一种热力电三场耦合器件测试装置的制作方法

本实用新型涉及电学器件参数测试装置技术领域。

背景技术：

热电材料是实现热能和电能直接转换的功能性材料，以此为基础制成的热电器件在能源短缺的今天具有广泛的应用前景。而热电材料的力学性能较差，使得热电材料的使用寿命以及范围大大降低。在实际应用时，热电器件常常处于高温环境，热电器件各组件材料的热膨胀系数并不相同。在温度梯度作用下，热膨胀的不匹配将导致热电器件上热应力的产生。过大的热应力可能引起热电材料发生破坏或者各组件间的接触界面发生脱落，从而影响器件的工作性能和使用寿命。因此热电材料、热电器件的热力电参数性能测试是必不可少的。

高温压电晶体材料的研究是目前压电材料研究的一个重点方向，具有非常实际的工业需求背景。热力学性能包括密度、热膨胀、热导率和热扩散，往往影响压电器件的封装和应用。压电材料通常采取密闭封装，热力学性各向异性较强时，容易造成材料的破坏。

针对上述电学材料或者器件，热电性能测试和压电性能测试均是常规的性能参数测试项目。现有热电性能和压电性能的测试往往是在单一物理场(温度场或应力场)下进行，而忽略了材料或器件在应用时受到其他物理场的影响，其相关参数产生不同程度的偏差，甚至造成材料或器件的毁坏。而现有的多物理场耦合一般是用模拟的方法通过微分方程耦合起来，并未直接进行测试，可靠性较差。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是：如何在电学材料或者器件热电性能测试和压电性能测试过程中考虑温度场或应力场对测试的结果影响。

本实用新型解决其技术问题的解决方案是：

一种热力电三场耦合器件测试装置，包括用于改变待测样品表面所受压力的压力调节组件、用于改变待测样品两侧温度差的温度调节组件、两个与待测样品相连的电极片、控制器、电性能测试仪以及上位机，所述压力调节组件以及温度调节组件分别与控制器相连，两个所述电极片分别与电性能测试仪相连，所述控制器以及电性能测试仪分别与上位机相连。

作为上述技术方案的进一步改进，所述压力调节组件包括基座支架以及压片机，所述基座支架包括底部支撑板，中部支撑板、顶部支撑板以及连接杆，所述顶部支撑板以及底部支撑板分别置于连接杆上下两端，所述中部支撑板位于底部支撑板与顶部支撑板之间，可沿着连接杆上下移动，所述压片机包括活塞以及驱动活塞上下移动的电机，所述活塞与中部支撑板相连，所述电机与控制器相连。

作为上述技术方案的进一步改进，所述温度调节组件包括第一铸钢蓄热块、第二铸钢蓄热块以及冷却组件，所述第一铸钢蓄热块以及第二铸钢蓄热块内部均设有发热丝，所述第一铸钢蓄热块置于中部支撑板上表面，所述第二铸钢蓄热块与冷却组件相连，所述冷却组件设置在顶部支撑板下表面，两个所述电极片分别设置在第一铸钢蓄热块上表面以及第二铸钢蓄热块下表面，所述发热丝与控制器相连。

作为上述技术方案的进一步改进，所述压力调节组件还包括压力传感器以及位移传感器，所述压力传感器以及位移传感器设置在第一铸钢蓄热块和/或第二铸钢蓄热块内，所述压力传感器以及位移传感器分别与控制器相连。

作为上述技术方案的进一步改进，所述冷却组件包括吸热块以及循环水冷机，所述吸热块内部均匀地分布有水冷槽，所述水冷槽与循环水冷机相接，所述循环水冷机与控制器相连，所述吸热块上下两侧分别与顶部支撑板以及第二铸钢蓄热块相接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述基座支架还包括弹簧以及用于调节顶部支撑板位置的固定螺母，所述连接杆外周面设有与固定螺母相匹配的螺纹结构，所述固定螺母套设在连接杆上且设置在顶部支撑板上方，所述弹簧套设在连接杆上且置于顶部支撑板以及中部支撑板之间。

作为上述技术方案的进一步改进，所述顶部支撑板与冷却组件之间，以及中部支撑板与第一铸钢蓄热块之间分别设有隔热层。

作为上述技术方案的进一步改进，所述电极片与第一铸钢蓄热块之间、电极片与第二铸钢蓄热块之间均设置有云母绝缘片。

作为上述技术方案的进一步改进，所述控制器是PID控制器。

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过温度调节组件以及压力调节组件的设置，改变在热电性能测试和压电性能测试过程中待测样品所受的压力以及温度差，引入力场以及温度场作为热电性能测试和压电性能测试的影响参数，测试直观，测试所得数据可靠性强。

本实用新型用于对电学材料或器件进行热电性能测试和压电性能测试。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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说明。显然，所描述的附图只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员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设计方案和附图。

图1是本实用新型的装置结构示意图；

图2是本实用新型的电路原理图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本实用新型的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本实用新型的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本实用新型保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。

参照图1～图2，本实用新型公开了一种热力电三场耦合器件测试装置，所谓的热力电三场耦合，指的是将温度场、压力场以及电学器件本身所产生的电场互相耦合作用，所谓的器件泛指电学材料和电学器件，而不仅仅只限定背景技术中的压电材料和热电材料及其制作而成的压电器件和热电器件。

所述测试装置包括用于改变待测样品6表面所受压力的压力调节组件、用于改变待测样品6两侧温度差的温度调节组件、两个与待测样品6相连的电极片1、控制器、电性能测试仪以及上位机，所述压力调节组件以及温度调节组件分别与控制器相连，两个所述电极片1分别与电性能测试仪相连，所述控制器以及电性能测试仪分别与上位机相连。具体地，本实用新型通过温度调节组件以及压力调节组件的设置，改变在热电性能测试和压电性能测试过程中待测样品6所受的压力以及温度差，引入力场以及温度场作为热电性能测试和压电性能测试的影响参数，测试直观，测试所得数据可靠性强，而且本实用新型所述测试装置结构原理简单，成本较低，易于维护。

进一步作为优选的实施方式，本实用新型具体实施方式中，所述压力调节组件包括基座支架以及压片机25，所述基座支架包括底部支撑板21，中部支撑板22、顶部支撑板23以及连接杆24，所述顶部支撑板23以及底部支撑板21分别置于连接杆24上下两端，所述中部支撑板22位于底部支撑板21与顶部支撑板23之间，可沿着连接杆24上下移动，所述压片机25包括活塞251以及驱动活塞251上下移动的电机252，所述活塞251与中部支撑板22相连，所述电机252与控制器相连，测试过程中，需要将待测样品6置于中部支撑板22和顶部支撑板23之间。具体地，本实用新型通过控制器对电机252运行的控制，实现活塞251升降的控制，最终实现中部支撑板22对待测样品6压力的调节。

进一步作为优选的实施方式，本实用新型具体实施方式中，所述温度调节组件包括第一铸钢蓄热块31、第二铸钢蓄热块32以及冷却组件33，所述第一铸钢蓄热块31以及第二铸钢蓄热块32内部均设有发热丝34，所述第一铸钢蓄热块31置于中部支撑板22上表面，所述第二铸钢蓄热块32与冷却组件33相连，所述冷却组件33设置在顶部支撑板23下表面，两个所述电极片1分别设置在第一铸钢蓄热块31上表面以及第二铸钢蓄热块32下表面，所述发热丝34与控制器相连。本实用新型利用第一铸钢蓄热块31以及第二铸钢蓄热块32对待测样品6两侧的温度进行控制，利用冷却组件34对第二铸钢蓄热块32的温度进行控制，从而在待测样品6的两侧形成温度场。

进一步作为优选的实施方式，本实用新型具体实施方式中，所述压力调节组件还包括压力传感器29以及位移传感器28，所述压力传感器29以及位移传感器28设置在第一铸钢蓄热块31和/或第二铸钢蓄热块32内，所述压力传感器29以及位移传感器28分别与控制器相连。具体地，本实用新型通过压力传感器29检测待测样品6所受压力，利用位移传感器28检测待测样品6的形变状况，通过压力传感器29以及位移传感器28实现反馈式压力调节功能，提高压力调控效果。

进一步作为优选的实施方式，本实用新型具体实施方式中，所述冷却组件33包括吸热块以及循环水冷机，所述吸热块内部均匀地分布有水冷槽，所述水冷槽与循环水冷机相接，所述循环水冷机与控制器相连，所述吸热块上下两侧分别与顶部支撑板23以及第二铸钢蓄热块32相接。具体地，本实用新型通过控制器对循环水冷机运行的控制，实现第二铸钢蓄热块32温度的小幅度调节，最终实现待测样品6两侧温度差的精确调控。

进一步作为优选的实施方式，本实用新型具体实施方式中，所述基座支架还包括弹簧26以及用于调节顶部支撑板23位置的固定螺母27，所述连接杆24外周面设有与固定螺母27相匹配的螺纹结构，所述固定螺母27套设在连接杆24上且设置在顶部支撑板23上方，所述弹簧26套设在连接杆24上且置于顶部支撑板23以及中部支撑板22之间。实际应用中由于活塞251的升降空间有限，而待测样品6大小厚度不一，为了保证各种尺寸的待测样品6能够顺利进行测试，本实用新型通过固定螺母27以调节顶部支撑板23的高度，从而调节顶部支撑板23与中部支撑板22之间的空间，同时在连接杆24套设弹簧26，以缓冲中部支撑板22移动过程的冲击。

进一步作为优选的实施方式，为提高控制器对第一铸钢蓄热块31以及第二铸钢蓄热块32的温度控制精度，本实用新型具体实施方式中，所述顶部支撑板23与冷却组件33之间，以及中部支撑板22与第一铸钢蓄热块31之间分别设有隔热层4。

进一步作为优选的实施方式，本实用新型具体实施方式中，所述电极片1与第一铸钢蓄热块31之间、电极片1与第二铸钢蓄热块32之间均设置有云母绝缘片5。本实用新型通过云母绝缘片5以提高电极片1与第一铸钢蓄热块31之间、电极片1与第二铸钢蓄热块32之间的绝缘效果，使电性能测试仪测试结果更为准确。

进一步作为优选的实施方式，本实用新型具体实施方式中，所述控制器是PID控制器。具体地，本实用新型利用比例-积分-微分算法实现对待测样品6压力以及温度的控制，进一步提高对对待测样品6压力以及温度的控制精度。

以上对本实用新型的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。