专利名称：人造金刚石合成参数测试仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及人造金刚石合成参数测试技术领域。
人造金刚石合成过程中，无法直接测量超高压合成腔内的压力和温度数值，而是通过测量合成压机施加给合成腔的油压及加热功率来确定人造金刚石的合成条件和参数。在实践中，目前普遍采用D26W动圈式功率表测量加热功率，其优点是测量装置简单，设备费用低，但也明显存在着一些不足的地方。其一，测量精度低。这种装置测量加热功率的精度只能达到0.5瓦。本实用新型的设计者用铂铑——铂电偶对超高压合成腔内温度与外加电功率进行测量校正，发现加热功率变化0.5瓦时(此数系功率表读数)，其合成腔内温度变化△T＝100℃，而人造金刚石的合成温度变化范围约61℃。可见，测量误差将导致合成腔内温度的大幅度偏差。其二，低功率测试困难，所测得的功率不能完全真实地代表合成腔所获得的加热功率(参看附图1)。由于D26W功率表在低功率测量时，相对误差极大，因此功率表都是从大电流变压器T2的输入端取得电压数据，从互感器取得电流数据。这样所测得的功率必然包含变压器T2、加热铜带、顶锤及合成腔等整个大电流加热系统所消耗的功率。而加热电流很大，约2000A，合成腔电阻很小，合成腔以外的其他部份功率消耗相对很大，不能忽略不计。这样，所测得的功率不能很好地反映合成腔内的温度变化，给金刚石合成条件的控制带来了困难，至使工厂生产的重复性差。
本实用新型采用全集成化电路，对测量信号进行电子放大，计算处理及数字显示，完全克服了已有技术的缺点，其精度比已有技术至少提高一个数量级，并能获得真实反映腔体温度的加热“内耗功率”。同时，测量线性、读数准确性及功率测量的重复性都比已有技术有明显提高。特别是本实用新型能够准确地测定合成腔内电阻率参数，这是已有技术所不能够测试的。合成腔内的电阻率的变化，是合成腔内石墨向金刚石转换的外部信息，通过它的测量，能了解到触媒金属向石墨的渗透，金刚石的成核、生长等重要情报，对于从事人造金刚石合成的科研，本实用新型是极有力的工具。
本实用新型的目的在于避免已有技术的不足之处，而提供一种能直接从靠近合成腔两端的顶锤处取得电压数据，然后进行低功率精确测量，可测定人造金刚石合成液压机加热系统加给超高压合成腔的“内耗功率”、电流、电压及合成腔样品的电阻率等合成参数的测试仪。
本实用新型的技术要点是采用CMOS集成块电路，将测得的交流低电压及电流进行线性检波，有效值量化处理，然后进行模拟乘除运算，最后用数字和连续表头两种方式显示，其数据也可以用记录仪连续记录。利用按扭开关可实现功率(P)、电阻率(R)、电流(I)、及电压(V)的数显转换。本实用新型属于组合发明，它由电压输入级、电流输入级、模拟运算级、数显电路、电表指示电路和电源电路构成，电压输入级的信号入口与合成压机顶锤上靠近合成腔的交流低电压信号采集点接通，在该电压输入级内，W1R1R2D1D2及IC1一部分构成电压信号的同相输入跟随器及线性半波检波器，R3R4R5C1及IC1的另一部分构成积分电路，实现信号低通滤波及有效值量化，输出直流电压数值信号；电流输入级的信号入口与合成压机的互感器接通，感应交流电流信号进入该级，在该电流输入级内，由R8R9构成电流电压转换电路，W2R10R11D3D4及IC2一部分构成电压信号的同相输入跟随器及线性半波检波器，R12R13R14C2及IC2另一部分构成积分电路，输出直流电压数值信号；模拟运算级的信口入口分别与电压输入级和电流输入级的信号出口接通，在该级内，通过IC1、IC2的部分运放和IC3的部分运放，与BG1BG2BG3BG4R6R7C3C4R15R16R17R18R19R20R21D5D6W3W4构成温度稳定性很高的乘除法电路，对输入的交流电的电压和电流有效值进行乘除模拟运算，输出运算结果信号；信号入口与模拟运算级信号出口接通的数显电路，由R28R29构成分压器，IC4及其它附加电阻电容构成模／数转换电路，构成3 1/2 位数显示，由LED数字显示乘除运算结果和输入的交流电的电压和电流有效值；电表指示电路的信号入口与模拟运算级信号出口连接，它由IC3一部分运放及R23R24R25和表头构成。指示电流输入级输出的有效值直流电压；电源电路由电源变压器、全桥滤波电容、集成稳压块构成，将交流电转换成直流电，同时为电压输入级、电流输入级、模拟运算级、数显电路提供直流电源。
在本实用新型的电压输入级和电流输入级中，W1R1R2D1D2及IC1一部分构成电压信号的同相输入跟随器及线性半波检波器，其中同相输入跟随器可使电路输入阻抗大为提高，该线性检波电路克服了一般分离元件电路的非线性特点，特别是在小信号时具有明显的优越性。在模拟运算级中，用按扭开关K实现乘法或除法的转换，在数显电路中也是用按扭开关K分别实现I、V、P、R的显示转换，操作十分方便。在电表指示电路中，其中表头刻度与压机上的D26A电表指示一致，但由于采用了集成电路，表头的指示又是等分的，这对于小电流读数显得特别优越。电源电路由电源变压器、全桥滤波电容、集成稳压块组成。其电压稳定性高于分离元件稳压电路，结构又特别简单。
本实用新型与已有技术相比具有以下比较突出的优点(1)测量精度高，比已有技术高一个数量级，功率测量可达0.01瓦。
(2)能够测量较真实地反映合成腔内温度变化规律的合成腔“内耗功率”。
(3)能测定合成腔内电阻率参数。
(4)仪器具有性能稳定可靠，使用方便，耗能低，体积小等优点。
以下结合
，给出本实用新型的一个实施例。
附图1是已有技术测试人造金刚石合成参数时的示意图。(1)是合成腔，(2)是顶锤，(3)是加热铜带，T1是调压变压器，T2是大电流变压器，L是电流互感器，(W)是D26W动圈式功率表，(A)是D26A动圈式电流表，(V)是电压表。
附图2是用本实用新型测试人造金刚石合成参数时的示意图。(1)是合成腔，(2)是顶锤，(3)加热铜带，(4)是本实用新型所揭示的人造金刚石合成参数测试仪。T1是调压变压器，T2是大电流变压器，L是电流互感器。
附图3是本实用新型的电路方框图，(5)电压输入级、(6)电流输入级、(7)模拟运算级、(8)数显电路、(9)电表指示电路、(10)电源电路。
附图4是本实用新型的电路详图，图中每个虚线封闭线所包含的电路为一个单元电路。(5)为电压输入级，其中W1R1D1D2及IC1一部份构成电压信号的同相输入跟随器及线性半波检波器，R3R4R5C1及IC1另一部份构成积分电路。所用的集成块IC1为市售产品，型号为LM124。本单元电路把从合成压机顶锤靠近合成腔处取得的交流低电压进行放大，线性检波，有效值量化处理，然后向模拟运算级提供直流电压数值信号。(6)为电流输入级，其中R8R9构成电流向电压转换的电路，W2R10R11D3D4及IC2的一部份构成电压信号的同相输入跟随器及线性半波检波器，R12R13R15C2及IC2的另一部份构成积分电路。所用的集成块IC2为市售产品，型号为LM124。本单元电路把从合成压机的互感器上取得的感应交流电流，进行电流电压转换，电压放大，线性检波及有效值量化处理，然后向模拟运算级提供直流电压数值信号。(7)为模拟运算级，其中IC1、IC2、IC3的部份运放及BG1BG2BG3BG4R6R7C3C4R15R16R17R18R19R20R21D5D6W3W4构成温度稳定性很高的乘除电路，由按扭开关K实现乘法或除法的转换。所用的集成块IC3为市售产品，型号为LM124。本单元电路把电压输入级提供的交流电压有效值，和电流输入级提供的交流电流有效值进行模拟乘除运算，把运算结果的信息提供给数显电路显示。(8)为数显电路，其中R28R29构成分压器，IC4及其他附加电阻电容构成模／数转换电路，采用LED数字显示板显示，构成3 1/2 位数显示，由按扭开关K分别实现I、V、P、R的显示转换。(9)为电表指示电路，由IC3部份运放与R22R23R24R25和表头
构成直流表电路，它的任务是把电流输入级输出的有效值直流电压，用电流表指示，代表加热电流。(10)为电源电路，由电源变压器，全桥，滤波电容，集成稳压块组成。集成稳压块为市售产品，型号分别为CW7815，CW7915，和CW7805，它们功能是为集成块电路，LED面板表等提供所需的直流稳定电压。
权利要求1.一种人造金刚石合成参数测试仪，其特征在于该测试仪由电压输入级(5)、电流输入级(6)、模拟运算级(7)、数显电路(8)、电表指示电路(9)和电源电路(10)构成，电压输入级的信号入口与合成压机顶锤(2)上靠近合成腔(1)的交流低电压信号采集点接通，在该电压输入级内，W1R1R2D1D2及IC1一部分构成电压信号的同相输入跟随器及线性半波检波器，R3R4R5C1及IC1的另一部分构成积分电路。实现信号低通滤波及有效值量化，输出直流电压数值信号；电流输入级的信号入口与合成压机的互感器(L)接通，感应交流电流信号进入该级，在该电流输入级内，由R8R9构成电流电压转换电路，W2R10R11D3D4及IC2一部分构成电压信号的同相输入跟随器及线性半波检波器，R12R13R14C2及IC2另一部分构成积分电路，输出直流电压数值信号；模拟运算级的信号入口分别与电压输入级和电流输入级的信号出口接通，在该级内，通过IC1、IC2的部分运放和IC3的部分运放，与BG1BG2BG3BG4R6R7C3C4R15R16R17R18R19R20R21D5D6W3W4构成温度稳定性很高的乘除法电路，对输入的交流电的电压和直流有效值进行乘除模拟运算，输出运算结果信号；信号入口与模拟运算级信号出口接通的数显电路，由R28R29构成分压器，IC4及其它附加电阻电容构成模/数转换电路，构成3 1/2 位数显示，由LED数字显示乘除运算结果和输入的交流电的电压和电流有效值；电表指示电路的信号入口与模拟运算级信号出口连接，它由IC3一部分运放及R23R24R25和表头构成，指示电流输入级输出的有效值电流电压；电源电路由电源变压器、全桥滤波电容、集成稳压块构成，将交流电转换成直流电，同时为电压输入级、电流输入级、模拟运算级、数显电路提供直流电源。
专利摘要本实用新型属于组合发明，是用来测量人造金刚石合成参数的仪器，它由电压输入级、电流输入级，模拟运算级、数显电路、电表指示电路、电源电路构成，电压输入级从合成压机顶锤靠近合成腔处采集电压信号，电流输入级从合成压机的互感器上取得电流信号，因而所测得的合成腔内耗功率能较真实地反映合成腔内的温度，还可测量反映人造金刚石合成生长状况的合成腔内电阻率，测量精度比已有技术高一个数量级。
文档编号G01N25/20GK2082860SQ9021488
公开日1991年8月14日 申请日期1990年8月31日 优先权日1990年8月31日
发明者罗湘捷 申请人:成都科技大学