CN111105926A - 一种变压器的柔性压阻传感器的制备方法以及一种变压器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种变压器的柔性压阻传感器的制备方法，包括：制备基质混合液；在变压器本体的外表面上喷涂所述基质混合液以形成压阻层；在所述变压器本体的外表面上形成与所述压阻层部分层叠设置的电极形成柔性压电传感器。以上方法首先制备基质混合液，然后在变压器本体的外表面上喷涂基质混合液以在变压器本体的外表面上形成压阻层，最后再在变压器本体的外表面上形成与压阻层部分层叠设置的电极，进而最终形成柔性压电传感器。本申请制备柔性压阻传感器速度快，且形成在变压器的外表面，即使柔性压阻传感器在使用过程中发生了损坏也便于维修和更换。本申请还提供一种变压器，该变压器包括上述方法制备的柔性压阻传感器。

Description

一种变压器的柔性压阻传感器的制备方法以及一种变压器

技术领域

本申请涉及变压器的压阻传感器技术领域，特别是涉及一种变压器的柔性压阻传感器的制备方法以及变压器。

背景技术

噪音控制是输变电工程建设中必须考虑到关系周围环境和居民生活的关键问题，随着城市建设规模的不断扩大和居民对于居住环境要求越来越高的要求，电力变压器的噪声问题也逐渐成为人们关注的焦点，围绕噪音的问题产生的相关纠纷也严重影响了电网建设的顺利进行，分析变压器噪声特性以及造成噪声异常的有关原因，并以此制定噪声控制方案，对于其噪声的控制以及提高环境居住舒适性有重要的意义。本申请提供一种变压器的柔性压阻传感器的制备方法以及变压器。

发明内容

本申请提供一种变压器的柔性压阻传感器的制备方法以及变压器。

本申请采用的一个技术方案是：提供一种变压器的柔性压阻传感器的制备方法，包括：

制备基质混合液；

在变压器的外表面上喷涂所述基质混合液以形成压阻层；

在所述变压器的外表面上形成与所述压阻层部分层叠设置的电极形成柔性压电传感器。

本申请还提供一种变压器，包括变压器本体，以及形成在变压器本体上的如上所述的变压器的柔性压阻传感器。

本申请的变压器的柔性压阻传感器的制备方法中，首先制备基质混合液，然后在变压器本体的外表面上喷涂基质混合液以在变压器本体的外表面上形成压阻层，最后再在变压器本体的外表面上形成与压阻层部分层叠设置的电极，进而最终形成柔性压电传感器。本申请制备柔性压阻传感器速度快，且形成在变压器的外表面，即使柔性压阻传感器在使用过程中发生了损坏也便于维修和更换。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请变压器的柔性压阻传感器的制备方法在一实施例中的流程示意图；

图2是本申请变压器的柔性压阻传感器的制备方法在另一实施例中的流程示意图；

图3是本申请变压器在一实施例中的结构示意图；

图4是本申请变压器在另一实施例中的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

为了更好地阐述本申请的改进点，首先介绍下变压器中压阻传感器的使用背景，以及改进前压阻传感器存在的缺陷。本申请所提供的柔性压阻传感器适用于所有的变压器，尤其适合油浸式的变压器。

油浸式的变压器作为供输电点工程重要的节点，其产生的噪音往往影响周围环境，造成一定程度声音的污染，甚至变压器内部局部放电导致较大的噪声产生。在油浸式的变压器正常工作状态下，产生噪声的原因主要是由于铁芯的磁致伸缩造成的振动的声音或者是绕组发生形变、松弛造成的结构振动产生的声音，由于变压器使用年限的增长，油浸式变压器的噪声也会发生较大的变化，所以针对变压器本体噪声的监测对于变压器结构健康监测是非常重要的。

一般情况下，用于噪声监测的采用声传感器来作为主要传感器元件，常见的声传感器主要运用在空气中或者水中。对于浸油式变压器，暂时还没有一种能够长期直接工作在接触变压器油的工况下的传感器。常见的电容式传感器主要是采用压电薄膜来制作，如果接触变压器油，长期的温度和电场影响会导致压电薄膜退极化，造成传感器的失效。水下声呐、水听器等水下所使用的传感器通常是使用了橡胶材质作为密封封装材料，变压器油由于变压器带负载运行情况，温升浮动高达几十摄氏度，会造成橡胶材料的膨胀和温度灵敏度变化。所以针对浸油式变压器环境下对于传感器的要求极高。结构改进前的变压器噪音监测方法是在油浸式变压器油箱内部布置多个传感器来检测变压器噪声。结构改进前由于传感器浸润在变压器油中，体积大和通讯电缆放置在油中，这就对于变压器内部的绝缘距离有很高的要求，并且在制造过程中传感器安装需要在变压器吊罩装配之前完成，如油浸式变压器内部传感器损坏，无法做到及时更换，更换的经济成本和时间成本巨大。

结构改进前，没有特殊的传感器针对浸油式变压器这种温度变化大、有绝缘要求、抗变压器油侵蚀的工作状况下。结构改进前传感器由于温度的变化会导致传感器材料内部结构变化，从而导致传感器输出性能的变化。变压器内部器身和引线对于变压器内部结构绝缘程度要求极高，不然会造成内部局部放电，从而造成变压器内部产生由于局部放电造成故障。变压器油是矿物质油，主要成分是烷烃，环烷族饱和烃，芳香族不饱和烃等化合物，对于橡胶和膜类具有溶解作用，影响传感器的性能。安装在变压器内部的传感器如果传感器失效，更换传感器则需要对于变压器进行吊罩操作，造成经济成本和时间成本的巨大浪费。

本申请提供了一种变压器的柔性压阻传感器的制备方法，使得制备出来的柔性压阻传感器除了能够适用于一般的变压器，也能够适用与浸油式的变压器。以下通过各实施例介绍本申请。

如图1所示为本申请变压器的柔性压阻传感器的制备方法在一实施例中的流程示意图。具体地，包括步骤101至步骤103，其中：

步骤101：制备基质混合液。

步骤101中制备形成步骤102中压阻层的原材料混合在一起进行搅拌，形成基质混合液。具体地，制备基质混合混合液的成分包括两大类，一类为碳纳米导电颗粒，另一类为高分子液体。步骤101中取碳纳米导电颗粒与高分子液体混合，并进行搅拌以形成基质混合液。

可选地地，碳纳米导电颗粒例如包括碳纳米管、石墨烯或者碳黑中的至少一种。高分子液体例如包括聚偏氟乙烯(PVDF)或者(PDMF)，聚偏氟乙烯主要是指偏氟乙烯均聚物或者偏氯乙烯与其他少量含氟乙烯基单体的共聚物，它兼具氟树脂和通用树脂的特性，具有良好的耐化学腐蚀性、耐高温性、耐氧化性、耐候性、耐射线辐射性能等优良的化学性能。本申请选用它选为柔性压阻传感器的基质。

具体的步骤包括：首先，对于上述两种材料进行溶解，选用聚偏氟乙烯及其碳系掺杂物粉末粉末进行溶解。一般常温搅拌下直至完全溶解，然后掺杂入一定质量分数的纳米导电颗粒，例如石墨烯，倒入超声搅拌器中进行充分的搅拌，使其均匀分布在基质当中。当然其他实施例中，也可以采用其他机器进行搅拌，或者手动搅拌，在此不做具体限定。

具体地，在一实施例中，基质混合液中包括有机溶剂，碳纳米导电颗粒和高分子液体溶解在有机溶剂中。可选地，有机溶剂包括二甲基甲酰胺(DMF)和丙酮中的至少一者。

步骤102：在变压器本体的外表面上喷涂基质混合液以形成压阻层。

经过步骤101，形成压阻层的基质混合液已经准备好了，步骤102在变压器本体的外表面上喷涂基质混合液以形成压阻层。具体地，将制备完成的基质混合液置于喷涂设备中，最后在变压器本体的外表面上进行喷涂，形成压阻层。具体地，压阻层可以是矩形、圆形或者其他规则或者不规则形状，在此不做具体限定。可以理解地，采用喷涂的方式速度快，成膜均匀。

可以理解地，在一实施例中，在变压器的外表面上喷涂所述基质混合液以形成压阻层的步骤之前包括：在变压器即将形成所述压阻层的位置使用无水乙醇和去离子水进行清洗。进而使变压器本体表面光滑利于压阻层附着。

可选地，在一实施例中，在步骤102之后对压阻层进行加热，使得压阻层中的有机溶剂挥发。具体地，可以使用加热灯丝对于喷涂的压阻层进行加热，使溶剂中的二甲基甲酰胺(DMF)和丙酮有机溶剂进行挥发，进而使得所形成压阻层不会太软。本步骤是通过加热的方式加速了干燥的过程，其他实施例中也可以通过其他方式，例如吹风或者自然干燥的方式，在此不做具体限定。

步骤103：在变压器本体的外表面上形成与压阻层部分层叠设置的电极形成柔性压电传感器。

可以理解地，柔性压阻传感器能够工作必须要有电极。步骤102后，在变压器本体的外表面上形成与压阻层部分层叠设置的电极，进而最终形成柔性压电传感器。具体地，形成电极的材料包括金属纳米导电浆料。

通过以上方法制备的柔性压阻传感器，制备时间非常短，很快速，而且成膜均匀；另外，通过以上方法制备的柔性压阻传感器成分主要是例如PVDF高分子液体为基质掺杂例如石墨烯等碳纳米导电颗粒等，由于PVDF兼具氟树脂和通用树脂的特性，除具有良好的耐化学腐蚀性、耐高温性、耐氧化性、耐候性、耐射线辐射性能，长期使用的温度为-40～150℃。这样的基质成分恰好适应变压器运行环境，而且石墨烯等碳纳米导电颗粒具有良好的导电性、耐热性、耐气候变化性，非常适用于浸油变压器，当然也同样适用于其他类型的变压器。通过这样掺杂材料制备的传感器能够对于变压器运行和环境的变化拥有有效的耐候性，并且安装、失效后置换方便。具有质量轻、成本低廉、制备方便、性能可靠等优点。

以下讲解下压阻传感器在浸油式变压器上的工作原理，具体地，噪声信号产生的具体过程如下：浸油式变压器的噪声主要是铁芯片的磁致伸缩以及结构件的震动造成的，此外如果内部有局部放电的话，局部放电的能量会释放在变压器油当中，传递到油箱上，最后通过变压器本体外表面上的柔性压阻传感器产生信号。声波作用在固态油箱上会产生固体震动的机械波，机械波能够的油箱结构上次传播，当传播到柔性压阻传感器时，机械波会导致碳纳米导电颗粒例如石墨烯颗粒在基质中的距离变化，通过在传感器上施加电压，在石墨烯颗粒之间会产生“隧道穿透效应”，影响柔性压阻传感器的电阻率。电阻率的变化并不能直接被信号采集电路所采集，通过将柔性压阻传感器置于电桥之上，电阻的变化最终反映在电压变化上，通过采集电压的变化就能够感知到浸油式变压器噪声的信号，进而能够起到检测的作用。

参见图2为本申请变压器的柔性压阻传感器的制备方法另一实施例中的流程示意图，该方法包括步骤201至步骤205，其中步骤201、步骤202以及步骤204分别与上一实施例中的步骤101至步骤103一致，在此不做具体限定。其中：

步骤201：制备基质混合液

步骤202：在变压器本体的外表面上喷涂基质混合液以形成压阻层。

步骤203：在变压器的外表面上设置具有电极形状的掩膜，掩膜覆盖压阻层。

可以理解得，电极必须形成左右两个极，需要形成具有一定形状的结构部分与压阻层层叠，但又不能完全覆盖压阻层。步骤203通过在变压器的外表面上设置具有电极形状的掩膜，掩膜覆盖压阻层，即可使得步骤204中可以整面喷涂形成电极的材料形成电极。

步骤204：在变压器本体的外表面上形成与压阻层部分层叠设置的电极形成柔性压电传感器。

步骤205：去除掩膜。

可以理解地掩膜只是为了更快速、更方便形成电极，并形成形状较为理想的电极。在形成电极之后即可去除掩膜。

参见图3本申请还提供一种变压器100，该变压器100包括变压器本体10，以及形成在变压器本体10上的如以上实施例所阐述的柔性压阻传感器20，柔性压阻传感器20包括压阻层22以及和压阻层22部分重叠设置的电极24。本申请采用以上结构主要解决在变压器监测过程中传感器密度低、传感器粘贴不可靠性强、传统传感器重量大等问题，采用了喷涂式压阻传感器，该传感器具有质量轻、成本低廉、制备方便、性能可靠等优点。

进一步，可选地，在另一实施例中，该变压器100可包括多个柔性压阻传感器20，多个柔性压阻传感器20分别固定在变压器本体10的外表面上的不同位置，如图4所示。进而能够多方位的检测变压器本体10的噪声。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种变压器的柔性压阻传感器的制备方法，其特征在于，包括：

制备基质混合液；

在变压器本体的外表面上喷涂所述基质混合液以形成压阻层；

在所述变压器本体的外表面上形成与所述压阻层部分层叠设置的电极形成柔性压电传感器。

2.根据权利要求1所述的变压器的柔性压阻传感器的制备方法，其特征在于，所述制备所述基质混合液的步骤包括：

取碳纳米导电颗粒与高分子液体混合，并进行搅拌以形成所述基质混合液。

3.根据权利要求2所述的变压器的柔性压阻传感器的制备方法，其特征在于，所述碳纳米导电颗粒包括碳纳米管、石墨烯或者碳黑中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的变压器的柔性压阻传感器的制备方法，其特征在于，所述在所述变压器的外表面上形成与所述压阻层部分层叠设置的电极形成柔性压电传感器的步骤之前包括：

在所述变压器的外表面上设置具有电极形状的掩膜，所述掩膜覆盖所述压阻层；

所述在所述变压器的外表面上形成与所述压阻层部分层叠设置的电极形成柔性压电传感器的步骤之后包括：

去除所述掩膜。

5.根据权利要求1所述的变压器的柔性压阻传感器的制备方法，其特征在于，所述在变压器的外表面上喷涂所述基质混合液以形成压阻层的步骤之前包括：

在所述变压器即将形成所述压阻层的位置使用无水乙醇和去离子水进行清洗。

6.根据权利要求1所述的变压器的柔性压阻传感器的制备方法，其特征在于，形成所述电极的材料包括金属纳米导电浆料。

7.根据权利要求1-6任一项所述的变压器的柔性压阻传感器的制备方法，其特征在于，所述基质混合液中包括有机溶剂。

8.根据权利要求7所述的变压器的柔性压阻传感器的制备方法，其特征在于，所述在变压器的外表面上喷涂所述基质混合液以形成压阻层的步骤之后包括：

对所述压阻层进行加热，使得所述压阻层中的有机溶剂挥发。

9.一种变压器，其特征在于，包括变压器本体，以及形成在变压器本体上的如权利要求1-8任一项所述的变压器的柔性压阻传感器。

10.根据权利要求9所述的变压器，其特征在于，包括多个所述柔性压阻传感器，分别在所述变压器本体的外表面上的不同位置。

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