在實(shí) 際應(yīng)用中，當(dāng)電介質(zhì)或電容器充電后，存儲(chǔ)的能量被放電到外部負(fù)載，放電過(guò)程由負(fù)載、電工互連和電容器組成的整個(gè)電  路決定，有時(shí)甚至電纜的長(zhǎng)度變化也會(huì)強(qiáng)烈的影響放電過(guò)程、電壓和電流波形。因此P-E回滯測(cè)量的放電條件與實(shí)際實(shí)用中的放電條件明顯不同，并且在實(shí)際應(yīng)用中從P-E回滯環(huán)獲得的能量密度可能偏離（通常高于）真實(shí)的放電能量密度。為了評(píng)估介電材料在類似于現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的放電條件下的性能，另一種測(cè)試方式用于測(cè)量介電材料的儲(chǔ)能特性。在測(cè)量過(guò)程中，首先將介電材料充電到給定的電壓，然后，將電容器中的存儲(chǔ)的能量放電到外部負(fù)載，如下圖（1），經(jīng)測(cè)試的介電材料可以建模為理想的無(wú)損耗電容，與電阻{等效串聯(lián)電阻（ESR）}串聯(lián)，代表介質(zhì)材料的損耗。很容易看出，當(dāng)外部負(fù)載電阻RL》ESR時(shí)，大部分儲(chǔ)存的能量將通過(guò)ESR（電介質(zhì)材料tanδ 、電極和連接電纜的電阻等）消散，并且來(lái)自RL測(cè)量的能量密度將遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于存儲(chǔ)的能量密度（快速放電）。因此，如果RL》ESR，介質(zhì)電容器的放電效率將取決于負(fù)載條件，并且可以非常高。RL的選 取影響著測(cè)試的放電速度。較大的RL意味著較大的RLC常數(shù)（C是材料的電容）較慢的放電速度。在測(cè)試中，盡管可以固定RL，但是介電材料的電容是可能不是恒定的，因?yàn)椴牧辖殡娦阅芫哂袌?chǎng)致依賴性。無(wú)論怎樣，總是可以使用負(fù)載電阻和弱場(chǎng)電容來(lái)估算放電速度，并選擇負(fù)載電阻進(jìn)行測(cè)試。

儲(chǔ)能電介電放電行為  

1. 典型的測(cè)試電路  

華測(cè)Huace-DCS10KV儲(chǔ)能電介質(zhì)充放電系統(tǒng)采用**設(shè)計(jì)的電容放電電路來(lái)測(cè)量，測(cè)試電路如下圖所示。在該電路中，首先將  

介電膜充電到給定電壓，之后通過(guò)閉合高速M(fèi)OS高壓開(kāi)關(guān)，存儲(chǔ)在電容器膜中的能量被放電到電阻器負(fù)載。在放電過(guò)程中電壓  

對(duì)樣品的時(shí)間依賴性可以通過(guò)檢波器進(jìn)行記錄。介電材料的儲(chǔ)能性能通常取決于放電速度，可通過(guò)改變負(fù)載電阻器的電阻來(lái)  

調(diào)節(jié)。通常測(cè)試系統(tǒng)中裝了具有不同電阻的電阻器。在測(cè)試過(guò)程中，用戶需要選擇電阻器或幾個(gè)電阻器的組合獲得得所需的  

電阻，并將電阻器或電阻的組合連接到測(cè)試的電介質(zhì)材料。在該電路中，選擇高壓MOSFET開(kāi)關(guān)以釋放儲(chǔ)存的能量非常重要。  

該開(kāi)關(guān)限制電路的*大放電速度和*大充電電壓。本套測(cè)試系統(tǒng)由放電采集電路、高壓放大器或高壓直流電源和控制計(jì)算機(jī)  

構(gòu)成。在測(cè)試中，測(cè)試人員需要通過(guò)選擇合適的電阻來(lái)確定測(cè)量的放電速度，測(cè)試樣品上的電壓可以由計(jì)算機(jī)自動(dòng)獲得。  

1、電流探頭帶寬：120MHz；  

2、峰值電流：0-100A，150 A(多種電流可監(jiān)測(cè)）；  

3、電流采集精度：1mA；  

4、高壓源模塊：3KV，5KV， 10kV，15KV多可選（電流：0-5mA）；  

5、開(kāi)關(guān)適用：100萬(wàn)次，耐壓15kV；  

6、溫控范圍：0-200℃；  

7、溫度穩(wěn)定性和精度：0.1℃；  

8、測(cè)試樣品：薄膜，厚膜，陶瓷，玻璃等；  

9、可以配合各種極化設(shè)備進(jìn)行多種壓電材料和介電材料的測(cè)試。  

1、 本系統(tǒng)采用特殊高壓開(kāi)關(guān)，通過(guò)單刀雙擲控制充電和放電過(guò)程，開(kāi)關(guān)可以承受10kV高壓，寄生電容小，動(dòng)作時(shí)間短；  

2、 電壓10kV，電流5mA；  

3、 可外接高壓放大器或高壓直流電源；  

4、 通過(guò)電流探頭檢測(cè)放電電流，可達(dá)100A；  

5、 可以實(shí)現(xiàn)欠阻尼和過(guò)阻尼兩種測(cè)試模式，欠阻尼測(cè)試時(shí)，放電回路短路，不使用電阻負(fù)載，過(guò)阻尼測(cè)試時(shí)，使用較大的高精  度無(wú)感電阻作為放電負(fù)載；

6、 可以作為一個(gè)信號(hào)源，產(chǎn)生任意波形；  

7、 通過(guò)示波器采集數(shù)據(jù)，并能直接計(jì)算儲(chǔ)能密度；  

8、 定制載樣平臺(tái)，可適用于陶瓷和薄膜樣品測(cè)試；  

9、 可以進(jìn)行變溫測(cè)試，RT~200℃；  

10、 可以進(jìn)行疲勞測(cè)試；  

11、 還可用于極化材料之用。  

電介質(zhì)充放電系統(tǒng)的測(cè)量－技術(shù)概述  

利用放電電路進(jìn)行測(cè)試  

       與P-E回滯測(cè)量類似，在放電測(cè)試之前，應(yīng)在介電材料的表面制備導(dǎo)電電極，還應(yīng)測(cè)量可用于估計(jì)測(cè)試的放電速度的弱場(chǎng)介電特性。因?yàn)樵跍y(cè)試中經(jīng)常涉及幾千伏的高電壓，所以介電材料通常浸入硅油中。測(cè)試者應(yīng)該確定他們感興趣的放電速度。放電速度可以通過(guò)樣品的低場(chǎng)電容C和負(fù)載電阻RL(RLC常數(shù)）粗略計(jì)算。一旦確定了期望的放電速度，就可以選擇負(fù)載電阻器并將其連接到  測(cè)試樣品，然后將充電電壓施加到介電材料。一旦樣品充電，然后通過(guò)按下電路盒上的放電按鈕關(guān)閉高速開(kāi)關(guān)，將儲(chǔ)存的能量釋放到負(fù)載電阻器，電阻器上電壓的時(shí)間依賴性就可由計(jì)算機(jī)自動(dòng)記錄。

       在此將以P（VDF-TrFE-CFE）三元共聚物（63／37／7.5）作為示例材料，來(lái)演示如何解釋放電結(jié)果。使用上圖所示的電路，表征三元共聚物對(duì)負(fù)載電阻器的放電行為。使用時(shí)間相關(guān)的電壓數(shù)據(jù)公式，可以計(jì)算放電能量密度的時(shí)間依賴性。圖中顯示了三元共聚物中不同充電電場(chǎng)的1MΩ負(fù)載的放電能量密度隨時(shí)間的變化?？偡烹娔芰棵芏扰c從單極P-E回路推導(dǎo)出的能量密度相當(dāng)。這里  

使用薄膜樣品的電容在1kHz下測(cè)量為約1nF。對(duì)幾種三元共聚物膜樣品進(jìn)行表征發(fā)現(xiàn)，由于極化響應(yīng)的非線性和頻率依賴性，三元共聚物的放電特性不能簡(jiǎn)單地通過(guò)RC常數(shù)來(lái)描述，其中R是電阻(R=RL+ESR)假設(shè)電容器電容不隨頻率、電場(chǎng)和RC電路的時(shí)間常數(shù)(τ=RLC+ESRXC)變化，如果RL>ESR，可以忽略ESRXC,，則放電能量密度與時(shí)間的關(guān)系如下：Uc(1)=UD(1-e-(21/t))式中，UD為放電能量。  

       為了便于比較，使用1nF的電容和1MΩ的負(fù)載電阻，利用公式來(lái)估算能量放電時(shí)間。70％能量釋放所需理論放電時(shí)間為0.6ms，50％能量釋放所需理論放電時(shí)間為0.35ms。而實(shí)驗(yàn)中，這兩種能量釋放所需放電時(shí)間分別為0.66ms和0.3ms。估計(jì)值和測(cè)量值之間的差異反映了非線性［有效介電常數(shù)在高場(chǎng)（＞100MV／m）變小］和介電響應(yīng)的頻率依賴性（介電常數(shù)在更高頻率或更短放電時(shí)間下變得更?。?。此外，ESR在高頻（或短放電時(shí)間）下很小，并且在放電后時(shí)間變長(zhǎng)。對(duì)于相同的三元共聚物薄膜電容器，其他負(fù)載電阻（(RLL分別為100kΩ和1kΩ）下放電能量密度如圖所示。正如預(yù)期的那樣，減小的RL會(huì)縮短放電時(shí)間。然而，仔細(xì)檢查實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，放電時(shí)間的減少與RL的減少不成比例。  

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