一种基于温度控制的压电常数测试仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于温度控制的压电常数测试仪，属于压电常数测试仪领域，包括末端相对设置的上电极、下电极，和温度调节装置，所述温度调节装置的内部设置有加热装置和降温装置。与现有技术相比，本实用新型的基于温度控制的压电常数测试仪增加了温度调节装置，所述温度调节装置的内部设置有加热装置和降温装置，加热装置和降温装置配合使用，可以得到较大温度范围，使本实用新型的基于温度控制的压电常数测试仪能够在较大温度范围内对样件进行d33常数的测试。
【专利说明】—种基于温度控制的压电常数测试仪
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及压电常数测试仪，特别是指一种基于温度控制的压电常数测试仪。
【背景技术】
[0002]d33压电常数测试仪是为测量压电材料的d33常数而设计的专用仪器，如图1所示，其中5为静电计,6和10为绝缘座,9为上电极,7为下电极,8为试样，C为电容器，K为开关，C、K和I共同组成测量电路，F3为施加于试样上的力。它可用来测量具有大压电常数的压电陶瓷，小压电常数的压电单晶及压电高分子材料，此外，也可测量任意取向压电单晶以及某些压电器件的等效压电d33常数，对试样大小及形状没有特殊要求，例如圆片、圆环、圆管、方块、长条、柱形及半球壳等均可测量，测量结果和极性可以在面板表上直接显示的一种仪器。
[0003]现有的d33压电常数测试仪只能在常温状态下测试压电陶瓷的d33常数，而在实际应用中，时常需要在一定温度下对压电陶瓷等材质的d33常数进行测试，了解它们在温度变化中的性能，然而在d33测试领域，还没有一种仪器能够实现在一定温度下对样件进行d33常数的测试。
实用新型内容
[0004]本实用新型提供一种基于温度控制的压电常数测试仪，该压电常数测试仪能够在较大温度范围内对样件进行d33常数的测试。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型提供技术方案如下:
[0006]一种基于温度控制的压电常数测试仪，包括末端相对设置的上电极和下电极，以及温度调节装置，所述温度调节装置的内部设置有加热装置和降温装置。
[0007]进一步的，所述温度调节装置包括隔热陶瓷壳体和隔热陶瓷盖，所述隔热陶瓷壳体上部开有第一凹槽，所述隔热陶瓷盖盖在所述第一凹槽上，形成隔热腔；所述上电极的末端穿过所述隔热陶瓷盖伸到所述隔热腔内，所述下电极的末端穿过所述隔热陶瓷壳体的下端面伸到所述隔热腔内。
[0008]进一步的，所述隔热腔内设置有环形的导热陶瓷块，所述导热陶瓷块的环形壁贴在所述隔热陶瓷壳体的内壁上；
[0009]所述降温装置包括气体循环腔，所述气体循环腔设置在所述导热陶瓷块的环形壁的壁体内部，所述气体循环腔连接有伸出所述隔热陶瓷壳体外部的第一流入管路和第一流出管路；
[0010]所述加热装置包括电阻丝，所述电阻丝设置在所述气体循环腔内部和/或所述隔热腔底部和/或所述隔热腔的侧面。
[0011]进一步的，所述加热装置包括电阻丝，所述电阻丝设置在所述隔热腔的侧面和/或底部；
[0012]所述降温装置包括连通所述隔热腔并伸出所述隔热陶瓷壳体外部的第二流入管路和第二流出管路。
[0013]进一步的，所述隔热陶瓷壳体的下部开有第二凹槽，所述第二凹槽内设置有温度保护装置，所述温度保护装置包括位于所述第二凹槽内部并被所述下电极穿过的散热块，所述散热块的外壁贴在所述第二凹槽的内壁上；所述散热块内部设置有散热腔，所述散热腔连接有伸出所述隔热陶瓷壳体外部的第三流入管路和第三流出管路。
[0014]进一步的，所述隔热腔内部位于所述上电极末端处设置有第一热电偶，所述散热腔内部位于所述下电极表面处设置有第二热电偶。
[0015]进一步的，所述隔热陶瓷盖的中心设置有观察孔，所述观察孔通过耐热玻璃密封；所述隔热腔的内壁和所述导热陶瓷块的外壁之间的缝隙、以及所述散热块的外壁和所述第二凹槽的内壁之间的缝隙均填充有隔热材料。
[0016]进一步的，所述温度调节装置包括导热陶瓷壳体和隔热陶瓷盖，所述隔热陶瓷盖盖在所述导热陶瓷壳体的上端面，所述导热陶瓷壳体的下端面为银质金属层；所述上电极的末端穿过所述隔热陶瓷盖和导热陶瓷壳体内部并伸至所述导热陶瓷壳体的下端面上。
[0017]进一步的，所述加热装置为电阻丝，所述电阻丝设置在所述导热陶瓷壳体的侧壁内部；
[0018]所述降温装置为气体循环腔，所述气体循环腔设置在所述导热陶瓷壳体的侧壁内部，所述气体循环腔连接有伸出所述隔热陶瓷壳体外部的第四流入管路和第四流出管路。
[0019]进一步的，所述银质金属层上设置有第三热电偶。
[0020]本实用新型具有以下有益效果:
[0021 ] 与现有技术相比，本实用新型的基于温度控制的压电常数测试仪增加了温度调节装置，所述温度调节装置的内部设置有加热装置和降温装置，加热装置和降温装置配合使用，可以得到较大温度范围，使本实用新型的基于温度控制的压电常数测试仪能够在较大温度范围内对样件进行d33常数的测试。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为现有技术中的压电常数测试仪的结构原理图；
[0023]图2为本实用新型的压电常数测试仪的主视图；
[0024]图3为本实用新型的压电常数测试仪的俯视图；
[0025]图4为图3的A-A向视图；
[0026]图5为图3的B-B向视图；
[0027]图6为本实用新型的压电常数测试仪的第一种改进的剖视图；
[0028]图7为本实用新型的压电常数测试仪的第一种改进的方式I的立体图；
[0029]图8为本实用新型的压电常数测试仪的第一种改进的方式I的第一种剖视图；
[0030]图9为本实用新型的压电常数测试仪的第一种改进的方式I的第二种剖视图；
[0031]图10为本实用新型的压电常数测试仪的第一种改进的方式I的第三种剖视图；
[0032]图11为本实用新型的压电常数测试仪的第一种改进的方式2的立体图；
[0033]图12为本实用新型的压电常数测试仪的第一种改进的方式2的剖视图；
[0034]图13为本实用新型的压电常数测试仪的第二种改进的主视图；
[0035]图14为本实用新型的压电常数测试仪的第二种改进的俯视图；
[0036]图15为本实用新型的压电常数测试仪的第二种改进的立体图。
【具体实施方式】
[0037]为使本实用新型的实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
[0038]本实用新型提供一种基于温度控制的压电常数测试仪，如图2至图5所示，包括末端相对设置的上电极I和下电极2，以及温度调节装置3，温度调节装置3的内部设置有加热装置31和降温装置32。
[0039]工作时，将样件4放到上电极I和下电极2之间，通过温度调节装置3使样件4处于待测温度下，通过常规的静态测试法或者准静态测试法即可以测量得到样件4在该温度下的d33常数。
[0040]与现有技术相比，本实用新型的基于温度控制的压电常数测试仪增加了温度调节装置3，温度调节装置3的内部设置有加热装置31和降温装置32，加热装置31和降温装置32配合使用，可以得到较大温度范围，使本实用新型的基于温度控制的压电常数测试仪能够在较大温度范围内对样件4进行d33常数的测试。
[0041]作为本实用新型的一种改进，如图6所示，温度调节装置3’包括隔热陶瓷壳体33’和隔热陶瓷盖34’，隔热陶瓷壳体33’上部开有第一凹槽，隔热陶瓷盖34’盖在第一凹槽上，形成隔热腔35’；上电极I’的末端穿过隔热陶瓷盖34’伸到隔热腔35’内，下电极2’的末端穿过隔热陶瓷壳体33’的下端面伸到隔热腔35’内。
[0042]上述隔热陶瓷壳体33’和隔热陶瓷盖34’可以为多种外形，优选的，隔热陶瓷壳体33’和隔热陶瓷盖34’的外形为圆柱体、椭圆体、长方体或正方体；陶瓷壳体33’和隔热陶瓷盖34’均为隔热材料，形成密闭的隔热腔35’，样件4’位于隔热腔35’内，能够有效地防止热量散失，较好的保持某一恒定的温度。
[0043]上述加热装置31’和降温装置32’可以有多种方式，具体的:
[0044]方式1:
[0045]如图7至图10所示，隔热腔35’内设置有环形的导热陶瓷块36’，导热陶瓷块36’的环形壁贴在隔热陶瓷壳体33’的内壁上；
[0046]降温装置32’包括气体循环腔，气体循环腔设置在导热陶瓷块36’的环形壁的壁体内部，气体循环腔连接有伸出隔热陶瓷壳33’体外部的第一流入管路321’和第一流出管路 322，；
[0047]加热装置31’包括电阻丝，电阻丝设置在气体循环腔内部和/或隔热腔35’底部和/或隔热腔35’的侧面。
[0048]上述隔热腔35’和导热陶瓷块36’可以为多种外形，优选的，隔热腔35’和导热陶瓷块36’的外形为圆柱体，并且导热陶瓷块36’中心设有通孔；气体循环腔和电阻丝共同调节隔热腔35’内的温度。
[0049]电阻丝有多种设置方式，可以设置在气体循环腔内部(如图10所示)也可以设置在隔热腔35’底部(如图9所示)，还可以设置在隔热腔35’的侧面并且位于气体循环腔外部(该种方式图中未示出)，可以根据隔热腔35’的尺寸不同而选用不同的设置方式，从而达到不同的加热效果；当然，为达到较好的加热效果，实现快速升温，保证样件4’周围的温度能快速达到设备预制温度值，可以同时选用以上各种设置方式(如图8所示)；以上的各种电阻丝的设置方式都可以将隔热腔35’内部的温度控制在室温至600°C之间。
[0050]气体循环腔内可以循环液态气体或者空气，循环液态气体时，可以将隔热腔35’内部的温度控制在液态气体的液化温度至室温之间，比如，液态气体为液氮时，可以将隔热腔35’内部的温度控制在_192°C至室温之间，配合电阻丝，可以将隔热腔35’内部的温度控制在-192°C至600°C之间；循环空气时，只作为对电阻丝加热后的隔热腔35’进行散热，不会将隔热腔35’的温度降至室温以下，这样可以将隔热腔35’内部的温度控制在室温至600°C之间。
[0051]方式2:
[0052]如图11和图12所示，加热装置31’包括电阻丝，电阻丝设置在隔热腔35’的侧面和/或底部；
[0053]降温装置32’包括连通隔热腔35’并伸出隔热陶瓷壳体33’外部的第二流入管路323’和第二流出管路324’。
[0054]电阻丝可以将隔热腔35’内部的温度控制在室温至600°C之间，第二流入管路323’和第二流出管路324’直接连通至隔热腔35’，对电阻丝加热后的隔热腔35’进行散热，这样可以将隔热腔35’内部的温度控制在室温至600°C之间。
[0055]另外，根据国家标准，压电常数d33可以通过静态测试法或者准静态测试法测试得至IJ，通过准静态测试法进行测试时，下电极的下方设置有标定陶瓷，为保护标定陶瓷不被高温和低温破坏，如图7至图12所示，隔热陶瓷壳体33’的下部开有第二凹槽，第二凹槽内设置有温度保护装置，温度保护装置包括位于第二凹槽内部并被下电极2’穿过的散热块37’，散热块37’的外壁贴在第二凹槽的内壁上；散热块37’内部设置有散热腔372’，散热腔372’连接有伸出隔热陶瓷壳体33’外部的第三流入管路373’和第三流出管路374’。散热块37’和热腔372’可以为多种外形，优选的，外形为圆柱体、椭圆体、长方体或正方体。
[0056]隔热腔35’内部温度高于室温时，散热腔372’循环液态气体或空气，降低下电极2’的温度，阻止下电极2’向标定陶瓷传递热量；隔热腔35’内部温度低于室温时，散热腔372’循环空气，使下电极2’保持常温，阻止下电极2降低标定陶瓷的温度。
[0057]为实现精确地温度控制，如图7至图11所示，隔热腔35’内部位于上电极I’末端处设置有第一热电偶38’，散热腔35’内部位于下电极2’表面处设置有第二热电偶39’。
[0058]第一热电偶38’固定于散热腔35’中心，接近于上电极I’顶部，保证样件4’周围的温度精确，在下电极2’底部设置第二热电偶39’，传感下电极2’底端的温度；同时，电阻丝连接有电路控制系统，气体循环腔和散热腔372’连接有循环系统，电路控制系统和循环系统共同组成温控系统，第一热电偶38’通过第一热电偶线381’，第二热电偶39’通过第二热电偶线(未示出)连接温控系统，温控系统通过第一热电偶38’和第二热电偶39’反馈的温度信号调节气体循环腔和散热腔372’的气体流速，以及电阻丝的功率，保证样件4’周围的温度保持在待测温度，以及下电极2’底端的温度在测试过程中始终处于室温。
[0059]在测试过程中，有时候需要对样件4’进行观察，如图8至图10所示，隔热陶瓷盖34’的中心设置有观察孔341’，观察孔341’通过耐热玻璃密封，外形为圆形或方形；为了达到更好地保温效果，进一步阻止热量的散失，隔热腔35’的内壁和导热陶瓷块36’的外壁之间的缝隙、以及散热块371’的外壁和第二凹槽的内壁之间的缝隙均填充有隔热材料。
[0060]进一步的，隔热腔35’的底部设置有安装槽，如图8至图10所示，导热陶瓷块36’安装在安装槽内，并粘结将气体循环腔密封；隔热陶瓷壳体33’的上端面外圆周处设置有凹陷，隔热陶瓷盖34’的外圆周处设置有与该凹陷对应的凸起，方便隔热陶瓷盖34’的安装。
[0061]作为本实用新型的另一种改进，如图13至15所示，温度调节装置3”包括导热陶瓷壳体33”和隔热陶瓷盖34”，隔热陶瓷盖34”盖在导热陶瓷壳体33”的上端面，导热陶瓷壳体33”的下端面36”为银质金属层；上电极I”的末端穿过隔热陶瓷盖34”和导热陶瓷壳体33”内部并伸至导热陶瓷壳体的下端面36”上，样件4”的上端面接触银质金属层，下电极2”的末端抵靠在样件4”的下端面上。
[0062]导热陶瓷壳体33”的轴向截面可以为圆形、椭圆形、方形、菱形或多边形，导热陶瓷壳体33”的下端面36”为银质金属层，作为导电介质，连通上电极1”，银质金属层接触样件4”，作为一个电极，通过导热陶瓷壳体33”给样件4”加热或降温到所需温度，可以测量得到样件4”在该温度下的d33常数。
[0063]如图15所示，上述基于温度控制的压电常数测试仪的加热装置31”为电阻丝，电阻丝设置在导热陶瓷壳体33”的侧壁内部；
[0064]降温装置为气体循环腔，气体循环腔设置在导热陶瓷壳体33”的侧壁内部，气体循环腔连接有伸出隔热陶瓷壳体33”外部的第四流入管路和第四流出管路。
[0065]电阻丝可以将银质金属层的温度控制在室温至600°C之间；
[0066]气体循环腔可以循环液态气体或者空气，循环液态气体时，可以将银质金属层的温度控制在液态气体的液化温度至室温之间，比如，液态气体为液氮时，可以将银质金属层的温度控制在_192°C至室温之间，配合电阻丝，可以将将银质金属层的温度控制在_192°C至600°C之间，从而使样件4”的温度控制在-192°C至600°C之间；循环空气时，只作为对电阻丝加热后的银质金属层进行散热，不会将银质金属层的温度降至室温以下，这样可以将银质金属层的温度控制在室温至600°C之间，从而使样件4”的温度控制在室温至600°C之间。
[0067]进一步的，银质金属层上可以设置有第三热电偶，同时，电阻丝连接有电路控制系统，气体循环腔连接有循环系统，电路控制系统和循环系统共同组成温控系统，温控系统通过第三热电偶38”反馈的温度信号调节气体循环腔的气体流速，以及电阻丝的功率，保证银质金属层的温度保持在待测温度，从而使样件4”的温度保持在待测温度。
[0068]以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种基于温度控制的压电常数测试仪，包括末端相对设置的上电极和下电极，其特征在于，还包括温度调节装置，所述温度调节装置的内部设置有加热装置和降温装置。
2.根据权利要求1所述的基于温度控制的压电常数测试仪，其特征在于，所述温度调节装置包括隔热陶瓷壳体和隔热陶瓷盖，所述隔热陶瓷壳体上部开有第一凹槽，所述隔热陶瓷盖盖在所述第一凹槽上，形成隔热腔；所述上电极的末端穿过所述隔热陶瓷盖伸到所述隔热腔内，所述下电极的末端穿过所述隔热陶瓷壳体的下端面伸到所述隔热腔内。
3.根据权利要求2所述的基于温度控制的压电常数测试仪，其特征在于，所述隔热腔内设置有环形的导热陶瓷块，所述导热陶瓷块的环形壁贴在所述隔热陶瓷壳体的内壁上； 所述降温装置包括气体循环腔，所述气体循环腔设置在所述导热陶瓷块的环形壁的壁体内部，所述气体循环腔连接有伸出所述隔热陶瓷壳体外部的第一流入管路和第一流出管路； 所述加热装置包括电阻丝，所述电阻丝设置在所述气体循环腔内部和/或所述隔热腔底部和/或所述隔热腔的侧面。
4.根据权利要求2所述的基于温度控制的压电常数测试仪，其特征在于，所述加热装置包括电阻丝，所述电阻丝设置在所述隔热腔的侧面和/或底部； 所述降温装置包括连通所述隔热腔并伸出所述隔热陶瓷壳体外部的第二流入管路和第二流出管路。
5.根据权利要求3或4所述的基于温度控制的压电常数测试仪，其特征在于，所述隔热陶瓷壳体的下部开有第二凹槽，所述第二凹槽内设置有温度保护装置，所述温度保护装置包括位于所述第二凹槽内部并被所述下电极穿过的散热块，所述散热块的外壁贴在所述第二凹槽的内壁上；所述散热块内部设置有散热腔，所述散热腔连接有伸出所述隔热陶瓷壳体外部的第三流入管路和第三流出管路。
6.根据权利要求5所述的基于温度控制的压电常数测试仪，其特征在于，所述隔热腔内部位于所述上电极末端处设置有第一热电偶，所述散热腔内部位于所述下电极表面处设置有第二热电偶。
7.根据权利要求5所述的基于温度控制的压电常数测试仪，其特征在于，所述隔热陶瓷盖的中心设置有观察孔，所述观察孔通过耐热玻璃密封；所述隔热腔的内壁和所述导热陶瓷块的外壁之间的缝隙、以及所述散热块的外壁和所述第二凹槽的内壁之间的缝隙均填充有隔热材料。
8.根据权利要求1所述的基于温度控制的压电常数测试仪，其特征在于，所述温度调节装置包括导热陶瓷壳体和隔热陶瓷盖，所述隔热陶瓷盖盖在所述导热陶瓷壳体的上端面，所述导热陶瓷壳体的下端面为银质金属层；所述上电极的末端穿过所述隔热陶瓷盖和导热陶瓷壳体内部并伸至所述导热陶瓷壳体的下端面上。
9.根据权利要求8所述的基于温度控制的压电常数测试仪，其特征在于，所述加热装置为电阻丝，所述电阻丝设置在所述导热陶瓷壳体的侧壁内部； 所述降温装置为气体循环腔，所述气体循环腔设置在所述导热陶瓷壳体的侧壁内部，所述气体循环腔连接有伸出所述隔热陶瓷壳体外部的第四流入管路和第四流出管路。
10.根据权利要求9所述的基于温度控制的压电常数测试仪，其特征在于，所述银质金属层上设置有第三热电偶。
【文档编号】G05D23/22GK204009619SQ201420442111
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月6日 优先权日:2014年8月6日
【发明者】范杨雷, 崔宏超 申请人:北京派和科技股份有限公司