出的电流，然后可以利用下列公式计算出电容：

I=C*dV/dt或者C=I/(dV/dt)

这种方法通常可用于测量大小为100～400pF斜率为0.1～1V/S的电容。

利用射频技术测量电容

传输线的电容测量通常采用射频技术，其中利用矢量网络分析仪测量散射参数(S参数)，即入射波的反射和传输系数。尽管射频C-V测量问题已超出本文的范围，笔者还是给出了一些有关这类测量技术的相关参考资料[1][2][3]。

C-V测量方法与应用的匹配

交流阻抗技术是最常用的电容测量技术，最适合于一般的低功率门电路，也适用于大多数测试结构和大多数探针，其优势在于所需的设备相对便宜，大多数电子实验室都可以直接找到。但是，它也有一些缺点，例如它的校正方法不如射频测量中使用的校正方法那样精确。另外一个明显的缺点是要求交流阻抗的测试频率必须接近DUT的工作频率，否则必须内插一些测量结果。

图3：准静态C-V“斜率”测量方法。

尽管准静态C-V是最所有测量方法中成本最低，只使用一对SMU，但是它适用的范围有限，包括低漏流高k材料、有机器件或显示器领域。不幸的是，在准静态C-V测量中，测量误差很容易破坏测量结果，尤其对于具有少量漏流器件的特征分析是不准确的。

射频C-V测量是超薄栅、漏电电介质特征分析的最佳选择，它还适用于射频器件的建模。射频探针的矫正方法很容易理解和实现。射频方法的不足之处在于它需要非常昂贵的设备、测试结构和射频探针。此外，它只适用于特征阻抗为50欧姆左右的传输线。如果器件阻抗并不是十分接近50欧姆，这种方法就不准确了。对于某些应用和用户而言，射频测量的配置和分析过程可能太复杂，在这些情况下，经典的交流阻抗测量方法可能更适合。

C-V参数提取的局限性

在探讨C-V测试系统的配置方法之前，了解半导体C-V测量技术的局限性很重要。这些限制有：电容从<10fF到1uF法；电阻从<0.1欧姆到100M欧姆；小电感从<1nH到10mH。

栅介质：可以提取的等价栅氧厚度范围从不到10纳米到几百纳米；可以检测出的电介质玷污浓度从每平方厘米5e9个离子到约1e13个离子，界面阱范围从约1e10/cm2到1e13/cm2电荷左右(取决于器件结构)。现代仪器和探针台的超低电容测量功能能够测量更厚的叠层电介质。

MOS掺杂：可以提取MOSFET的掺杂分布情况，灵敏度范围从约1e14/cm3到1e18/cm3，掺杂深度从0.01μm到10μm。少数载流子寿命从1μs到10ms，可从C-V测量中测得10μs的寿命时间。

PN和肖特基结掺杂：可在0.1μm到100μm的深度范围内测出约1e13/cm3到1e18/cm3的二极管载流子浓度。

FET和BJT建模参数：除了测量器件和材料特性之外，C-V测试还可进行直接测量用于构建FET和BJT晶体管中的参数。

特别要注意很多因素都会影响这些参数提取范围，例如最大电压值、器件尺寸和栅氧厚度。幸运的是，有很多文献能帮助广大研究人员和工程师判断所需的测量范围是否与现在的C-V测量技术很好地匹配[4][5][6]。

连接与校正

尽管很多C-V测量技术本身相对简单，但是以一种能够确保测量质量的方式实现C-V测试仪与探针台的连接却不是那么简单。目前探针台使用的机械手和探针卡多种多样，当试图在一个探针台上同时支持I-V、C-V和脉冲式或超快I-V测量时，它们就会带来一些实际的问题。当进行I-V、C-V或超快I-V测量时，测量结果的质量与线缆的品质和所采用的探针台配置直接相关。

直流I-V测量最好采用低噪声同轴线缆和远程探测线。C-V测量需要使用具有远程探测线的同轴线缆，而且线缆长度要控制的非常精确。超快I-V测试需要50欧姆的同轴线缆，但是远程探测线却给超快I-V测试带来了阻抗失配的问题。射频C-V测量需要使用特殊的射频线缆和“地-信号-地”结构的探针以及校准基座。但不幸的是，这些接线方法与其它方法都不兼容。

通过吉时利实验室中的实验，我们选择了American Probe & Technologies公司提供的探头配置(73系列或74系列)(如图4所示)。它的优势在于大多数探针台供货商都有供货。这种特制的探头是同轴的，带有一个开氏连接，其主体和屏蔽层都是浮空的，因此可用作I-V 测量的驱动保护，或者通过跳接实现C-V和超快I-V测量的短接地路径。这类探针上的接头称为SSMC。

图4：American Probe & Technologies的探头配置。

有三类线缆可用于实现与这类探针的高品质连接：SSMC到三轴线缆连接适用于直流I-V测量和一般性应用(直接或间接连接)；SSMC到同轴线缆连接可用于C-V或超快I-V测试(间接连接)；而更特殊的SSMC到SMA线缆连接能够实现最佳的C-V测量性能，尤其是在较高频率下(直接连接)。图4给出了进行C-V测量的双探针配置方案。每个探针连接了一对同轴线缆，实现远程开氏检测连接。请注意两个探头体之间的跳线很短，这种跳线确保了探针之间具有良好的接地连接，这对高频测量很重要。

好的C-V测量取决于接地跳线的质量。随着频率的提高，好的接地跳线变得愈发重要。探头体必须跳接在一起，因为同轴线缆的屏蔽层实际上是C-V测试系统测量通路的一部分。如果屏蔽层没有靠近连接在一起，就会形成一个很大的回路，从而在测量通路中直接产生较大的电感，给电容测量带来很大的误差。

当有人想要采用与C-V测量系统相同的探针和线缆系统配置进行直流I-V测量时，按这种方式(如图5所示)跳接探针体的缺点就显而易见了。对于好的直流I-V测量，探针体必须浮动在保护电位上，这意味着当从C-V转换为I-V测试时，必须去掉这个跳线。如果探针台频繁在I-V和C-V测试之间转换，那么你很快就会发现去掉和重新放置这个跳线是一个非常费力费时的过程。

图5：跳接同轴线屏蔽层示意图。

吉时利研究出了一种新的接线技术(如图6所示)，能减少在I-V、C-V和超快I-V测试之间转换所需的重新连线时间。这种技术采用一种特殊的三轴线缆直接连接探头，但内部屏蔽层保持浮空或者与C-V同轴屏蔽层绝缘。这实际上是将外部屏蔽层跳接在了一起，保持内部屏蔽层浮空为直流I-V的驱动保护。这种三轴接头实现了一种简便而直接的与直流I-V三轴输

出端的连接方式。C-V输出从同轴转换为三轴，保护端仍然断开，从而同一条线缆很容易从直流I-V转换到C-V测试端。这种特制的三轴线缆具有100欧姆的匹配阻抗，因此同样的线缆可以采用T型连接方式连接在一起，直接与超快I-V测试仪器连接。这种配置使得屏蔽层跳线始终保持连接，能够快速而简便地实现直流I-V、C-V和超快I-V测试之间的转换。

图6：新方法简化了I-V、C-V和超快I-V测试连接配置。

刊登在下一期的《电容-电压(C-V)测量技术、技巧与陷阱(下)》，将讨论识别和校正典型C-V测试误差的方法，敬请关注。

作者：

Lee Stauffer

高级工程师

吉时利仪器公司

参考文献

[ ] A. Nakara, N. Ya suda, H. Satake, A. Toriumi, “Limitations of the Two-frequency Capacitance Measurement Technique Applied to Ultra-Thin Si02 Gate Oxides,” in Pr oc. IEEE 2001 Conference on Microelectronic Test Structures, Vol. 14, March 2001.

[2] G. Gonzalez, Microwave Transistor Amplifiers: Analysis and Design, 2nd edition, Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, 1996.

[3] J. Schmitz et.al., “Test structure design considerations for RF-CV measurements on leaky dielectrics,” IEEE Transactions on Semiconductor Manufacturing, V ol. 17, No. 2, May 2004.

[4] D.K. Schroder, Semiconductor Material and Device Characterization, 3rd edition, New York; Wiley-IEEE Press, 2006.

[5] E.H. Nicollian and J.R. Brews, MOS Physics and Technology, 1st edition, New York; Wiley-Interscience, 1982.

[6] S.M. Sze and K.K. Ng, Physics of Semiconductor Devices, 3rd edition, New Yor k: Wiley-Interscience, 2006.

电容-电压测量技术、技巧与陷阱(下)

作者：Lee Stauffer

高级工程师

吉时利仪器公司

刊登在上一期的《电容-电压(C-V)测量技术与技巧(上)》，讨论了如何针对特定的应用选择最合适类型的C-V测量仪器，并探讨某些C-V测试的典型功能和参数提取限制、连接探针台以及校正探针尖的技巧。这里将探讨识别和校正典型C-V测试误差的方法。

常见C-V测量误差

偏移和增益误差(如图7所示)是C-V测量中最常见的误差。X轴以对数标度的方式给出了电容的真实值，大小范围从皮法到纳法。Y轴表示系统实际测量的值，包含测量误差。如果测量系统是理想的，那么所测出的值将与真实值完全匹配，可以画成一条具有45度角的直线，如图7中黑色的线所示。实际上，增益和偏移误差(蓝线和红线)总会存在因此必须进行校正。

图7. 电容测量中的增益和偏移误差

由于坐标轴是对数形式的，所以蓝线所示的偏移误差就表示小电容上的小误差以及大电容上的大误差。由于偏移误差变化大，校正这种误差必须注意两个方面。当测量很小的电容(<10pF)，即大阻抗时，最好的校正方法是“开路校正”。当测量较大的电容(高达10nF)，即小阻抗时，最好采用“短路校正”。图7 中还给出了增益误差，以红线所示。增益误差的变化取决于所测电容的大小，它们相比偏移误差更难以校正。“负载校正”是校正增益误差的一种方法。进行负载校正时需要连接一个已知的标准负载壁并测量它，然后计算比值使得测量的值与已知的负载相匹配。负载校正的局限性在于，当负载大小接近于待测器件时，它的效果最好。例如，如果想测量10MHz 下的一个5pF 电容，这表示负载约为3 千欧姆，那么校正这一测量就需要找到3 千欧姆的标准负载。如果待测器件的尺寸变化很大(通常就是如此)，这样做就不切实际了，因此负载校正方法实际上不适用于一般的实验室应用。

图8：交流阻抗测试系统的简化模型、

开路、短路和负载校正实际上是在干什么？图8 给出了一个交流阻抗测试系统的简化模型，其中添加了集总元件表示开路、短路和负载误差项。测量系统的所有组成部分——所有线缆、所有探针和所有卡盘——已集总在一起，表示为Z 开路(开路阻抗误差)、Z 短路(短路电路阻抗误差)和Z 负载(负载校正组件)。在这个测试系统上进行校正的第一步是在探针之间形成短路，通常做法是将两个探针头放在同一个接触点(pad)上，然后用电容计测量电容值，并将其保存为剩余短路阻抗。第二步是抬起探针，使其保持在接近测量实际器件时应有的方向，然后电容计测量电容值，将其保存为剩余开路阻抗。如果需要，可以在探针之间加一个已知的阻抗负载，用电容计测量其值，将其保存为负载校正。下面的公式用于在测量中应用这些校正。

其中，Zfinal为最终经过校正的测量阻抗，Zm为测得的阻抗，Load ratio为测得

的负载校正，Zs为测得的短路校正，Zo为测得的开路校正。

Zfinal是根据这一公式应用这些校正所得到的最终结果。如果校正值关闭，它就会进入缺省状态，使其对这一公式不可见。值得注意的是，如果这些校正实现的不正确，它们将使得最终的测量值不如完全不进行校正那样正确。幸运的是，为提高易用性，当前大多数交流阻抗表都已内置了开路、短路和负载校正以及相应的计算公式。

线缆长度补偿是一种经常被忽视的校正技术。它是针对仪器厂商提供的某些特殊线缆进行相位偏移校正的。交流信号沿着线缆传输需要一定的时间，其在测量结果上产生的相位偏移正比于线缆长度和传输延迟。请注意，交流阻抗表测量的实际上是阻抗和相位，因此线缆导致的任何相位偏移都表现为测量中的直接误差。大多数交流阻抗表都支持对一组预定的线缆长度选择补偿，比如0米、1.5米或3米。

随着测试频率的增大，C-V测量对相位误差越来越敏感，尤其是当频率高于1MHz时。不同的开关矩阵、探针台线缆和探针都具有不同的路径长度，我们必须考虑这一因素并进行校正。不同的线缆还具有不同的传输延迟，因此有不同的相位误差。随便选择现有的同轴线缆不是明智之举，因为它可能与厂商电容计预定的传输延迟不匹配。幸运的是，某些新型的C-V表，例如吉时利的4210-CVU，能测量并调节相位误差，针对不同的线缆系统和不同的路径长度进行补偿。

某些探针台的卡盘本身带有很长的连接探针台的线缆，它们可能与连接机械手的线缆类型不匹配，这会给基于卡盘的测量带来问题。如果可能，解决办法是采用双顶面接触。如果不可行，就要尽量使得连接卡盘的线缆与连接机械手的线缆相互匹配。大多数交流阻抗表最好采用带一组开氏线缆的，一条用于加力，一条用于检测，但有时候在系统中同时采用两种线缆是不切实际的。这时，可以用T型连接方式把开氏引线连接在一起，只用一条线连接器件。这种方式会带来增益误差，尤其是对大电容。

卡盘本身就是一个非常沉重、复杂的负载，会影响测量精度。将交流阻抗表的交流激励端(通常称为高电流端)与卡盘相连，将电流探测端(通常称为低电流端)与机械手相连，可以得到最好的结果。

不同的线缆类型和线缆阻抗也会带来问题，例如某些C-V表是100欧姆的系统，而某些C-V表是50欧姆的系统。通常我们最好选用交流电表厂商推荐的线缆。开关矩阵会产生很长的，有时候甚至是无法控制的阻抗路径。降低测试频率一般可以改善

基于开关矩阵的测量效果。探针会增大与测量串联的接触电阻，可以采用短路校正的方法对其进行补偿。表1汇总了典型的C-V测量误差源，并给出了相应的校正处理

建议。

表1：典型的C-V测量误差源以及校正处理建议。

本文小结

半导体C-V测量的精确性取决于高精度的测试仪器、精心设计的布线结构以及对这些底层测量原理的准确理解。在掌握这些方面之后，就可以设计出能够满足测试应用需求的硬件和布线结构。

电容式电压互感器谐波测量技术研究综述

电容式电压互感器谐波测量技术研究综述发表时间：2018-06-12T10:04:09.390Z 来源：《电力设备》2018年第5期作者：李世亨冯莉陈蔚茹 [导读] 摘要：电容式电压互感器（CVT）在110KV及以上发电厂升压站和变电站母线被广泛使用，本文针对CVT不能应用于电网谐波测量的原因分析基础上，通过简介CVT的谐波状态下的基本测量原理，对国内外CVT谐波测量的研究进行概括，并对其原理、特点、效果介绍等方面进行综述，重点比较分析了CVT谐波测量的技术特点和不足。（广东电网有限责任公司东莞供电局东莞 523000）摘要：电容式电压互感器（CVT）在110KV及以上发电厂升压站和变电站母线被广泛使用，本文针对CVT不能应用于电网谐波测量的原因分析基础上，通过简介CVT的谐波状态下的基本测量原理，对国内外CVT谐波测量的研究进行概括，并对其原理、特点、效果介绍等方面进行综述，重点比较分析了CVT谐波测量的技术特点和不足。并针对不足指出进一步研究需展开的内容。关键词：电容式电压互感器；CVT；综述；仿真；谐波特性；谐波测量技术 0引言电容式电压互感器（CVT）与电磁式电压互感器相比较之下，具有绝缘可靠性高，不会与断路器的断口电容相匹配造成铁磁谐振，可以兼作耦合电容器，用于载波通讯系统，产品价格较低，运行维护简单等优点。在经济性和安全运行性方面都有一定的优势，是高电压测量中最常用电压传变检测设备。目前国外72.5kV 及以上电压等级的电压互感器几乎全部采用 CVT，且已有较长期的运行经验,中国110kV 及以上的发电厂升压站和变电站母线以及出线上均逐步采用CVT[1]。目前随着系统谐波的不断加剧，电力系统的谐波问题日益加剧，对于电容式电压互感器提出了更高的要求。国内外针对CVT谐波测量的研究主要方向包括CVT谐波传递特性、CVT谐波测量技术、CVT谐波装置的研究。但目前国内外针对CVT谐波传递特性研究主要停留在定性分析，谐波测量误差分析停留在参数选择方面，但由于内部结构复杂，参数范围仍没有一个确定的范围。误差校正系统和校正装置还只限于理论分析阶段，并没有得出符合实际且适用于现场的方法。故进行CVT谐波频率下的研究对于目前电力系统运行和电能质量的监测和改善将有重大的意义。其中，L为补偿电抗器的电感值，w为频率。C1、C2组成电容分压器，由式（1）可知CVT的分压比较电容式分压器的值多1/w2cL，且该值随频率的变化而变化，又因为等值电感 L是非线性元件，随电压和频率的变化其大小也非线性改变。因此，每一台 CVT的变比和传递特性在不同的频率下是完全不同的，没有统一的规律性，也没有符合实际的经验公式。通过该CVT的分压比公式可以看出，CVT在不同的频率下变比不同，因此CVT对于谐波具有一定得滤波作用，所以其本质上可以等效为一个带通的滤波系统[2]，而对于不同的CVT，由于其元件参数值不同，其起始频率、截止频率等相频特性也不尽相同。故从 CVT二次侧接引电压信号进行谐波测量必然存在失真的情况。同时对于CVT二次侧电压信号进行谐波测量时产生的误差受电能质量分析仪的影响的大小，一般情况下，电能质量分析仪在电压互感器二次侧低电压处取得电压信号进行数据分析和处理。针对低压侧电能质量测试仪A级仪器频率范围要求为0-2500Hz，当Uh≥1%Un时，允许误差为5%Uh，仪器的相角测量误差不大于±5°或±1°。也就是说，二次侧谐波测量设备并不对谐波测量引起过多的误差，设备可以反映CVT二次侧基波电压及谐波电压的幅值及相位的真实水平。由以上分析可知，谐波测量的误差主要集中在互感器自身。因此，国家标准GB/T 14549-1993《电能质量公用电网谐波》明确规定：“电容式电压互感器不能用于谐波测量”。针对提高CVT测量谐波的精度和可信度。目前主要通过三个方面对CVT进行研究。第一个方面是CVT谐波传递特性的研究，对于传递特性的研究主要目的是揭示CVT 对谐波的传递规律及畸变的程度并对其量化。第二个方面是基于CVT模型的谐波电压测量方法。研究目的是在利用不同厂家不同类型CVT 谐波传递特性基础上，研究在不增加额外测量单元的前提下校正谐波测量值，这是解决目前 CVT 不能用于谐波测量的关键。第三方面是基于CVT模型的谐波电压测量装置研发。对于谐波测量方法是否适合现场实际的使用，谐波测量装置的实现是必须有应用效果验证环节。 2非线性负载环境下CVT传变等效模型及谐波传递特性研究 CVT谐波传递特性的研究，CVT传递特性的研究可以揭示 CVT 对谐波的传递规律及畸变的程度，有效的对现有 CVT 谐波测量方法、装置改进或对测量结果进行修正提供理论支持。由于CVT测量谐波时产生较大的畸变，导致其测量结果远远偏离实际，国内外很早就开始进行CVT谐波测量的研究，但是大多是基于定性分析。近年来，国内外不断开展对于CVT的定量影响规律研究，其内容主要包括： 1）电容式电压互感器高频等效模型的研究：以CVT的基本结构为研究对象，利用等效电路分析的方法，根据其实际应用的典型接线方式和现场应用条件，考虑在不同频率下CVT工作时，可能影响其工作特性的各种因素，构建其等效电路，并运用电工原理的电网络分析方法，获得其端口传递函数，建立其在不同情况下的等效模型。 2）不同因素对CVT变比频率响应特性的影响及其影响规律的研究。根据建立的CVT等效电路模型，应用复频域分析方法，对CVT谐波频率范围内的幅频特性、相频特性进行分析。分析中通过对单变量波动和多变量波动等情况下，CVT模型参数变化对各次谐波的测量产

高电压技术实验参考资料剖析

高电压技术实验参考资料一、高电压实验课的目的和任务 1.熟悉和掌握高电压试验的基本技术。 2.通过实验，培养同学分析问题和解决问题的能力，使同学们初步掌握进行实验研究的一些基本方法。 3.树立安全第一的观点，保证人身和设备的安全是进行高压试验特别强调的问题，思想上必须自始至终保持高度的重视。 4.培养同学重视实际、遵守制度、爱护国家财产和严谨踏实的工作作风。二、高电压试验的基本技术 1.掌握高电压试验的基本安全技术。通过实验，同学们不仅在思想上要树立安全第一的观点，而且在实际工作中要养成严格的安全习惯。所以，要求同学们正确而熟练的掌握以下的基本安全技术。 a、掌握高压实验中必须的安全措施(防护栏、联锁、接地和安全距离)以及试验前的安全检查内容。 b、按照实验规则的要求，呼叫口令，并按实验程序进行操作。 c、掌握基本安全工具——接地杆的使用和检查。 2.学会安排试验条件和掌握工频试验变压器的正确使用。 3.掌握高电压试验的基本方法和典型仪器的使用。 a、掌握主要电力设备(套管、避雷器、电力变压器、线路绝缘子、电缆、电容器等)绝缘的基本检查和试验方法，包括绝缘电阻、泄漏电流、介质损耗因数、局部放电等的测量。以及击穿试验、耐压试验等。 b、掌握测量球隙、静电电压表、多种分压器、兆欧表、以及数字量的测量和使用方法。

三、对同学们的要求 1.预习：要求掌握实验内容、方法及基本原理，并选择试验所需设备、元件、仪器、仪表(包括使用方法)及试验点。画出试验线路图和原始记录表格。 2.实验：必须认真操作，观察实验中发生的现象，记录每次数据，注意安全，严格遵守实验规则，听从教师指导，实验后清理现场。 3.写出实验报告：格式如下： a、实验目的 b、实验线路图，线路图要整齐、清楚(不得徒手画)，并对图中设备的符号列表说明 c、实验内容及数据整理：数据应列表，对所用符号的含义和单位应加以说明，需计算部分应列出引用的公式和说明计算方法。必要时，应绘曲线。 d、现象描述：主要是放电现象，或在实验中遇到的其它现象(如故障现象)，若无此内容，可省略。 e、分析讨论：对整个实验的数据、波形、实验现象用所学的知识进行分析讨论，并加以总结。 f、.严格遵守课堂纪律，不得迟到、早退。按时交报告。四、高压实验室学生实验规则： (一) 实验前： 1.预习与组织： a、同学必须认真预习实验内容，教师要提问检查，不预习者不得参加实验，实验前应交前次实验报告。 b、每实验组推选组长一人，组内可轮流担任，并兼安全监护人。 2.实验前的检查： a、检查设备、仪表有元损坏。如有损坏.应立即向教师报告。

超声波测距技术综述

文献综述题目超声波测距技术综述学生姓名专业班级学号院（系）电气信息工程学院指导教师完成时间2014 年06月01日

超声波测距技术综述摘要我们把频率高于20000赫兹的声波称为“超声波”。超声波具有指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远等特点，同时它是一种非接触式的检测方式，不受光线、被测对象颜色等影响，因此经常被用于距离的测量。超声测距技术在工业现场、车辆导航、水声工程等领域都具有广泛的应用价值，目前已应用于物位测量、机器人自动导航以及空气中与水下的目标探测、识别、定位等场合。因此，深入研究超声波测距的理论和方法具有重要的实践意义。关键词超声波超声波测距车辆导航物位测量

1 引言 1.1 超声波简介一般认为，关于超声的研究最初起始于1876年F1Galton的气哨实验。当时Galton 在空气中产生的频率达300K Hz,这是人类首次有效产生的高频声。而科学技术的发展往往与一些偶然的历史事件相联系。对超声的研究起到极大推动作用的是,1912年豪华客轮Titanic号在首航中碰撞冰山后的沉没，这个当时震惊世界的悲剧促使科学家们提出用声学方法来预测冰山，在随后的第一次世界大战中，对超声的研究得以进一步的促进。近些年来，随着超声技术研究的不断深入，我们把频率高于20000赫兹的声波称为“超声波”。再加上其具有的高精度、无损、非接触等优点，超声的应用变得越来越普及。目前已经广泛的应用在机械制造、电子冶金、航海、航空、宇航、石油化工、交通等工业领域。此外在材料科学、医学、生物科学等领域中也占据重要地位。而我国，关于超声波的大规模研究始于1956年。迄今，在超声的各个领域都开展了研究和应用，其中有少数项目已接近或达到了国际水平。 1.2 超声波测距简介超声测距指的是利用超声波的反射特性进行距离测量，是一种非接触式的检测方式。与其它方法相比，如电磁的或光学的方法，它不受光线、被测对象颜色等影响。对于被测物处于黑暗、有灰尘、烟雾、电磁干扰、有毒等恶劣的环境下有一定的适应能力。特别是应用于空气测距，由于空气中波速较慢，其回波信号中包含的沿传播方向上的结构信息很容易检测出来，具有很高的分辨力，因而其准确度也较其它方法为高。超声波测距仪，可以应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控和移动机器人的研制上，也可在潮湿高温，多尘等恶劣环境下工作。例如：液位、厚度、管道长度等场合。超声波测距作为一种典型的非接触测量方法，在很多场合，诸如工业自动控制，建筑工程测量，机器人视觉识别，倒车防撞雷达，海洋测量，物体识别等方面得到广泛的应用。超声波具有指向性强、能量消耗缓慢且在介质中传播的距离较远的优点。与激光测距、红外线测距相比,超声波对外界光线、色彩和电磁场不敏感,更适于黑暗、

电容电流测试报告

XZZNDQAQ-2014-019 某某煤矿集团西风井35kV变电所6kV电网单相接地电容电流测试报告徐州智能电气安全研究所二〇一四年四月

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1. 测量方案 1.1. 测量原理电网对地电容电流常用的测量方法有：单相直接接地测量法、单相经电阻接地测量法、附加电容测量法和注入法等。其中单相直接接地测量法属于直接测量方法，其它属于间接测量方法。本次测试采用单相经电阻接地测量法，该方法有简单、易实施、测试过程安全、测量精度高、测试时间短、对电网冲击小等优点，并且适用于中性点非有效接地系统各种中性点接地形式，具体原理如下。 R 图1-1 中性点不接地电网绝缘参数测量模型上图为中性点不接地电网的绝缘参数测量模型，C 、r 分别为各相对地电容和绝缘电阻。考虑到试验的安全性，采用电网单相经电阻接地的方法，电网的一相经接地电阻和电流表接地。接地电阻R 根据电网类型一般在500~1000Ω范围选取，接地电流控制在几安培范围，测量必要的参数，即可求出电网单相直接接地时的接地电流。电网单相接地电流是电网对地总的零序电流之和，理论推导可知，不管是直接接地，还是经过电阻接地，电网对地总的零序电流（接地电流）是同零序电压成正比关系。因此，测量出电网单相经电阻接地时的零序电压，就能得到单相电网直接接地的电流。其计算公式是： 2 02 l E R U I I U （1-1）式中：I E 为电网单相直接接地电流 U l2为电压互感器二次线电压 U 02为电网单相经电阻接地时的二次零序电压 I R 为电网单相经电阻接地的电流因此，只要测得电网的二次线电压、零序电压、单相经电阻接地时电阻流过

高电压技术实验指导书1

高电压技术实验指导书1标准化文件发布号：（9312-EUATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-

高电压技术实验指导书高电压专业实验室 2007-4-12

安全规则 1．实验前必须熟悉试验内容，并检查设备及仪表是否正常。 2．在合电源之前，务必有两人以上检查接线是否正确，接地是否可靠，做好分工，专人记录。 3．在高压电源和带有高压的设备周围围以遮栏，以便保持一定的安全距离，实验时应站在遮栏之外，不得向遮栏内探头或伸手。 4．在实验进行中不允许交谈或议论，有问题需要讨论时，要切断电源。 5．实验完毕，应先用接地棒使设备放电，尤其是在做完电容器或者电缆等大电容试品实验后，务必仔细放电，同时须将试验场地恢复整齐。 6．在未亲眼看到设备接地之前，不得接近或触摸高压设备。 7．使用升压设备时，升压必须从零开始，使用完毕后，要退回零位。 8．实验中发生事故或异常现象时，应立刻拉闸切断电源，放电后检查线路和设备，如果发生人身事故应立刻进行抢救。凡在本高压实验室进行试验之人员必须遵守本规则，并保持实验室整洁及良好的工作秩序。

冲击电压放电一、实验目的 1．了解冲击电压发生器的结构、产生冲击电压的原理和操作方法； 2．了解用分压器与示波器测量冲击电压的方法； 3．观察气体间隙放电、击穿现象； 4．观察在均匀电场和不均匀电场下的气体间隙击穿电压以及不同幅值冲击电压作用下击穿电压波形中放电时延的变化。二、实验内容及要求： 1.测量冲击电压波形，了解用分压器与示波器测量冲击电压的方法； 2.观察在均匀电场和不均匀电场下的气体间隙击穿电压及电压波形，不同电压下放电时延的变化，了解冲击电压下的放电时延特性。 3.回答思考题。三、实验装置及接线图：冲击电压发生器接线原理图如下图：冲击电压发生器原理接线图图中： T：高压试验变压器 D：高压硅堆 C：主电容 R b：充电回路保护电阻 R：充电电阻 g0：点火球隙 g1~g3：中间球隙 g4：隔离球隙 R g：阻尼电阻 R t：波尾电阻 R f ：波头电阻 C f ：包括负荷电容和电容分压器的电容

数字电压表的文献综述

文献综述一．前言发展历程数字电压表在1952年由美国NLS公司首次从电位差计的自动化过程中研制成功。50多年来，数字电压表有了不断的进步和提高。数字电压表刚开始是4位显示，然后是5位、6位，而现在发展到7位、8位数码显示；从最初的一两种类型发展到原理不同的几十种类型；从最早的采用继电器、电子管发展到全晶体管、集成电路、微处理器化；从一台仪器只能测一到两种参数到能测几十种参数的多用型；显示器件也从辉光数码管发展到等离子体管、发光二极管、液晶显示器等。数字电压表的体积和功耗越来越小，重量不断变轻，价格也逐步下降，可靠性越来越高，量程范围也逐步扩大。 DVM的高速发展，使它已成为实现测量自动化、提高工作效率不可缺少的仪表，现在已经广泛应用于电子、电工测量，自动化测试系统等领域。故数字电压表已成为一种必不可少的测量仪器。本设计是基于单片机AT89C51的数字电压表。硬件电路设计简单，具有读数方便、误差小、稳定性高等特点，具有较高应用价值，特别适合平常简单的测量。采用智能化的数字仪器将是必然的趋势，它们不仅能提高测量准确度，而且能提高电测量技术的自动化程序，可以扩展成各种通用数字仪表、专用数字仪表及各种非电量的数字化仪表(如：温度计、湿度计、酸度计、重量、厚度仪等)，几乎覆盖了电子电工测量、工业测量、自动化仪表等各个领域。从而提高计量检定人员的工作效率。二．正文 1.DVM简介数字电压表（Digital Voltmeter）简称DVM，是采用数字化的测量技术,将连续的模拟量转换成为离散的数字形式并加以显示的电子测量仪表。传统的指针式电压表功能单一、精度低，不能满足数字化时代的需求。数字电压表具有以下九大特点：1. 显示清晰直观，读数准确；2. 准确度高；3. 分辨率高；4. 测量范围宽；5. 扩展能力强；6. 测量速率快；7．输入阻抗高；8. 集成度高，微功耗；9. 抗干扰能力强。采用单片机的数字电压表不仅精度高、抗干扰能力强，

配电网电容电流计算

配电网电容电流计算一、概述目前,电容电流得测定方法很多，通常采用附加电容法与金属接地法进行测量与计算,但前者测量方法复杂,附加电容对测量结果影响较大,后者试验中具有一定危险性。目前,根据各种消弧线圈不同得调谐原理,有多种间接测量电网电容电流得方法。其根本思想都就是利用电网正常运行时得中性点位移电压、中性点电流以及消弧线圈电感值等参数,计算得到电网得对地总容抗，然后由单相故障时得零序回路,计算当前运行方式下得电容电流。在实际运行中,对于出线数较多、线路较长或包含大量电缆线路得配电系统,当其发生单相接地故障时,对地电容电流会相当大,接地电弧如果不能自熄灭，极易产生间隙性弧光接地过电压或激发铁磁谐振,持续时间长,影响面大,线路绝缘薄弱点往往还会发展成两相短路事故。因此,DＬ/T620-1997《交流电气装置得过电压保护与绝缘配合》规定：3~10kV钢筋混凝土或金属杆塔得架空线路构成得系统与所有３５kV、66ｋV系统,当单相接地故障电流大于１０A时应装设消弧线圈;3~１0kV电缆线路构成得系统,当单相接地故障电流大于3０Ａ,又需在接地故障条件下运行时，应采用消弧线圈接地方式。消弧线圈一般为过补偿运行(即流过消弧线圈得电感电流大于电容电流),也就就是说装设得消弧线圈得电感必须根据对地电容电流得大小来确定,以防止中性点不接地系统发生单相接地而引起弧光过电压。故障后,消弧线圈必须快速合理地补偿电容电流,以使接地电弧快速自熄,所以消弧线圈应实时跟踪电网运行方式得变化,在电网正常运行时,测量计算当前运行方式下得电容电流,以合理调节消弧线圈得出力。显然，电网电容电流得计算精度,将直接影响消弧线圈得调谐与补偿效果。随着电力系统对安全可靠性要求得日益提高，用户对消弧线圈调谐精度与补偿效果得要求也越来越高。而现有得各种消弧线圈自动跟踪补偿装置中所采用得计算理论与方法,无法很好满足用户得要求。要提高消弧线圈得调谐精度与补偿效果,首先就要进一步提高电容电流得计算精度。本章对电容电流得计算理论与计算方法作了进一步深入得研究,减小与消除了对地容抗计算得误差,并计及电网不平衡对电容电流计算得影响,提高了电容电流得计算精度。

高电压技术第三版课后习题答案

第一章作

?1-1解释下列术语（1）气体中的自持放电；（2）电负性气体；（3）放电时延；（4）50%冲击放电电压；（5）爬电比距。答：（1）气体中的自持放电：当外加电场足够强时，即使除去外界电离因子，气体中的放电仍然能够维持的现象；（2）电负性气体：电子与某些气体分子碰撞时易于产生负离子，这样的气体分子组成的气体称为电负性气体；（3）放电时延：能引起电子崩并最终导致间隙击穿的电子称为有效电子，从电压上升到静态击穿电压开始到出现第一个有效电子所需的时间称为统计时延，出现有效电子到间隙击穿所需的时间称为放电形成时延，二者之和称为放电时延；（4）50%冲击放电电压：使间隙击穿概率为50%的冲击电压，也称为50%冲击击穿电压；（5）爬电比距：爬电距离指两电极间的沿面最短距离，其与所加电压的比值称为爬电比距，表示外绝缘的绝缘水平，单位cm/kV。

1-2汤逊理论与流注理论对气体放电过程和自持放电条件的观点有何不同？这两种理论各适用于何种场合？答：汤逊理论认为电子碰撞电离是气体放电的主要原因，二次电子来源于正离子撞击阴极使阴极表面逸出电子，逸出电子是维持气体放电的必要条件。所逸出的电子能否接替起始电子的作用是自持放电的判据。流注理论认为形成流注的必要条件是电子崩发展到足够的程度后，电子崩中的空间电荷足以使原电场明显畸，流注理论认为二次电子的主要来源是空间的光电离。汤逊理论的适用范围是短间隙、低气压气隙的放电；流注理论适用于高气压、长间隙电场气隙放电。 1-3在一极间距离为1cm的均匀电场电场气隙中，电子碰撞电离系数α=11cm-1。今有一初始电子从阴极表面出发，求到达阳极的电子崩中的电子数目。解：到达阳极的电子崩中的电子数目为 n a? e?d? e11?1?59874 答：到达阳极的电子崩中的电子数目为59874个。

互换性与技术测量实验报告

实验一量块的使用一、实验目的 1、能正确进行量块组合，并掌握量块的正确使用方法； 2、加深对量值传递系统的理解； 3、进一步理解不同等级量块的区别；二、实验仪器设备量块；千分表；测量平板；千分尺校正棒。三、实验原理 1量块的测量平面十分光洁和平整，当用力推合两块量块使它们的测量平面互相紧密接触时，两块量块便能粘合在一起，量块的这种特性称为研合性。利用量块的研合性，就可以把各种尺寸不同的量块组合成量块组。四、实验内容与步骤（一）实验内容采用合理的量块组合，测量千分尺校正棒。（二）实验步骤 1 用千分表测量千分尺校正棒 2 据所需要的测量尺寸，自量块盒中挑选出最少块数的量块。（每一个尺寸所拼凑的量块数目不得超过 4~5 块，因为量块本身也具有一定程度的误差，量块的块数越多，便会积累成较大的误差。） 3量块使用时应研合，将量块沿着它的测量面的长度反向，先将端缘部分测量面接触，使初步产生粘合力，然后将任一量块沿着另一个量块的测量面按平行方向推滑前进，最后达到两测量面彼此全部

研合在一起。 4正常情况下，在研合过程中，手指能感到研合力，两量块不必用力就能贴附在一起。如研合立力不大，可在推进研合时稍加一些力使其研合。推合时用力要适当，不得使用强力特别在使用小尺寸的量块时更应该注意，以免使量块扭弯和变形。 5如果量块的研合性不好，以致研合有困难时，可以将任意一量块的测量面上滴一点汽油，使量块测量面上沾有一层油膜，来加强它的黏结力，但不可使用汗手擦拭量块测量面，量块使用完毕后应立即用煤油清洗。 6量块研合的顺序是：先将小尺寸量块研合，再将研合好的量块与中等尺寸量块研合，最后与大尺寸量块研合。 7. 记录数据；六思考题量块按“等”测量与按“级”测量哪个精度比较高？

发电机电容电流的测量及数据分析

发电机电容电流的测量及数据分析摘要：凌津滩电厂装机9台，总容量27万千瓦，是我国大容量、灯泡式贯流式机组的电厂。其中#1—#5机组为日立公司生产，#6—#9机组为日立设计哈尔滨电机厂生产。单机容量为30MW，额定电压10.5KV，发电机中性点不接地。关键词：发电机电容电流测量数据分析 0 前言凌津滩电厂装机9台，总容量27万千瓦，是我国大容量、灯泡式贯流式机组的电厂。其中#1—#5机组为日立公司生产，#6—#9机组为日立设计哈尔滨电机厂生产。单机容量为30MW，额定电压10.5KV，发电机中性点不接地。根据《凌津滩电厂水轮发电机组及其附属设备》合同： 1）第6.6.3.8中第2条《中性点装置》第3项中规定：两台机联合运行，单相接地电容电流大于3A时，若不能保证机组安全运行2小时，则各机组中性点均应采取补偿措施，补偿装置由卖方配套供货。 2）附件6.3条设备性能保证及参数中规定：定子绕组每相对地电容0.3μF。 3）第6.8条规定现场试验：6.8.3.8条定子对地电容电流测量。这一条明确规定与电机交流耐压并列，即每台机都应作电容电流测量。 1发电机电容的计算凌津滩电厂发电机定子绕组为波绕双层、每槽两根线棒，定子线棒采用真空压力浸渍环氧树脂浸透线圈、线圈表面涂阻燃林料，分上下层嵌放到定子槽内。定子Z=342槽、计684根线棒，单支路每相线棒N=228根。定子绕组对地电容，由线圈的机械尺寸、绝缘材料的电介系数所确定。按机械尺寸、交流耐压及单相接地三种方法可计算得出，以#1机为例，分述如下。 1．1 机械尺寸进行电容的计算一般的平板极电容计算，电容与电介系数εO及εr、极板面积 S成正比，与极间距离d成反比。常用式子 C0=εOεr S／d 发电机的绕组电容计算，可将线棒导体展开成为一极。包有半导体材料的线棒与铁芯是紧靠的，当另外一极同时展开。中间的绝缘材料也展开，这是极板间的介质。线棒导体的面积 S1=（2b1+2h1）L 包半导体的面积 S2=(2b2+2h2)L

高电压技术实验实验报告(二)

----高电压技术实验报告高电压技术实验报告学院电气信息学院

专业电气工程及其自动化

实验一．介质损耗角正切值的测量一．实验目的学习使用QS1型西林电桥测量介质损耗正切值的方法。二．实验项目 1．正接线测试 2．反接线测试三．实验说明绝缘介质中的介质损耗（P=ωC u2 tgδ）以介质损耗角δ的正切值(tgδ)来表征,介质损耗角正切值等于介质有功电流和电容电流之比。用测量tgδ值来评价绝缘的好坏的方法是很有效的，因而被广泛采用，它能发现下述的一些绝缘缺陷：绝缘介质的整体受潮；绝缘介质中含有气体等杂质；浸渍物及油等的不均匀或脏污。测量介质损耗正切值的方法较多，主要有平衡电桥法（QS1），不平衡电桥法及瓦特表法。目前，我国多采用平衡电桥法，特别是工业现场广泛采用QS1型西林电桥。这种电桥工作电压为10Kv，电桥面板如图2-1所示，其工作原理及操作方法简介如下： ⑴．检流计调谐钮⑵．检流计调零钮 ⑶．C4电容箱（tgδ）⑷．R3电阻箱 ⑸．微调电阻ρ（R3桥臂）⑹．灵敏度调节钮 ⑺．检流计电源开关⑻．检流计标尺框

⑼．+tg δ/-tg δ及接通Ⅰ/断开/接通Ⅱ切换钮 ⑽．检流计电源插座 ⑾．接地 ⑿．低压电容测量 ⒀．分流器选择钮 ⒁．桥体引出线 1）工作原理：原理接线图如图2-2所示，桥臂BC 接入标准电容C N （一般C N =50pf ），桥臂BD 由固定的无感电阻R 4和可调电容C 4并联组成，桥臂AD 接入可调电阻R 3，对角线AB 上接入检流计G ，剩下一个桥臂AC 就接被试品C X 。高压试验电压加在CD 之间，测量时只要调节R 3 和C 4就可使G 中的电流为零，此时电桥达到平衡。由电桥平衡原理有： BD CB AD CA U U U U = 即： BD CB AD CA Z Z Z Z = （式 2-1）各桥臂阻抗分别为： X X X X CA R C j R Z Z ?+= =?1 4 44 41R C j R Z Z BD ?+= =? 3 3R Z Z AD == N N CB C j Z Z ?1= = 将各桥臂阻抗代入式2-1，并使等式两边的实部和虚部分别相等，可得： 3 4R R C C N X ? = 4 4 R C tg ??=?δ （式 2-2）在电桥中，R4的数值取为=10000/π=3184（Ω），电源频率ω=100π，因此： QS1西林电桥面板图 QS1西林电桥面板图

高电压测量方法概述

高电压测量方法概述球隙法测量高电压是试验室比较常用的方法之一。空气在一定电场强度下，才能发生碰撞游离。均匀电场下空气间隙的放电电压与间隙距离具有一定的关系。可以利用间隙放电来测量电压，但绝对的均匀电场是不易做到的，只能做到接近于均匀电场。测量球隙是由一对相同直径的金属球所构成。加压时，球隙间形成稍不均匀电场。当其余条件相同时，球间隙在大气中的击穿电压决定于球间隙的距离。对一定球径，间隙中的电场随距离的增长而越来越不均匀。被测电压越高、间隙距离越大。要求球径也越大。这样才能保持稍不均匀电场。球隙法测量接线如图1所示。测量球隙作为一种高电压测量方法的优缺点进行比较。其优点是：可以测量稳态高电压和冲击电压的幅值，是直接测量超高压的重要设备。结构简单，容易自制或购买，不易损坏。有一定的准确度，测量交流及冲击电压时准确度在3％以内。球隙法测量的缺点是：测量时必须放电放电时将破坏稳定状态可能引起过电压。气体放电有统计性。数据分散，必须取多次放电数据的平均值，为防止游离气体的影响，每次放电间隔不得过小。且升压过程中的升压速度应较缓慢，使低压表计在球隙放电瞬间能准确读数，测量较费时间。实际使用中，测量稳态电压要作校订曲线，测量冲击电压要用50％放电电压法。手续都较麻烦。被测电压越高，球径越大，目前已有用到直径为±3m的铜球，不仅本身越来越笨重，而且影响建筑尺寸。静电压表法测量原理是加电压于两电极，由于两电极上分别充上异性电荷，电极就会受到静电机械力的作用，测量此静电力的大小或是由静电力产生的某一极板的偏移(或是偏转)就能够反映所加电荷的大小。静电电压表有两种类型，一种是绝对静电电压表，另一种是非绝对的静电电压表，由于绝对静电电压表结构和应用都非常复杂。在工程上应用较多的还是构造相对简单的非绝对静电电压表，其测量不确定度为1％～3％。量程可达1000kV。此种测量表测量时可动电极有位移。可动电极移动时，张丝所产生的扭矩或是弹簧的弹力产生了反力矩，当反力矩和静电场的力矩相平衡时，可动电极的位移达到一个稳定值。与可动电极相连接在一起的指针或反射光线的小镜子就指出了被测电压的数值。静电电压表从电路中吸取的功率相当小，当测量交流电压时，表计通过的电容电流的多少决定于被测电压频率的高低以及仪器本身电容的大小，由于仪表的电容一般仅有几皮法到几十皮法，所以吸取的功率十分的微小，因此静电电压表的内阻抗极大。通常还可以把它接到分压器上来扩大其电压量程，目前国内已生产有250～500kV的静电电压表。

《互换性与技术测量》实验指导书(三个实验,前两个必做,最后一个演示和选做)

实验一直线度误差的测量一、实验目的掌握按“节距法”测量直线度误差的方法。二、测量原理及数据处理对于很小表面的直线度误差的测量常按“节距法”，应是将被测平面分为若干段，用小角度度量仪（水平仪、自准直仪）测出各段对水平线的倾斜角度，然后通过计算或图解来求得轮廓线的直线度误差。本实验用合像水平仪。具体测量方法如下：将被测表面全长分为n段，每段长l=L/N应是桥板的跨距。将桥板置于第一段，桥板的两支承点放在分段点处，并把水平仪放在桥板上，使两者相对固定（用橡皮泥粘住）记下读数a1（单位为格）。然后将桥板沿放测表面移动，逐段测量下去，直至最后一段（第n段）。如图1每次移l，并要使支承点首尾相接，记下每段读数（单位为格）a1、a2、……a n。最后按下列步骤（见例）列表计算出各测量点对两端点连线的直线度偏差Δh i，并取最大负偏差的绝对值之和作为所求之直线度误差。 [例]设有一机床导轨，长2米（L=2000mm），采用桥板跨距l=250mm，用分度值c=0.02mm/m的水平仪，按节距法测得各点的读数a i（格）如表1。表1

也可用作图法求出直线度误差，如图2。作图法是在坐标纸上，以导轨长度为微坐标，各点读数累积为纵坐标，将测量得到的各点读数累积后标在坐标上，并将这些坐标点连成折线，以两端点连线作为评定基准，取最大正偏差与最大负偏差的绝对值之和，再换算为线值（μ），即为所求之直线度误差。测量导轨直线度误差时，数据处理的根据，可由下图看出：（图3） A i — 导轨实际轮廓上的被测量点（i =0、1、2、……、n ）； a i — 各段上水平仪的读数（格）； Y i — 前后两测量点（i -1，i ）的高度差； h i — 各测点（A i ）到水平线（通过首点A 0）的距离（μ），显然 1 'i n i i h y == ∑

配电网电容电流测量方法

配电网电容电流测量方法系统电容电流是指系统在没有补偿的情况下，发生单相接地时通过故障点的无功电流。测量方法很多，这里介绍几种常用的方法。一、单相金属接地法单相金属接地又分为投入消弧线圈补偿接地和不投入消弧线圈两种。 1、不投入消弧线圈不投入消弧线圈（即中性点不接地）的单相金属接地测量，其接线如图13-10所示，图中，QF为接地断路器；TV为测量用电压互感器；TA1、TA2为保护和测量用电流互感器；W为低功率因数功率表，用以测量接地回路的有功损耗；TA1的1、2端子接QF的过流保护。电流、电压向量图如图13-11所示。图13-10 不投入消弧线圈的单相金属接地测量原理图图13-11 不投入消弧线圈的单相接地的电流、电压向量图试验是在系统单相接地下进行的，当系统一相接地时，其余两相对地电压升为线电压。因此，在测量前应消除绝缘缺陷，以免在电压升高时非接地相对地击穿，形成两相接地短路事故。为使接地断路器能可靠切除接地电容电流，须将三相触头串联使用，且应有保护。若测量过程中发生两相接地短路，要求QF能迅速切断故障，其保护瞬时动作电流应整定为IC的4~5倍。

合上接地断路器QF，迅速读取图中所示各表计的指示数值后，接地开关应立即跳闸。所用表计均不得低于0.5级。测量功率，应用低功率因数功率表。由于三相对地电容不等，一相单相接地难以测得正确的阻尼率，需三相轮流接地测量，取三次测量结果的算术平均值。测量结果的计算：上三式中I cp——接地电流的有功分量（安）； I cp——接地电流的无功分量（安）； I c——系统总接地电流（安）； P——接地回路的有功损耗（瓦）； U□——中性点不对称电压（伏）； d%——系统的阻尼率。若测量时的电压和频率不是额定值，则需将测得的电流折算到额定电压和额定频率下的数值，即式中I ce——电压和频率为额定值时的系统接地电容电流（安）； f e——额定频率（赫兹）； U e——额定电压（伏）； U av——三相电压（线电压）的平均值（伏）。由于这种方法，在测量过程中，非接地两相的电压要升高，一旦发生绝缘击穿，接地断路器虽能切断短路，但由于没有补偿，另一接地点的电弧如不能熄灭，可能扩大事故。同时由于单相接地产生负序分量，接地电流中将有较大的谐波分量，影响测量结果的准确度，所以一般不采用这种方法。 2、投入消弧线圈中性点投入消弧线圈时，利用单相金属接地，测量系统的电容电流的原理接线如图13-12所示。图中1、2端子接过流保护，其值整定为接地电流的4~5倍，瞬时跳闸。接地时的电流电压向量图如图13-13所示。

高电压技术考试试题及其答案精华版

《高电压技术》期末冲刺试卷(1) 1.流注理论未考虑( B )的现象。 A.碰撞游离 B.表面游离 C.光游离 D.电荷畸变电场 2.极化时间最短的是( A )。 A.电子式极化 B.离子式极化 C.偶极子极化 D.空间电荷极化 3.先导通道的形成是以( C )的出现为特征。 A.碰撞游离 B.表现游离 C.热游离 D.光游离 4.下列因素中，不会影响液体电介质击穿电压的是（A ） A.电压的频率 B.温度 C.电场的均匀程度 D. 杂质 5.电晕放电是一种（ D ）。 A.滑闪放电 B.非自持放电 C.沿面放电 D.自持放电 6.以下四种气体间隙的距离均为10cm，在直流电压作用下，击穿电压最低的是（ D ）。 A.球—球间隙(球径50cm) B.棒—板间隙，棒为负极 C.针—针间隙 D.棒—板间隙，棒为正极 7.不均匀的绝缘试品，如果绝缘严重受潮，则吸收比K将( C ) A.远大于1 B.远小于1 C.约等于1 D.不易确定 8.雷击线路附近地面时，导线上的感应雷过电压与导线的（ B ） A. 电阻率成反比 B.悬挂高度成反比 C.悬挂高度成正比 D. 电阻率成正比二、填空题(本大题共9小题，每空1分，共18分) 1.固体电介质电导包括___表面____电导和_体积______电导。 2.极不均匀电场中，屏障的作用是由于其对__空间电荷__的阻挡作用，造成电场分布的改变。

3.电介质的极化形式包括_电子式极化__、__离子式极化_、__偶极子极化_和夹层极化。 4.气体放电现象包括__击穿_____和__闪络_____两种现象。 5.带电离子的产生主要有碰撞电离、__光电离____、_热点离_____、表面电离等方式。 6.工频耐压试验中，加至规定的试验电压后，一般要求持续__60_____秒的耐压时间。 7.按绝缘缺陷存在的形态而言,绝缘缺陷可分为__集中性_____缺陷和__分散性____缺陷两大类。 8.在接地装置中，接地方式可分为_防雷接地_______、_保护接地_______、_工作接地_______。 9.输电线路防雷性能的优劣主要用__耐雷水平______和_雷击跳闸率________来衡量。三、判断题(本大题共5小题，每小题2分，共10分)在每小题的括号内对的打“√”，错的打“×”。 1.无论何种结构的电介质，在没有外电场作用时，其内部各个分子偶极矩的矢量和平均来说为零，因此电介质整体上对外没有极性。（对） 2.在四种电介质的基本极化形式中，只有电子式极化没有能量损耗。（错） 3.测量电气设备的绝缘电阻时一般要加直流电压，绝缘电阻与温度没有关系。（错） 4.防雷接地装置是整个防雷保护体系中可有可无的一个组成部分。（错） 5.管式避雷器实质上是一只具有较强灭弧能力的保护间隙。（对）四、名词解释题(本大题共5小题，每小题6分，共30分) 1.吸收比：指的是电流衰减过程中的两个瞬间测得的两个电流值或两个相应的绝缘电阻值之比。（或指被试品加压60秒时的绝缘电阻与加压15秒时的绝缘电阻之比。） 2.雷击跳闸率：指每100KM线路每年由雷击引起的跳闸次数 3.雷暴日：指某地区一年四季中有雷电放电的天数，一天中只要听到一次及以上雷声就是一个雷暴日。 4.伏秒特性：对某一冲击电压波形，间隙的击穿电压和击穿时间的关系称为伏秒特性 5.气体击穿：气体由绝缘状态变为导电状态的现象称为击穿五、简答题(本大题共2小题，每小题8分，共16分)

互换性与技术测量实验指导书.

互换性实验指导书机械工程学院

实验一量块的使用一、实验目的 1、能正确进行量块组合，并掌握量块的正确使用方法； 2、加深对量值传递系统的理解； 3、进一步理解不同等级量块的区别；二、实验仪器设备量块；千分表；测量平板；被测件。三、实验原理量块的测量平面十分光洁和平整，当用力推合两块量块使它们的测量平面互相紧密接触时，两块量块便能粘合在一起，量块的这种特性称为研合性。利用量块的研合性，就可以把各种尺寸不同的量块组合成量块组。四、实验内容与步骤（一）实验内容采用合理的量块组合，测量被测零件尺寸高度。（二）实验步骤 1.用游标卡尺测量被测件 2.据所需要的测量尺寸，自量块盒中挑选出最少块数的量块。（每一个尺寸所拼凑的量块数目不得超过 4块，因为量块本身也具有一定程度的误差，量块的块数越多，便会积累成较大的误差。） 3.量块使用时应研合，将量块沿着它的测量面的长度反向，先将端缘部分测量面接触，使初步产生粘合力，然后将任一量块沿着另一个量块的测量面按平行方向推滑前进，最后达到两测量面彼此全部研合在一起。

4.将研合后的量块与被测件同时放到测量平板上，在测量平板上移动指示表的测量架，使指示表的测头与量块上工作表面相接触，转动指示表的刻度盘，调整指示表示值零位。 5.抬起指示表测头，将被测件放在指示表测头下，取下量块，记录下指示表的读数。 6.量块的尺寸与指示表的读数之和就是被测件的尺寸。 7. 记录数据；五、思考题量块按“等”测量与按“级”测量哪个精度比较高？

实验二常用量具的使用一、实验目的 1、正确掌握千分尺、内径百分表、游标卡尺的正确使用方法； 2、掌握对测量数据的处理方法； 3、对比不同量具之间测量精度的区别。二、实验仪器设备外径千分尺；内径百分表；游标卡尺；轴承等。三、实验原理分度值的大小反映仪器的精密程度。一般来说，分度值越小，仪器越精密，仪器本身的“允许误差”（尺寸偏差）相应也越小。学习使用这些仪器，要注意掌握它们的构造特点、规格性能、读数原理、使用方法以及维护知识等，并注意要以后的实验中恰当地选择使用。四、实验内容及实验步骤（一）实验内容 1、熟悉仪器的结构原理及操作使用方法。 2、用外径千分尺、内径百分表、游标卡尺测量轴承内、外径。 3、对所测数据进行误差处理，得出最终测量结果。（二）实验步骤 1、用游标卡尺测量轴承外径的同一部位5次（等精度测量），将测量值记入下表中，并完成后面的计算： ⑴平均值：将5次测量值相加后除以5，作为该测量点的实际值。 ⑵变化量：测量值中的最大值与最小值之差。入上表中，并完成后面的计算： ⑴平均值：将5次测量值相加后除以5，作为该测量点的实际值。 ⑵变化量：测量值中的最大值与最小值之差。 ⑶测量结果：按规范的测量结果表达式写出测量结果。 3、内径百分表测量步骤：（1）内径百分表在每次使用前，首先要用标准环规、夹持的量块或外径千分尺对零，环规、夹持的量块和外径千分尺的尺寸与被测工件的基本尺寸相等。（2）内径百分表在对零时，用手拿着隔热手柄，使测头进入测量面内，摆动直管，测头在X方向和Y方向(仅在量块夹中使用)上下摆动。观察百分表的示