物性测量设备和物性测量方法

专利名称：物性测量设备和物性测量方法
技术领域：
本发明的实施例一般地涉及物性测量设备，用于测量使得样品变形时 在样品中产生的应力和用于测量样品的阻抗，并且涉及物性测量设备所采 用的物性测量方法。更具体地，本发明的实施例涉及用于在一次测量中同 时测量样品的动态粘弹性和介电特性的技术。
背景技术：
过去，旋转流变仪被广泛用于测量测量动态粘弹性。 一般来说，旋转 流变仪具有如下构造样品被夹在固定在流变仪设备上的下平板与具有通 过轴连接到轴承的上表面的锥形的或平的上板之间。在这样的构造中，上 板被旋转或振动，以使得样品变形，然后测量由该变形导致的应力。此时，可以改变施加到样品的旋转或振动的频率，以获得动态信息。 然后，基于该动态信息找到样品的粘弹性。在具有这样的构造的流变仪 中，空气轴承可以被用作所述轴承，以允许极小的应力可以被检测并允许 具有低粘度的样品可以被有效地测量。作为如上所述的、样品被夹在下板和上板之间的构造的替换，旋转流 变仪可以具有如下的构造外圆筒和内圆筒(或内圆柱)被同心地设置， 并且样品被注入到外圆筒和内圆筒(或内圆柱)之间的间隙之间进行测 量。在流变仪具有这样的构造的情况下，内圆筒(或内圆柱)或外圆筒被 旋转或振动，并且检测由旋转或振动导致的应力。在具有如上所述的包括一对上下板的构造的流变仪中，将样品夹在板 之间的构造可以看作是一电容器。因此，通过在板之间施加电压，可以观 察样品的介电响应。但是，在此情况下，需要以一定形式使得导体与上板 物理接触，作为电接触。如上所述，上板需要被旋转或振动，以测量样品 的动态粘弹性。具体来说，当利用现有的物性测量设备来测量样品的动态粘弹性和介电特性两者时，至少，与样品接触的两个表面由导体材料制 成，此外，使得金属夹或类似物与旋转轴接触，以建立与两个表面的电接 触。此外，在过去已经提出了一种方法，用于从作为弹性表面波之间的传 播速度和传播损耗差的测量结果所获得的值找出测量对象的液体部分的粘 度系数和介电常数，其中，所述弹性表面波在形成弹性表面传播线的梳状 电极被浸没在测量对象的液体部分中时输入。对于所提出的这种方法的更多信息，建议读者参考日本专利申请公开No. Hd 6-109710 (此后称为专利 文件1)和日本专利申请公开No. Hei 6-194346 (此后称为专利文件2)。发明内容然而，在通过使得金属夹与旋转流变仪的旋转轴接触来测量样品的介 电特性的情况下，当测量具有低粘度系数的样品时，金属夹和旋转轴之间 的摩擦变得突出，使得样品的动态响应不再能够被观察到。结果，导致动 态粘弹性的测量准确性劣化的问题。此外，在介电特性的测量中，由于旋 转轴的运动，与金属夹的接触的好坏每秒钟都在变化，并且好坏的变化成 为大的噪声。结果，导致不能正确估计样品的介电响应的问题。就是说， 使得构件与旋转轴和/或上板接触以保证与旋转轴和/或上板的电接触的方 法不期望地向动态测量和电测量引入了大的误差。应该注意，除了使得金属夹与旋转轴和/或上板接触以保证与旋转轴和 /或上板的电接触的方法之外，还存在使用水银作为轴承的方法。然而，此 方法不能测量使用空气轴承所能测量的极小的扭矩。因此，此方法的应用 非常有限。此外，因为此方法使用水银，所以从安全角度考虑，该方法不 是理想的。另一方面，在专利文件1和2中描述的测量设备被用于基于特定的模 型由声阻测量的结果测量样品的粘度系数、介电常数和电导率。然而，因 为粘度系数、介电常数和电导率不是直接测量的，所以较之直接测量所获 得的结果，该粘度系数、介电常数和电导率中的每一个的测量值的可靠性 较差。此外，专利文件1和2中所述的测量设备各自的构造导致如下问题设备不能通过改变测量频率来测量动态粘弹性。此外，专利文件1和 2中所述的测量设备各自具有被设计成没有实现高频传输线的结构。因 此，专利文件1和2中所述的测量设备都存在如下问题不能在高频范围 内(尤其是例如不低于l MHz的频率范围)以高的准确度测量介电常数和 电导率。如上所述，现有测量设备和现有测量方法不能以高的准确度在一次测 量中同时测量具有低粘度系数的样品的动态粘弹性和介电特性。具有低粘 度系数的样品的典型实例是由液态材料制成的样品和处于凝胶过程的初始 阶段的样品。此外，在具有高粘度系数的样品的情况下，需要通过抑制噪 声来提高测量准确度。为了解决上述问题，本发明的发明人发明了一种物性测量设备，其能 够以高的准确度在一次测量中同时测量样品的动态粘弹性和介电特性，并 且发明了一种用于物性测量设备的物性测量方法。根据本发明的一个实施例的物性测量设备使用以可旋转和/或可振动 状态安装的第一板；以及面对所述第一板布置并设有阻抗测量部分的第二 板，其中由变形导致的应力被测量，所述变形通过旋转或振动所述第一 板而产生，作为给予样品的变形，所述样品设置在所述第一板和所述第二 板之间的间隙中；同时，所述阻抗测量部分测量所述样品的阻抗。在根据本发明的此实施例的物性测量设备中，用于测量样品阻抗的阻 抗测量部分设置在第二板上，而不是设置在连接到旋转轴的第一板上。因 此，旋转轴不会由于阻抗测量而对样品的动态响应产生影响。此外，用于根据本发明的实施例的物性测量设备的阻抗测量部分具有 至少采用如下部分的构造绝缘层； 一对传导层，所述传导层彼此面对以 将所述绝缘层夹在中间，并且每一传导层用作高频传输线；层间断间隙， 其形成在处于靠近所述第一板那侧的所述传导层上，用于间断所述传导层 并允许所述样品的一部分引入其中，其中在所述传导层之间施加电压； 并测量由于将所述样品弓I入到所述层间断间隙而可发生变化的阻抗。作为可选的另一种方案，用于根据本发明的实施例的物性测量设备的 阻抗测量部分具有至少采用如下部分的构造绝缘层；以及一对梳状电6极，其以彼此配合的状态形成，并由固定的间隙与所述绝缘层的所述表面 隔开，其中在所述梳状电极之间施加电压；并测量由于将所述样品引入 到所述梳状电极中的一个电极和另一个电极之间的间隙而可发生变化的阻 抗。此外，根据本发明的实施例的物性测量设备中的任意一个可以具有分 析部分，其用于基于测量出的所述应力而计算所述样品的动态粘弹性； 以及基于测量出的所述阻抗而计算所述样品的介电特性。所述样品具有液体、悬浮液和凝胶态物质中的至少一种类型。根据本发明的实施例提供一种用于物性测量设备的物性测量方法，所 述物性测量设备采用以可旋转和/或可振动状态安装的第一板以及面对所述 第一板布置并设有阻抗测量部分的第二板，从而测量由变形导致的应力， 所述变形通过旋转或振动所述第一板而产生，并作为给予样品的变形，所 述样品设置在所述第一板与所述第二板之间的间隙中，同时，所述阻抗测 量部分测量所述样品的阻抗。在根据本发明的实施例的物性测量设备中，用于测量样品阻抗的阻抗 测量部分设置在第二板上，而不是设置在连接到旋转轴的第一板上。因 此，即使具有低粘度系数的样品或具有高粘度系数的样品被用作测量对 象，也能够以高的准确度在一次测量中同时测量样品的动态粘弹性和介电 特性。具有低粘度系数的样品的典型实例是液体，而具有高粘度系数的样 品的典型实例是凝胶态物质。


通过下面参考附图对于优选实施例所作的描述，本发明的实施例的这 些和其它特征将变得清楚，在附图中图1是示出了根据本发明的第一实施例的物性测量设备的构造的侧视 图的模型图；图2A是示出了根据本发明的第一实施例的物性测量设备中所使用的 下板的阻抗测量部分的俯视图，图2B是示出了沿图2A的俯视图中所示的 A-A线的横截面的视图；以及7图3是示出了根据本发明的第一实施例的物性测量设备中所使用的第二板中所嵌入的阻抗测量部分的俯视图。
具体实施方式
下面参考附图详细说明本发明的优选实施例。但是应该注意，本发明 的实施方式决不限于这些优选实施例。根据本发明的实施例的物性测量设备是用于测量样品(诸如液体、悬 浮液或凝胶态物质)的动态粘弹性和介电特性的设备。物性测量设备使用 可旋转和/或可振动的第一板和以面对第一板的状态固定在物性测量设备的 主体上的第二板。充当测量对象的样品被插入第一板和第二板之间的间隙 中。此外，根据本发明的实施例的物性测量设备还具有设置在第二板中的 阻抗测量部分。因此，在样品的动态粘弹性被测量的同时，阻抗测量部分 也能够同时测量样品的介电特性。具体来说，第一板被旋转或振动以使得 样品变形。然后，测量由于变形在样品中产生的应力。同时，设置在第二 板中的阻抗测量部分测量同 一样品的阻抗。设置在第二板中的阻抗测量部分不需要保证与第一板的电接触。此 外，阻抗测量部分可以具有任何构造，只要该构造对于样品的应力测量没 有影响。具体来说，第二板的一个特定表面是将与样品接触的表面。阻抗 测量部分具有包括多个薄膜电极的典型构造，其中每一个薄膜电极在第二板的特定表面上形成微条状线。在以不超过lMHz的频率测量介电特性而 不在更高的频率下进行测量的情况下，阻抗测量部分的电极中的每一个不 必是形成微条状线的薄膜电极。例如，阻抗测量部分的电极也可以是另一 种平面电极，其可以用于完成与分别形成微条状线的那些薄膜电极相同的 阻抗测量。具体来说，例如，阻抗测量部分具有包括梳状平面电极的典型 构造，所述梳状平面电极通过在第二板的特定表面之上(即在将与样品接 触的表面之上)进行膜创建工艺(诸如气相沉积工艺或溅射工艺)来产 生。如上所述，通过利用固定在物性测量设备的主体上的第二板，可以测 量样品的阻抗。由此，不必再使得用来建立与操作部分(诸如第一板和/或连接到第一板的旋转轴)的电连接的构件与操作部分实体接触。因此，可 以显著提高同时测量样品的动态粘弹性和介电特性两者的测量过程的准确 度。因而，可以以高准确度同时测量宽范围内的样品的动态粘弹性和介电 特性两者。上述宽范围包括从具有小的粘度系数的样品到具有大的粘度系 数的样品。具有小的粘度系数的样品的典型实例是液体，而具有大的粘度 系数的样品的典型实例是凝胶态物质。首先，下面的描述将说明根据本发明的第一实施例的物性测量设备。 在根据第一实施例的物性测量设备中所用的第二板中所形成的阻抗测量部 分具有如将在下面描述的、创建在第二板上的微条状线的结构。图1是示 出了根据本发明的第一实施例的物性测量设备10的构造的侧视图的模型 图。如图1的模型图所示，根据本发明的第一实施例的物性测量设备10采用固定在设备壳体1的基部的下板2，所述设备壳体1在从物性测量设 备10的侧面位置观察物性测量设备10时具有类似于L字符的形状。下板 2包含阻抗测量部分。在物性测量设备10的上部，通过间隙调节夹具6安 装有应力测量头4 (诸如空气轴承)。上板3以可旋转和/或可振动状态被 安装在应力测量头4上。上板3与旋转轴3a连接。上板3和下板2分别是 前面提到的第一板和第二板。物性测量设备10的设备壳体1包含多个部分，诸如控制部分、显示 部分和接口。控制部分是用于控制旋转和/或振动上板3的操作和测量扭矩 的操作的部分。显示部分是用于显示信息(诸如物性测量设备10的状态 和出错消息)的部分。接口是与物性测量设备10外部的计算机连接的部 分。上板3具有与样品5接触的部分。与样品5接触的部分具有公知的形 状，诸如盘形或锥形。可以根据充当测量对象的样品5适当地选择该部分 的公知形状。间隙调节夹具6具有允许间隙调节夹具6沿垂直方向滑动的构造。通 过改变间隙调节夹具6的垂直方向上的位置，可以调节上板3和下板2之 间的间隙。例如，当样品5被插入到上板3和下板2之间的间隙或当样品 5被从该间隙取出时，间隙调节夹具6沿向上方向移动，以增大间隙的高度。通过增大上板3和下板2之间的间隙的高度，可以容易地完成将样品 5插入到间隙中或将样品5从间隙取出的工作。此外，根据充当测量对象 的样品5的厚度，来调节上板3和下板2之间的间隙的高度。下板2具有与样品5接触的接触表面。在该接触表面上，创建微条状 线，所述微条状线包含具有极小尺寸的层间断间隙。图2A示出了根据本 发明的第一实施例的物性测量设备10所用的下板2的阻抗测量部分的俯 视图，而图2B是示出了沿图2A的俯视图中所示的A-A线的横截面的视 图。如图2A的俯视图和图2B的横截面图所示，根据本发明的第一实施例 的物性测量设备IO所用的下板2包括创建在基部7的两侧上的传导层8和 9，所述基部7由绝缘材料(诸如氧化铝)制成。传导层8和9各自由传导 材料(诸如金)制成。上传导层8被创建在与样品5接触的接触表面上。如图2A的俯视图 所示，上传导层8通常从圆形基部7的圆周上的一个边缘到同一圆周上的 另一个边缘来创建，形成沿基部7的直径的带状形状。上传导层8在预先 确定的位置处包含具有极小尺寸的层间断间隙G。例如，预先确定的位置 为用于下板2的基部7的中心点。就是说，上传导层8被层间断间隙G间 断成左右部分。另一方面，下传导层9被创建在靠近设备壳体1底部侧的表面上。下 传导层9和上传导层8将基部7夹在中间。至少，下传导层9隔着基部7 面对上传导层8。作为另一种可选方式，下传导层9被创建在靠近设备壳 体1底部侧的整个表面上。应该注意，上传导层8和下传导层9中的每一 个可以通过进行膜创建工艺(诸如气相沉积工艺或溅射工艺)来创建。如上所述，在根据本发明的第一实施例的物性测量设备10中，基部7 是绝缘层，在其两个表面上分别创建上传导层8和下传导层9，以形成高 频传输线。在具有如上所述的构造的还充当阻抗测量部分的下板2中，充 当测量对象的样品5通过采用选定的方法被引入到层间断间隙G中。在样 品5被引入到层间断间隙G的情况下，电信号被传输到传导层8和9。通 过对电信号进行预定分析，可以测量样品5的阻抗。更具体来说，在测量 样品5的阻抗的操作中，发射器在传导层8和9之间施加电压，而接收器测量通过层间断间隙G的电信号。在测量样品5的阻抗的操作过程中，下 传导层9被接地。具有上述构造的传输线(条状线)的特性阻抗由多个参数(诸如充当 基础的基部7的介电常数、基部7的厚度以及上传导层8的宽度)来确 定。通常，选择50欧姆的特性阻抗。应该注意，可以根据诸如样品5的 类型和测量条件之类的多个因素，适当地设定上传导层8的厚度和宽度、 层间断间隙G的宽度以及下传导层9的厚度。例如，如果充当基础的基部 7具有0.635 mm的厚度并且由介电常数为9.7的氧化铝制成，则上传导层 8可以由厚度为2.5微米、宽度为0.64 mm的传导材料(诸如金)制成， 而层间断间隙G的宽度可以被设为500微米。具体地，在非均相悬浮液样品(诸如由细胞悬浮液制成的样品)的物 性的测量中，如果层间断间隙G非常小，则难以将样品组分(例如细胞) 引入到层间断间隙G。在此情况下，处于紧靠层间断间隙G的位置处的样 品部分的物理性质不同于整体样品的物理性质，由此恐怕会导致测量准确 度劣化。由此，理想的是将层间断间隙G的宽度设为至少等于50微米的 值。另一方面，在某些情况下，如果层间断间隙G的宽度太大，则从发射 器经由层间断间隙G传播到接收器的电信号的幅度降低，同样使得测量的 准确度劣化。由此，理想的是将层间断间隙G的宽度设为不大于1000微 米的值。此外， 一对适配器11被设置在基部7的两侧。适配器11中的一个与 上传导层8电连接，而适配器11中的另一个与下传导层9电连接。因此， 适配器11中的每一个是置于同轴电缆12和微条状线之间的转换接口。就 是说，适配器11中的每一个与同轴电缆12连接。同轴电缆12中的一个与 发射器连接，而同轴电缆12中的另一个与接收器连接。下板2通过固定 夹具13或类似物连接到设备壳体1的底部。接着，下面的描述将说明由具有上述构造的物性测量设备IO所采用 的方法，作为用于测量样品5的介电特性的方法。在物性测量设备10 中，电压被施加在设置在下板2上的传导层8和9之间。然后，利用测量 仪器(诸如阻抗分析仪、网络分析仪或时域介电谱仪)测量由于将样品5ii引入到阻抗测量部分中的层间断间隙G而变化的阻抗。例如，阻抗测量部分通过同轴电缆12与测量仪器连接，并且阶跃脉冲被施加到微条状线。 然后，测量由层间断间隙G反射的波Sll和通过层间断间隙G的波S21。 接着，基于作为测量结果所获得的数据，分析部分(在附图中没有示出) 找出样品5的复介电常数^。下面的描述将说明作为用于分析测量数据的方法而由分析部分采用的 典型技术。样品的复介电常数6*可以根据下面给出的式l来获得。应该注 意，在式1中，符号ZJ旨代复阻抗，符号j指代虚数单位，符号"指代角 频率，符号Q指代与基部7的基体材料的测量灵敏度相关的电容。Zx-GcoWC)-1 (式1)顺便提一句，由创建在阻抗测量部分上的层间断间隙G反射的反射波 Vr和通过层间断间隙G的透射波Vt中的每一个都受到样品5的复阻抗Zx 的影响。因此，通过分析反射波K和透射波Vt，可以得到样品5的复介 电常数e*。用于得出复介电常数￡*的具体方法包括如下描述的(a)直 接方法；(b)反射/透射组合方法；以及(c)参比方法(reference method)。(a)直接方法根据直接方法，利用下面给出的式2-5中的任意一个，由输入波Vi和 反射波Vr或透射波Vt得出样品5的复介电常数e*。 _J_x a+Zl，2 6>Z0 1 + zf1 -(式2)应该注意，在上面给出的式2中，符号Vi指代频域输入波，而符号vt 指代频域透射波。频域输入波Vi可以通过对时域输入波Vi使用Laplace变 换来得出。同样，频域透射波Vt可以通过对时域透射波Vt使用Laplace变 换来得出。<formula>formula see original document page 13</formula>应该注意，在上面给出的式3中，符号Zo指代微条状线的特性阻抗。 通常，选择50欧姆的特性阻抗。通过将^设为无穷大，式2和式3分别 可以被简化为如下给出的式4和5。<formula>formula see original document page 13</formula>(b)反射/透射组合方法根据反射/透射组合方法，利用下面给出的式6，由反射波Vr和透射 波Vt得出样品5的复介电常数e*。" 2戰应该注意，式6中的量Zi可以根据下面给出的式7得出(式7)(c)参比方法根据参比方法，为了得出充当测量对象的样品5的复介电常数^，具 有已知的复介电常数 一的标准样品被测量作为参比样品。这样，可以以更 高的准确度得出充当测量对象的样品5的复介电常数e*。根据参比方法， 利用下面给出的式8-12中的任意一个，由充当参比样品的标准样品的复介电常数G*、参比样品的反射波Vn和参比样品的透射波Vrt得出充当测量 对象的样品5的复介电常数￡*。、(At = &/"tr)(式8)^一 1 x(3UlZ一i);; (1 + Z'， — -、) + j 2 W ZpQ〖1 - Z"(l -、)VJ2""i 1 g+zr"f(i - v)、+zr1)2 o z0 ca-1(1 - vk*(式9)通过将Z,设为无穷大，式8和式9分别可以被简化为如下给出的式 lO和ll。此外，通过考虑式8和9两者，可以推导出下面给出的式12。* a 、g = ￡ X t，；(X co〗i + ，2wz0q(i —、1J (式10)s争- x x {1 (i+j 2 z0 clS/) V1}(Zi — oo)(式11)(i—柳—;g(式12)除此之外，通过校正层间断间隙G的寄生电容Cr，可以实现更精确的分析。如果寄生电容Cr可以被忽略，样品5的复介电常数^与复阻抗Zx之间的关系可以由式i表示。然而，如果寄生电容c;不可忽略，则测量系统的复阻抗Zx由下面给出的式13表示z - 1(式13)通过使用两种不同的参比样品，可以由下面给出的式14或式15得出 消除了寄生电容Cr的影响的有效电容Clt)应该注意，如前面所解释的， 参比样品是具有已知的复介电常数^的样品5。2 M Zo j(Sn* - ^物—，n抓-、2t)(式M) r 一1v (vnr - "C、2 CD & j— E^*)Vri^r2r (式j 5)应该注意， 一旦通过使用上面给出的式14或式15确定了有效电容Q (有效电容是与测量灵敏度相关的电容)，式14或式15中使用的两个参 比样品之一被用作具有已知的复介电常数 一的标准样品，以便根据上面给 出的式8-12中的任意一个得出充当测量对象的样品5的复介电常数e*。另一方面，如果考虑寄生电容C;的存在，则之前给出的式6被变为下 面给出的式16。一 * , " 1「 ST聿H ,鹏隱)…肌丄! V ，T — ^」…--…—AJwZa ai+^—ft)(^ + W + ^)(式16)如上所述，在根据本发明的第一实施例的物性测量设备10的情况 下，阻抗测量部分被设置在固定在设备壳体1上的下板2中，而不需要确 保与上板3的电连接。因此，即使样品5处于液态，也可以以高的准确度 测量样品5的介电常数。此外，在物性测量设备10中，阻抗测量部分被 构造成具有外条状线的结构，而且上传导层8被形成为传导薄膜。因此， 可以完全消除由在下板2中创建阻抗测量部分(作为流体的流动障碍而出 现)所引起的流动障碍。结果，可以以高的准确度同时测量同一样品5的 粘弹性和介电特性。现有的物性测量设备不能以高的准确度同时测量同一样品5的动态粘 弹性和介电特性，尤其是在样品5为具有低粘度样品的情况下。然而，在15本实施例的情形中，不必用分开的测量过程来测量样品5的粘弹性和介电 特性。相反，可以以高的准确度在一次测量中同时测量动态粘弹性和介电 特性。然而，本发明第一实施例所提供的优点不限于可以减小测量时间长度和可以简化测量工作这样的优点。这是因为许多样品5的物性、其物性随时间等的改变一般受到多种极微量的杂质的显著影响，所述杂质由用于 制造样品引入部分的材料的物性和测量系统本身产生。例如，已知在监测血凝固的过程中，与样品5接触的物质之间的差异对血凝固的监测时间有 影响。构建处于完全相同条件下的不同测量系统来充当用于分别测量动态粘 弹性和介电特性的测量系统是极其困难的。然而，通过采用根据本发明的 第一实施例的物性测量设备10，可以在基本相同的条件下测量样品5的动 态粘弹性和介电特性。结果，可以例如对正确的测量结果进行评估以处理 样品5的动态粘弹性和介电特性。应该注意，物性测量设备10所采用来测量样品5的动态粘弹性的方 法和原理与由公知的物性测量设备(诸如旋转流变仪)所采用的相同。此 外，在根据第一实施例的物性测量设备10中，下板2被固定在设备壳体1 上，而上板3被构造成可旋转和/或可振动的。然而，本发明的实施方式决 不限于此根据第一实施例的结构。例如，相反地，上板被固定在设备壳体 上，而下板被构造成可旋转和/或可振动的。在此情况下，阻抗测量部分被 转移到处于固定状态的上板。下面将说明根据本发明的第二实施例的物性测量设备。如果用于测量 介电特性的频带被限制为不高于l MHz的频率带，则可以采用微带状线之 外的其它电极充当由微带状线所实现的高频传输线。在根据本发明的第二 实施例的物性测量设备中，阻抗测量部分被构造为一对电极，每一个电极 具有类似于梳子的形状，如图3的视图中所示的。图3是示出了根据本发 明的第二实施例的物性测量设备所用的第二板20中的阻抗测量部分的俯 视图。如图3的视图所示，根据本发明的第二实施例的物性测量设备所用的 第二板20中的阻抗测量部分是一对彼此配合的梳状电极22a和22b。梳状说明书第14/15页电极22a和22b由固定的间隙与由绝缘材料(诸如氧化铝和玻璃)制成的 基部21的特定表面隔开。基部21的该特定表面是将与样品5接触的表 面。通过设置包括以此方式彼此配合的梳状电极22a和22b的平面电极结 构，可以提高从梳状电极22a和22b泄漏到样品5的电场的强度。结果， 可以提高样品5的阻抗测量的灵敏度。梳状电极22a和22b可以通过在第二板20的特定表面之上的位置进行 膜创建工艺(诸如气相沉积工艺或溅射工艺)，由具有数微米的典型厚度 的传导金属(诸如金)来创建。此外，适配器23被设置在基部21的侧表面上，以充当处于同轴电缆 24与梳状平面电极22a和22b之间的转换接口。梳状电极22a和22b各自 的端部通过适配器23和同轴电缆24与测量仪器(诸如阻抗分析仪)连 接。在根据本发明的第二实施例的物性测量设备中，在梳状电极22a和 22b之间施加电压，以测量阻抗，该阻抗可由于将样品5引入到梳状电极 22a和22b之间的间隙而改变。通过如上所述将阻抗测量部分构造为一对 电极，其中每一个电极具有类似于梳子的形状，可以增大从梳状平面电极 22a和22b泄漏到样品5的电场(作为用于阻抗测量的泄漏电场)的强 度。由此，即使样品5具有小的介电常数，也可以以高的准确度测量样品 5的阻抗。此外，如同根据本发明的第一实施例的物性测量设备那样，在根据本 发明的第二实施例的物性测量设备中，阻抗测量部分对于样品5的流动几 乎没有影响。结果，根据本发明的第二实施例的物性测量设备也能够以高 的准确度在宽范围内同时测量样品5的动态粘弹性和介电特性，即使样品 5为非均相悬浮液体。上述的宽范围包括具有从低粘度系数到高粘度系数 的任何粘度系数的样品5。具有低粘度系数的样品5的典型实例为液体， 而具有高粘度系数的样品5的典型实例为凝胶物质。应该注意，根据本发明的第二实施例的物性测量设备的其它可能构造 和效果与在前面已经描述的根据第一实施例的物性测量设备的相同。本发明包含与2008年5月29日向日本专利局提出的日本在先专利申请JP 2008-140530相关的主题，上述申请的全部内容通过引用被包含于 此。本领域技术人员应该理解，根据设计需要和其它因素可以进行各种修 改、组合、子组合和替换，只要这些落入所附权利要求书及其等同物的范 围内。
权利要求
1.一种物性测量设备，包括以可旋转和/或可振动状态安装的第一板；以及面对所述第一板布置并设有阻抗测量部分的第二板，其中，由变形导致的应力被测量，所述变形通过旋转或振动所述第一板而产生，作为给予样品的变形，所述样品设置在所述第一板与所述第二板之间的间隙中，并且同时，所述阻抗测量部分测量所述样品的阻抗。
2. 如权利要求1所述的物性测量设备，其中，所述阻抗测量部分至少 包括绝缘层；一对传导层，所述传导层彼此面对以将所述绝缘层夹在中间，并且每 个所述传导层被用作高频传输线；和层间断间隙，其形成在处于靠近所述第一板那侧的所述传导层上，用 于间断所述传导层并允许所述样品的一部分被引入其中；在所述传导层之间施加电压，并且测量由于将所述样品弓1入到所述层间断间隙而可发生变化的阻抗。
3. 如权利要求1所述的物性测量设备，其中，所述阻抗测量部分至少 包括绝缘层；以及一对梳状电极，其以彼此配合的状态形成，并通过固定的间隙而与所 述绝缘层的处于所述第一板那侧的表面隔开； 在所述梳状电极之间施加电压，并且测量由于将所述样品弓I入到所述梳状电极中的 一个电极和另 一个电极 之间的间隙而可发生变化的阻抗。
4. 如权利要求1所述的物性测量设备，所述物性测量设备还包括 分析部分，其配置成-基于测量出的所述应力而计算所述样品的动态粘弹性；以及基于测量出的所述阻抗而计算所述样品的介电特性。
5. 如权利要求1所述的物性测量设备，其中，所述样品具有液体、悬 浮液和凝胶态物质中的至少一种类型。
6. —种用于物性测量设备的物性测量方法，所述物性测量设备采用以 可旋转和/或可振动状态安装的第一板以及面对所述第一板布置并设有阻抗 测量部分的第二板，其中，所述物性测量方法包括如下步骤测量由变形导致的应力，所述变形通过旋转或振动所述第一板而产 生，并作为给予样品的变形，所述样品设置在所述第一板与所述第二板之 间的间隙中，以及同时，通过所述阻抗测量部分进行对所述样品的阻抗的测量。
全文摘要
本发明公开了物性测量设备和物性测量方法。该设备包括以可旋转和/或可振动状态安装的第一板；面对所述第一板布置并设有阻抗测量部分的第二板，其中，由变形导致的应力被测量，所述变形通过旋转或振动所述第一板而产生，并作为给予样品的变形，所述样品设置在所述第一板和所述第二板之间的间隙中，同时，所述阻抗测量部分测量所述样品的阻抗。
文档编号G01R27/02GK101592581SQ200910141330
公开日2009年12月2日 申请日期2009年5月31日 优先权日2008年5月29日
发明者林义人 申请人:索尼株式会社