能够测量样品温度的样品操纵杆的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种能够测量样品温度的样品操纵杆，所述样品操纵杆包括：固定端部，用于将所述样品操纵杆固定在测试设备的样品腔内；延伸杆，所述延伸杆的一端连接到所述固定端部；以及用于安置样品的样品杆，所述样品杆连接到所述延伸杆的另一端，所述样品杆包括用于测量所述样品的温度的温度传感器。本实用新型提供的样品操纵杆可以通过内置的温度传感器来直接测量样品的温度，很好地满足用户的快速测量需求。
【专利说明】
能够测量样品温度的样品操纵杆
技术领域
[0001]本实用新型一般地涉及磁测量领域，更具体地，涉及一种能够测量样品温度的样品操纵杆。
【背景技术】
[0002]基于“磁热效应”(MCE)的磁制冷是冷媒制冷、蒸汽循环制冷等传统制冷技术的一种有希望的替代方法。为了寻求良好的制冷效率，人们需要研究各种材料的磁热性能，这就需要在极端条件下测试各种材料的薄膜或块体样品的磁场温度曲线。例如，可以使用样品操纵杆将某种材料的样品送入测试设备，通过该测试设备向样品施加高真空、极低温和强磁场等条件，从而获得该材料在磁场下的温度变化。
[0003]由于传统的测试设备中仅仅装备有用于测量样品腔内环境温度的温度传感器，并无法直接获取样品的温度特性，所以目前，通常的磁热性能的测量操作是:通过测试设备测量某种样品的多条磁滞回线和它的比热，然后通过对磁滞回线进行数学运算得到该样品的热量，再通过该样品的质量、热量和比热来计算出该样品的温度变化，最终获得该样品的磁场温度曲线。但是，在上述测量操作中，无论是磁滞回线的测量、还是比热的测量都要花费大量的时间。例如，通常来说，测量磁滞回线需要花费一整天的时间，而测量比热更是需要花费数天的时间。
[0004]因此，传统的磁热性能测量操作的测量时间冗长，测量效率低，无法很好地满足用户的需求。
【实用新型内容】
[0005]为了克服现有技术存在的缺点和不足，本实用新型的一个方面在于提供一种样品操纵杆，其能够方便快捷地测量样品温度。
[0006]根据本实用新型的一示范性实施例，提供了一种能够测量样品温度的样品操纵杆，所述样品操纵杆包括:固定端部，用于将所述样品操纵杆固定在测试设备的样品腔内；延伸杆，所述延伸杆的一端连接到所述固定端部；以及用于安置样品的样品杆，所述样品杆连接到所述延伸杆的另一端，所述样品杆包括用于测量所述样品的温度的温度传感器。
[0007]在一个实施例中，所述样品操纵杆还可以包括:第一导线和第二导线，所述第一导线和所述第二导线从所述固定端部一侧延伸到所述样品杆一侧，以用于连接到所述温度传感器。
[0008]在一个实施例中，所述延伸杆可以具有从其一端延伸到另一端的第一空心通道，所述第一导线和所述第二导线从所述固定端部一侧穿过所述第一空心通道延伸到所述样品杆一侧。
[0009]在一个实施例中，所述固定端部可以具有第二空心通道，所述第二空心通道与所述第一空心通道相连通，所述第一导线和所述第二导线从所述固定端部以外依次穿过所述第二空心通道和所述第一空心通道延伸到所述样品杆一侧。
[0010]在一个实施例中，所述样品杆可以具有第三空心通道，所述第三空心通道与所述第一空心通道相连通，所述第一导线和所述第二导线从所述固定端部一侧依次穿过所述第一空心通道和所述第三空心通道连接到所述温度传感器。
[0011]在一个实施例中，所述样品杆可以包括:用于安置所述样品的样品座，所述温度传感器设置在所述样品座上并且与所述样品直接和/或间接接触；以及连接头，所述连接头的一端连接到所述延伸杆，并且所述连接头的另一端连接到所述样品座。
[0012]在一个实施例中，所述样品座可以包括:本体，其上形成有凹槽和围绕所述凹槽的侧壁，所述温度传感器设置在所述凹槽内，所述温度传感器上覆盖有导热材料，所述样品能够安置在所述导热材料上。
[0013]在一个实施例中，所述导热材料的外表面可以低于围绕所述凹槽的侧壁的外表面或者与之齐平。
[0014]在一个实施例中，所述固定端部可以用于密封所述样品腔，使得所述样品腔能够成为与外部隔绝的真空腔。
[0015]在一个实施例中，所述固定端部、所述延伸杆、和所述样品杆中的两者或全部可以可拆卸地彼此连接。
[0016]与现有技术相比，采用根据实用新型实施例的样品操纵杆，可以通过内置的温度传感器来直接测量样品的温度，从而方便快速地获得该样品的磁场温度曲线，缩短了样品磁热性能的测量操作的测量时间，提高了测量效率，很好地满足用户的快速测量需求。
[0017]本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其它优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
【附图说明】
[0018]附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中:
[0019]图1示出了根据本实用新型第一实施例的样品操纵杆的视图。
[0020]图2示出了根据本实用新型一实施例的样品座的结构图。
[0021 ]图3示出了根据本实用新型第二实施例的样品操纵杆的视图。
[0022]图4示出了根据本实用新型第三实施例的样品操纵杆的视图。
[0023]图5示出了根据本实用新型第四实施例的样品操纵杆的视图。
【具体实施方式】
[0024]将参照附图详细描述根据本实用新型的各个实施例。这里，需要注意的是，在附图中，将相同的附图标记赋予基本上具有相同或类似结构和功能的组成部分，并且将省略关于它们的重复描述。
[0025]本实用新型的主要构思在于，在与测试设备配套使用的样品操纵杆上设置温度传感器，通过该温度传感器来直接测量样品的温度特性，以供后续使用。
[0026]根据本实用新型实施例的设置有温度传感器的样品操纵杆可用于将某种材料的样品送入测试设备，该测试设备可以是各种类型的测量设备。例如，该测试设备能够用于向样品施加高真空、极低温和强磁场等条件，以便在实验条件下测试诸如常规金属或半导体材料之类的各种材料的薄膜或块体样品的物理和化学性质。
[0027]具体地，该测试设备可以是基于超导量子干涉仪(SQUID)的磁学性质测量设备(MPMS)，其具有很高的磁矩测量精度，可以很好地对材料样品的磁性质进行表征。替换地，该测试设备也可以是综合物性测量系统(PPMS)，其是集热、电、磁等多种物性测量能力于一身的现代测量仪器，可以在很大温度范围、以很广的磁场范围对多种材料的磁学、电学等物性进行高精度的测量。显然，本实用新型不限于此，该测试设备也可以是需要使用样品操纵杆来将样品送入样品腔的任何其它设备。
[0028]图1示出了根据本实用新型第一实施例的样品操纵杆100的视图。
[0029 ] 如图1所示，样品操纵杆100可以包括固定端部110、延伸杆120和样品杆130。例如，该样品操纵杆100可以是通过注塑等方式一体成形的，而该固定端部110、延伸杆120、和该样品杆130可以是该样品操纵杆的各组成部分。替换地，该固定端部110、延伸杆120、和该样品杆130也可以是独立部件，并通过粘合、铆合等方式固定在一起而形成该样品操纵杆100。
[0030]固定端部110可用于将样品操纵杆100固定在测试设备的样品腔内。例如，该固定端部110可以仅仅起到简单的固定作用。进一步地，所述固定端部110还可以用于密封所述测试设备的样品腔，使得所述样品腔能够成为与外部隔绝的真空腔。替换地或附加地，在测试设备提供振动样品磁强计(VSM)功能的情况下，该固定端部110还可以用于连接到致动器(未示出)。致动器可以提供振动运动或者匀速移动，以带动样品操纵杆100以及样品操纵杆100上的样品200—起运动，进而实现磁测量。通常地，固定端部110可具有圆柱形状，并且可以由非磁材料形成，例如，诸如铝、铜、304不锈钢之类的非磁金属和诸如塑料、石英之类的非磁绝缘体。
[0031]延伸杆120的一端可以连接到固定端部110，并且可以具有预定的长度以将样品200置于样品腔中的预定位置，例如，使得样品200处于测试设备中装备的磁铁的极头之间的均匀磁场中。延伸杆120可具有圆柱或圆锥台形状，并且可以由任意非磁材料形成。
[0032]样品杆130连接到所述延伸杆120的另一端，并且可以用于安置样品200。在本实用新型的实施例中，为了简化诸如磁热性能之类的测量操作，所述样品杆130可以包括用于测量所述样品200的温度的温度传感器140。该温度传感器140可以设置在样品杆130上的样品200附近以感测该样品200本身的温度，而非样品腔内的环境温度。
[0033]具体地，如图1所示，所述样品杆130可以包括连接头131和样品座132。
[0034]该连接头131可以是样品杆130的一个单独部分，或简单地，也可以是样品杆130与延伸杆连接一侧的根部。该连接头131的一端可以连接到所述延伸杆120，并且所述连接头131的另一端可以连接到所述样品座132。
[0035]该样品座132可以用于安置所述样品200，并且所述温度传感器140可以设置在所述样品座132上所述样品200的附近，以用于测量样品200的温度。
[0036]图2示出了根据本实用新型一实施例的样品座132的结构图。
[0037]如图2所示，该样品座132可包括本体134，本体134上可以形成有凹槽135和围绕凹槽135的侧壁136。在一些实施例中，所述凹槽135可以是正方体或长方体形状的，而侧壁136可以从四个侧面、三个侧面、两个侧面或者甚至一个侧面围绕凹槽135。然而，本实用新型不限于此。例如，所述凹槽135也可以是圆柱体或椭圆柱体形状的，而侧壁136可以从整个圆弧或部分圆弧的侧面围绕凹槽135。温度传感器140可以设置在凹槽135内。可以用导热材料137覆盖温度传感器140，导热材料137具有高导热性，例如可以是镀金层(金箔)，并且样品114可以安置在导热材料137的外表面上，从而温度传感器140可以敏锐地感测样品114的温度。导热材料137可具有平坦的外表面以用于安置样品114。导热材料137的外表面可以高于或低于侧壁136的外表面，或者与之齐平。在一些实施例中，侧壁136可以从四个侧面围绕凹槽135，并且导热材料137的外表面可以低于侧壁136的外表面，从而可以方便地将各种样品200安置在导热材料137上。
[0038]这样，样品座132中的温度传感器140可以直接获得样品200的温度，而无需繁琐地测量该样品200的磁滞回线和它的比热。这样，可以使得测试设备能够快速地获得该样品的磁场温度曲线，缩短了样品磁热性能的测量时间，提高了测量效率，很好地满足用户的快速测量需求。
[0039]在样品座132中，该温度传感器140可以采用接触式和/或非接触式温度传感器。接触式温度传感器可以与被测样品200直接和/或间接接触，通过传导或对流达到热平衡，从而得到被测样品200的温度。非接触式温度传感器可以与被测样品200互不接触，而是采用基于包括亮度法、辐射法和比色法的辐射测温法来测量样品200的温度。
[0040]另外，该温度传感器140可以通过有线或无线地方式将温度测量值传递给测试设备或其它设备。在无线方式的情况下，该样品操纵杆100可以进一步包括通信模块(未示出)，以便通过发射无线信号来传输温度测量值。
[0041]相反地，在有线方式的情况下，样品操纵杆100还可以包括第一导线151和第二导线152，如图1所示。例如，所述第一导线151和所述第二导线152从所述固定端部110—侧延伸到所述样品杆130—侧，以用于连接到所述温度传感器140。如图2所示，在样品座132中，连接温度传感器140的第一导线151和第二导线152可以穿过侧壁136或者从凹槽135的边缘延伸到样品座132以外。所述第一导线151和所述第二导线152的另一头可以连接到插头153(或插针等)，进而可以连接到测试设备上，以便向测试设备传送测量值，从而可以进一步结合磁场的特性指标而获得该样品的磁热性能等。
[0042]在第一实施例中，如图1所示，所述第一导线151和所述第二导线152可以直接暴露在该样品操纵杆100的外部。例如，在第一导线151和第二导线152较长时，它们可以简单地缠绕该在样品操纵杆100上。替换地或附加地，它们也可以通过诸如绑带、卡扣之类的固定件而附着于样品操纵杆100上，以便出现缠绕、打结等。
[0043]尽管在第一实施例中以第一导线151和第二导线152暴露在该样品操纵杆100的外部为例进行了说明，但是本实用新型不限于此。例如，所述导线也可以全部或部分地设置在样品操纵杆内部，以保护导线免受磨损。
[0044]图3示出了根据本实用新型第二实施例的样品操纵杆100的视图。如图3所示，第二实施例与第一实施例的区别之处在于:在该样品操纵杆100内可以设置有一贯穿固定端部110、延伸杆120和样品杆130的空心通道，使得第一导线151和第二导线152可以方便地穿过样品操纵杆100，连接到样品杆130上的温度传感器140，从而能够方便地进行测量样品200的温度，同时还能够保护导线并且防止它们对样品腔内磁场的潜在影响。
[0045]在上文中，在第一实施例和第二实施例中以该固定端部110、延伸杆120、和该样品杆130固定连接在一起为例进行了说明，但是，本实用新型不限于此。例如，方便起见，该固定端部110、延伸杆120、和该样品杆130中的两者或全部也可以是独立部件，并且可拆卸地彼此连接，以便于更换损坏的部件，或者替换具有不同长度的延伸杆120，以用于具有不同深度的样品腔等。
[0046]图4示出了根据本实用新型第三实施例的样品操纵杆100的视图。如图4所示，样品操纵杆100包括固定端部110、延伸杆120和样品杆130，它们是独立部件，并且相互之间可以可拆卸地彼此连接。
[0047]如图4所示，固定端部110可包括固定盘111和突出部112。例如，该固定盘111可以起到固定样品操纵杆100的作用。此外，该固定盘111还可以起到密封样品腔和/或连接到用于致动样品操纵杆100的致动器(未示出)的作用。该突出部112从固定盘111延伸出来。在图4所示的实施例中，固定盘111和突出部112均可具有圆形形状。具体而言，固定盘111可以具有圆柱形状，突出部112可以具有圆锥台形状。
[0048]延伸杆120可以具有空心圆柱或圆锥台结构，其具有从其一端延伸到另一端的第一空心通道123。固定端部110的突出部112可以插入到延伸杆120的一端的第一空心通道123中，通过过盈配合而使两者彼此连接。在一些实施例中，还可以使用例如502胶水之类的粘接剂而将两者彼此固定连接。在另一些实施例中，还可以通过例如利用螺纹结构之类的其它方式来连接延伸杆120和固定端部110两者。延伸杆120的另一端可以包括有连接端部122，其内壁可以形成有内螺纹。连接端部122可以通过例如胶水固定连接到延伸杆120的主体部分。延伸杆120的主体部分例如可以由碳纤维材料形成，而连接端部122可以由耐低温的材料诸如塑料形成，以避免在低温条件下(例如在SQUID设备中)开裂。在另一些实施例中，延伸杆120也可以具有一体结构，内螺纹可以直接形成在该一体结构的末端的内壁中。
[0049]延伸杆120的连接端部122可用于连接样品杆130。具体而言，样品杆130可包括连接头131和固定连接到连接头131的样品座132。连接头131同样可以由耐低温的材料诸如塑料形成，以避免在低温条件下开裂。在一些实施例中，延伸杆120的连接端部122和样品杆130的连接头131可以由相同的材料形成。连接头131可以具有外螺纹，以用于连接到延伸杆120的连接端部122。样品座132可以由非磁材料形成，诸如石英、铜、铝等。样品200可以安装到样品座132上。
[0050]在图4所示的实施例中，固定端部110还可以具有贯穿其的第二空心通道113。例如，第二空心通道113可以延伸穿过固定盘111和突出部112，直到与延伸杆120的第一空心通道123相连通。此外，样品杆130也可以具有第三空心通道133，其也可以与延伸杆120的第一空心通道123相连通。例如，在样品杆130中，该第三空心通道133可以贯穿连接头131且同时贯穿样品座132的至少一部分，直到连接到设置于样品座132中的温度传感器140处为止。
[0051]如图4所示，样品操纵杆100还包括第一导线151和第二导线152。第一导线151和第二导线152可以穿过固定端部110中的第二空心通道113、延伸杆120的第一空心通道123以及样品杆130的第三空心通道133而延伸到安装在样品座132上的样品200附近。第一导线151和第二导线152可以连接到样品200附近的温度传感器140，从而获得该温度传感器140关于样品200温度的测量值。第一导线151和第二导线152的另一端可以连接到插头153，进而可以连接到测试设备或其它设备(未示出)。由于导线具有柔性，所以第一导线151和第二导线152不会影响样品操纵杆100可能的运动，例如VSM时的振动。
[0052]在图4所示的实施例中，由于在样品操纵杆100上设置了第一至第三空心通道123、113和133，使得第一导线151和第二导线152可以方便地穿过样品操纵杆100，连接到样品座132上的温度传感器140，从而能够方便地测量样品200的温度。此外，由于样品操纵杆100包括固定端部110、延伸杆120和样品杆130这三部分，所以能够容易地更换受损部件，而且，还能够仅使用样品杆130来方便地进行样品安装操作，并在安装完样品之后再组装整个样品操纵杆，以避免操作不便。
[0053]在样品杆130中，该第三空心通道133除了可以同时贯穿连接头131和样品座132的至少一部分之外，该第三空心通道133也可以仅仅贯穿连接头131，从而使得第一导线151和第二导线152从连接头131的下侧位于样品座132外侧的部分穿出，并且在样品座132外部从凹槽135的边缘穿入样品座132内部以连接到温度传感器140。
[0054]图5示出根据本实用新型第四实施例的样品操纵杆100的分解视图。在图5中，与图4所示的样品操纵杆100相同的部分用相同的附图标记指示，这里将省略对其的重复描述。
[0055]参照图5，固定端部110上没有形成第二空心通道113，样品杆130上也没有形成第三空心通道133。替代地，在延伸杆120的靠近固定端部110的末端附近的侧壁上形成有第一通孔123A，并且在延伸杆120的靠近样品杆130的末端附近的侧壁上形成有第二通孔123B。从而，第一导线151和第二导线152可以经由第一通孔123A、第一空心通道123和第二通孔123B延伸到安装在样品座132上的样品200附近，并且与用于测量样品200的温度传感器相连接。
[0056]根据本实用新型第四实施例的样品操纵杆100的其它方面与根据本实用新型第三实施例的样品操纵杆100相同，此处不再赘述。
[0057]除了图4和图5所示的设计之外，本领域技术人员可以容易理解的是，还能将根据本实用新型不同实施例的样品操纵杆100进行各方面的结合。例如，在一些实施例中，可以在固定端部110上形成第二空心通道113，在延伸杆120中形成有从固定端部110—侧的末端开始、但并未贯穿延伸杆120的第一空心通道123，且在延伸杆120的靠近样品杆130—侧的末端附近的侧壁上形成第二通孔123B，使得第一导线151和第二导线152可以通过第二空心通道113、第一空心通道123和第二通孔123B延伸到安装在样品座132上的样品200附近。在另一些实施例中，可以在样品杆130中形成第三空心通道133，在延伸杆120的靠近固定端部110—侧的末端附近的侧壁上形成第一通孔123A，使得第一导线151和第二导线152可以通过第一通孔123A、第一空心通道123和第三空心通道133延伸到安装在样品座132上的样品200附近，以连接温度传感器140。当然，其它的结合方式也是可行的。
[0058]虽然上面参照示范性实施例描述了本实用新型，但本实用新型不限于此。本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本实用新型的范围和思想的情况下，可以进行形式和细节上的各种变化和修改。本实用新型的范围仅由所附权利要求及其等价物定义。
【主权项】
1.一种能够测量样品温度的样品操纵杆，其特征在于，所述样品操纵杆包括: 固定端部，用于将所述样品操纵杆固定在测试设备的样品腔内； 延伸杆，所述延伸杆的一端连接到所述固定端部；以及 用于安置样品的样品杆，所述样品杆连接到所述延伸杆的另一端，所述样品杆包括用于测量所述样品的温度的温度传感器。2.如权利要求1所述的样品操纵杆，其特征在于，所述样品操纵杆还包括:第一导线和第二导线，所述第一导线和所述第二导线从所述固定端部一侧延伸到所述样品杆一侧，以用于连接到所述温度传感器。3.如权利要求2所述的样品操纵杆，其特征在于，所述延伸杆具有从其一端延伸到另一端的第一空心通道，所述第一导线和所述第二导线从所述固定端部一侧穿过所述第一空心通道延伸到所述样品杆一侧。4.如权利要求3所述的样品操纵杆，其特征在于，所述固定端部具有第二空心通道，所述第二空心通道与所述第一空心通道相连通，所述第一导线和所述第二导线从所述固定端部以外依次穿过所述第二空心通道和所述第一空心通道延伸到所述样品杆一侧。5.如权利要求3或4所述的样品操纵杆，其特征在于，所述样品杆具有第三空心通道，所述第三空心通道与所述第一空心通道相连通，所述第一导线和所述第二导线从所述固定端部一侧依次穿过所述第一空心通道和所述第三空心通道连接到所述温度传感器。6.如权利要求1所述的样品操纵杆，其特征在于，所述样品杆包括: 用于安置所述样品的样品座，所述温度传感器设置在所述样品座上并且与所述样品直接和/或间接接触；以及 连接头，所述连接头的一端连接到所述延伸杆，并且所述连接头的另一端连接到所述样品座。7.如权利要求6所述的样品操纵杆，其特征在于，所述样品座包括: 本体，其上形成有凹槽和围绕所述凹槽的侧壁，所述温度传感器设置在所述凹槽内，所述温度传感器上覆盖有导热材料，所述样品能够安置在所述导热材料上。8.如权利要求7所述的样品操纵杆，其特征在于，所述导热材料的外表面低于围绕所述凹槽的侧壁的外表面或者与之齐平。9.如权利要求1所述的样品操纵杆，其特征在于，所述固定端部用于密封所述样品腔，使得所述样品腔能够成为与外部隔绝的真空腔。10.如权利要求1所述的样品操纵杆，其特征在于，所述固定端部、所述延伸杆、和所述样品杆中的两者或全部可拆卸地彼此连接。
【文档编号】G01N25/20GK205643218SQ201620243726
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年3月28日
【发明人】王利晨, 雷雨, 许志, 许志一, 赵莹莹
【申请人】王利晨, 雷雨, 许志, 许志一, 赵莹莹