CN105190297B - 超灵敏比率电容膨胀计以及相关方法 - Google Patents

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Abstract

描述了一种超灵敏比率电容膨胀计以及相关的方法。膨胀计(100)基于比率电容，或者在两个或更多个膨胀计的平行板电容器(201；202)之间测得的电容比提供电容测量。就这一点而言，不需要绝对容量桥，并且甚至更有利地是，与传统膨胀计相比大大降低了吸附气体的影响。比率电容膨胀计提供对称的构造，其降低了温度梯度的影响。此外，某些实施例提供V型槽设计，其中膨胀计的第二平行板电容器与第一平行板电容器沿着膨胀计单元的关键中心线形成角度，其由于更简单的磨削、金属化和组装而提高了可制造性。

Description

超灵敏比率电容膨胀计以及相关方法
技术领域
本发明涉及被称为膨胀计的精密仪器，其被设计成测量由于样品的环境变化带来的样品的尺寸变化；并且更具体地，这种膨胀计被配置用于两个或更多个平行板电容器之间的比率测量，以及涉及相关的方法，这种仪器在本文中被称为“比率电容膨胀计”。
背景技术
热膨胀系数是所有材料的基本性质；然而在大多数实验室中不易得到测量热膨胀的能力，特别是在极低或几分之一度开尔文量级的低温温度下。
膨胀计是用于测量由于材料的环境的变化带来的材料的尺寸变化的超灵敏仪器。针对膨胀计的各种应用可以包括：定位材料中的相变；预测超导体中的压力影响；表征低温结构材料；磁致伸缩研究或提供互补于热容量数据的信息。
本领域中已经提出了一些膨胀计，包括：在高温应用中使用的炉和推杆膨胀计；在低温应用中使用的谐振频率膨胀计；已经显示可提供适度分辨率的压阻式膨胀计；以及这些仪器中最敏感但也是最难以成功实现的电容膨胀计。本发明的实施例将涉及改进的电容膨胀计
电容膨胀计被设计成得益于准确测量两个平行板之间的电容变化的能力。由于这一能力，这种膨胀计能够测量几分之一埃量级的长度变化。
有兴趣研究各种固体的热膨胀，并且特别是在非常低的温度和/或外加磁场下的这种固体。
因此，除了测量材料的热膨胀，收集与给定样本在非常低的温度下和在各种磁场或磁梯度内的尺寸变化相关的数据是有益的。因此，本文的各种实施例已经被设计用于与共同拥有的和市场上能够买到的量子设计公司的“物理性质测量系统”或“PPMS”一起使用，PPMS是能够提供具有0.05K和1000K之间的温度，以及具有达到16T的磁场的环境的通用的低温度的低温恒温器。PPMS进一步提供自动化的板载温度控制和测量能力。尽管PPMS是用于与本文的某些实施例一起使用的特殊平台，应该理解其他低温度的低温恒温器或类似的系统可以类似地实现并且本发明的范围不旨在限制于与上述PPMS一起实践。
在Schmiedeshoff et al.,“Versatile and compact capacitivedilatometers”,Review of Scientific Instruments 77,123907(2006)中描述了电容膨胀计的设计和实现的新进展。Schmiedeshoff描述了具有圆柱形几何结构并且由铜制造的电容膨胀计。据称铜被选择是因为它的高导热性、机械加工性、对强磁场的相对不敏感性以及公知的热膨胀的特征。然而，尽管公知，但铜合金具有高的热膨胀性，并且受在感应涡流上的磁转矩的影响，感应涡流导致对来自单元自身的原始膨胀数据的大的贡献。为了确定归因于材料样本的膨胀分量，数据的该热膨胀部分必须被减去。该修正被广泛地称为“空单元效应”，然而该修正考虑了归因于空单元的热膨胀的噪声量。
此外，微型的基于电容的膨胀计膨胀单元几乎普遍是由铜、铜铍合金或其他铜合金建造的。然而该结构受到以下事实的影响：需要绝缘材料以便使电容板与也导电的膨胀单元的主体电隔离。在实践中，这些铜合金膨胀单元将会由于传导材料和或铜及单元自身的绝缘结构复合体的大的热膨胀而典型地导致大的“空单元效应”或背景信号。
最近地，Neumeier等在“Capacitive-based dilatometer cell constructed offused quartz for measuring the thermal expansion of solids”,Review ofScientific Instruments 79,033903(2008)中描述了可以在5K<T<350K的温度范围内检测固体样品长度的亚埃变化的膨胀计单元。Neumeier的膨胀计由绝缘的熔铸石英(二氧化硅)制成，熔铸石英提供低的热膨胀，并且因此显示出单元的热膨胀对原始数据较小的贡献，从而降低了“空单元效应”。
图1示出了Neumeier单元，其具有在内部垂直表面上形成的电容板的固定的L形基础部件，具有在垂直表面上形成的被配置成相对第一电容板的第二电容板的可移动L形部件，用于在L形部件之间楔入样本的楔子，以及用于维持用于对抗样本膨胀方向的平衡力的一对簧片。单元主体由熔铸石英(或二氧化硅)组成。
Neumeier膨胀计单元的好处包括：由于全熔铸石英结构而具有低膨胀；单元对磁场不敏感；单元(本身)对温度不敏感；电容读出器具有高分辨率；大的尺寸给予相当大的尺寸以供测量；Andeen-Hagerling桥对电容读出器而言是优秀的现成的解决方案；并且单元可以适应一定范围样本长度。
尽管改进超越了先前的铜合金型的电容膨胀计(其自身受高热膨胀的影响)，但在实践中，当在低温度的低温恒温器内使用Neumeier单元时呈现出若干问题，诸如：容量受到气体吸附的影响；需要绝对电容测量；以及热梯度影响一阶准确性(accuracy in 1storder)。
此外，在所有这些电容性的现有技术单元中，测量受气体吸附和热梯度对一阶的影响；并且所需要的绝对电容的测量在没有非常专业的并且昂贵的仪器的情况下是困难的。
由于对材料固体的膨胀测量具有浓厚兴趣，持续存在对解决本领域中这些和其他实际需求的改进的电容膨胀计单元的需求。
发明内容
技术问题
当在低温度的低温恒温器内使用时，传统的膨胀计单元呈现出若干问题，诸如：容量受到气体吸附的影响；需要绝对电容测量；以及热梯度影响一阶准确性(accuracy in 1storder)。
此外，在传统的膨胀计中，结果受气体吸附和热梯度对一阶的影响；并且需要绝对电容的测量，这在没有非常专业的并且昂贵的仪器的情况下是困难的。
问题的解决方法
描述了一种超灵敏比率电容膨胀计以及相关的方法。该膨胀计基于比率电容(或者在膨胀计的两个或更多个平行板电容器之间测得的电容比)提供电容测量。
本发明的有益效果
根据本文的实施例，不需要绝对容量桥，并且甚至更有利地是，与传统膨胀计相比大大降低了吸附气体的影响。比率电容膨胀计提供对称的构造，其降低了温度梯度的影响。此外，某些实施例提供“V型槽设计”，其中膨胀计的第二平行板电容器与第一平行板电容器沿着膨胀计单元的关键中心线形成角度，其由于更简单的磨削、金属化和组装而提高了可制造性。其他特征和好处将在下面的详细描述和附图中示出。
附图说明
图1示出了现有技术的膨胀计。
图2A示出了根据一个实施例的比率电容膨胀计单元的前立体图；示出了正面、右面和顶面。
图2B示出了图2A的比率电容膨胀计单元的后立体图；示出了后面、左面和顶面。
图3示出了比率电容膨胀计单元的侧视图，其中在第一通道内安装样本和在第二通道内安装簧片。
图4示出了比率电容膨胀计单元的部件分解图。
图5示出了用于安装根据实施例的比率电容膨胀计单元的静态样品探针。
图6示出了膨胀计单元的电气结构。
图7示出了根据实施例的膨胀计单元和相关的检测系统的电气原理图。
图8示出了被配置成旋转附接的膨胀计单元用于在测试过程中引入各种磁场特征的旋转探针。
具体实施方式
在下面的描述中，出于解释和不限制的目的，为了提供本发明完全地理解，细节和描述被提出。然而，对那些本领域的技术人员而言明显的是在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以在不同于这些细节和描述的其他实施例中实践本发明。下面将要参考附图描述某些实施例，其中使用参考符号指示说明性特征。
在本文的实施例中，介绍了一种被配置成提供比率电容测量以便确定样本膨胀的膨胀计单元。在膨胀计单元内，一系列金属板之间的间隔容许检测样品的长度变化。不像在现有技术中描述的其他膨胀计，要求保护的实施例利用的比率式测量技术容许单元对温度梯度、交换气体压力和外加磁场是一阶不敏感的。
单元适于在等温容器中安装，并且被相对于所施加的磁场旋转，因此使得在宽范围的温度范围中的磁致伸缩测量成为可能。
定义
出于本文的目的，申请人定义一些重要术语如下：
“中心线”被定义为比率电容膨胀计单元的第一单元部分和第二单元部分之间的平分的假想线或区域，包括成角度的突出和成角度的槽，它们的表面和体积；
“锐角”被定义为大于0o并且小于90o的角；
“钝角”被定义为大于90o并且小于180o的角；
“平衡力”被定义为力或影响，其平衡或均等地抵消另一个力或影响；
示例
现在转向附图，图2A示出了根据一个实施例的比率电容膨胀计单元100的前立体图；示出了膨胀计单元的正面、右面和顶面。
膨胀计单元通常包括一个立方体，该立方体由具有一个或多个成角度的突出的第一单元部分和具有一个或多个成角度的槽的第二单元部分组成，第一单元部分被配置成与第二单元嵌套使得成角度的突出的一个或多个对应表面被配置成与成角度的槽的对应表面相对和重叠。就这一点而言，第一单元部分和第二单元部分嵌套形成膨胀计单元的体积，具有两个或更多个重叠的表面(四个重叠的表面被示出)。单元有右面和左面，右面和左面各自被配置成邻近本文中被称为“簧片”的两个平面薄片(sheet)之一。基部附接到第二单元部分，基部的相对的表面配置有相对的凹口。相对的凹口适于使用安装组件来安装膨胀计单元。
图2B示出了图2A的比率电容膨胀计单元100的后方立体图；示出了膨胀计单元的后面、左面和顶面。
尽管在示出的实施例中被描述为立方体，膨胀计可以选择性地包括圆柱形状或其他几何体积，然而出于本文描述的目的，膨胀计设计中的对称性是被鼓励的。本领域的技术人员将会理解小的制造和设计偏差将产生基本类似的结果。
此外，尽管单元优选地由熔铸石英(二氧化硅)来制造，铜合金和其他材料也可以用于制造类似的膨胀计单元。例如，如果需要在强磁场和高于1K的温度中操作，熔铸石英是优选的，然而针对在低于1K的温度和或在真空环境中使用，由诸如铜合金的传导材料制成的单元可能是优选的。
图3示出了比率电容膨胀计单元100的侧视图，其中在第一通道40内安装有样本300并且在第二通道50内安装有簧片350。簧片是选择性的，但是优选用于在与样本膨胀相反的方向上提供平衡力。
图4示出了图3的比率电容膨胀计单元的部件分解图。
如图3-图4中示出的，膨胀计单元包括第一单元部分10、第二单元部分20、基部30、配置在膨胀计左面的第一簧片5a以及配置在膨胀计右面的第二簧片5b。
第一单元部分10进一步包括至少一个成角度的突出(示出两个)，每个成角度的突出8a；8b包括一对相对于彼此定位成一个角度的平面。每个平面是单独金属化的或者另外由被配置成形成或者耦接至面积大约为对应平面面积的导板。因此，在图3-图4的实施例中，第一单元部分包括相对于彼此定位成第一角度的第一对导板11；12，以及相对于彼此定位成第二角度的第二对导板13；14。尽管示出了四个导板，第一单元部分配置有两个或更多个导板，形成一个或多个成角度的突出。第一单元部分的左面和右面可以包括配置成接收并且分别至少部分地毗邻薄片簧片5a；5b的边缘。薄片簧片可以胶合到或者另外粘合到第一单元部分的左面和右面的各自的外表面。
第二单元部分20，或“下部”，进一步包括至少一个成角度的槽(示出两个)，每个成角度的槽9a；9b包括一对相对于彼此定向成一定角度的平面。每个平面是单独金属化的或者另外被配置成形成或耦接至面积大约为对应平面平面的导板。因此，在图3-图4的实施例中，第二单元部分包括相对于彼此定向成一定角度的第三对导板21；22，以及相对于彼此定向成一定角度的第四对导板23；24。尽管示出了四个导板，第二单元部分可以由两个或更多个形成一个或多个成角度的槽的导板构成。第二单元部分的左面和右面可以包括配置成接收并且分别至少部分地毗邻薄片簧片5a；5b表面的边缘。薄片簧片可以以类似于第一单元部分的方式胶合到或者另外粘合到第二单元部分的左面和右面的各自的外表面。
当嵌套到一起时，第一单元部分与第二单元部分配合，在其间具有小的间隙以创造两个或更多个平行板电容器。薄片簧片5a；5b分别可以配置成辅助维持第一单元部分和第二单元部分之间的间隙。例如，如图3-图4中示出的，第一单元部分10的第一导板11至少部分地与第二单元部分20的第一导板21重叠，形成第一平行板电容器201，该第一平行板电容器201具有由在第一导板11；21之间延伸的间隙定义的第一电容区域。类似地，第一单元部分10的第二导板12至少部分地与第二单元部分20的第二导板22重叠，形成第二平行板电容器202，该第二平行板电容器202具有由在第二导板12；22之间延伸的间隙定义的第二电容区域。此外，第三和第四平行板电容器203；204分别被示出为布置在第一单元部分和第二单元部分之间。第三平行板电容器在导板13和导板23之间形成；而第四平行板电容器在导板14和导板24之间形成。
在单元中，膨胀计单元的相对的导板形成的电容器具有电容C，该电容C是表面面积A、板之间的距离d和板之间存在的介质的介电常数ε的函数：
C(T)＝ε(T)[A(T)/d(T)]；
针对给定的温度T。
由于形成各个导板的面是成对的并且相对彼此定向成一定角度，所以在这些面上形成的各个平行板电容器也是如此。因此第一平行板电容器201与第二平行板电容器202之间定向成一定角度。第一平行板电容器和第二平行板电容器之间的角包括以下角中的一个：钝角、锐角或者直角。就这一点而言，随着样本体积膨胀，第一平行板电容器和第二平行板电容器中的一个被配置成增大其间的间隙以及减小作为距离变化的函数的电容，而第一平行板电容器和第二平行板电容器中的另一个被配置成减小其间的间隙并且增大作为距离变化的函数的电容。因此，膨胀计被配置成提供两个或更多个电容器之间的电容的比率测量(或者电容比)，而不是直接的电容读出。如上所述，该比率电容测量除了其他方面之外还降低了吸附气体的影响(膨胀计在包含低温气体的低温恒温器的样本室中被测量)。
在实践中，电镀对于形成导板可以是优选的；然而各个平行板电容器的导板可以用本领域内用于在体积上创造金属化表面的任何方法(诸如附接导电片、打印导电墨水或者另外在要金属化的表面淀积金属或者其他导电材料)形成。
回到示出的图3-图4的实施例，第一通道40从第一单元部分到第二单元部分垂直地跨过间隙60延伸，并且包括配置在第一单元部分上的第一壁41和配置在相对于第一壁41的相反面处的第二单元部分上的第二壁42。就这一点而言，样本被插入到第一壁41和第二壁42之间，使得随着样本尺寸增大，第一壁和第二壁被配置成沿着单元的中心线彼此偏移。这种偏移导致电容的变化，该变化可以被相关联的测量系统检测，例如如上所述由量子设计公司制造的物理性质测量系统(PPMS)。
可以选择性地提供第二通道50，第二通道50从第一单元部分到第二单元部分垂直地跨过间隙60延伸，并且包括配置在第一单元部分上的第一壁51和配置在相对于第一壁51的相反面处的第二单元部分上的第二壁52。第二通道类似于以上所述的第一通道，然而，代替样本，第二通道被配置成接收簧片350，以便沿着单元的中心线在样本膨胀的相反的方向上提供平衡力。
基底30被提供用于将膨胀计100安装在样品探针的样本室内。在示出的实施例中，基底包括沿基底的第一面延伸的第一凹口31和沿与第一面相反方向的基底的第二面延伸的第二凹口32。基底可以被配置成接收夹子的一部分用于把膨胀计单元维持在样品探针或者其样本室内的安装平台上。
图5示出了包含根据实施例的比率电容膨胀计的静态样品探针。静态探针包括从近端向远端延伸的探针轴151a；151b，并且包括布置在远端处的平台外壳153。探针可以包含一个或多个辐射间隔件152，用于使探针下部体积与上部存在的辐射隔离。平台外壳包括至少一个配置成接收在其上安装的膨胀计单元的固定平台。膨胀计单元100被配置成以相对于外加磁场的任何角度安装，其中所述角度被平台和附接的膨胀计单元的相关联的安装位置固定。针对安装，膨胀计可以包括被设计成与探针的安装平台啮合的基部30。
图6示出了根据实施例的膨胀计单元的电结构。“平行”构造的两组电容器构成了固定的(即相对于被安装其中的膨胀计单元探针固定)发射器正极板、固定的发射器负极板、以及将根据样本膨胀或限制向右或向左偏移的可移动的接收器板。接收器板的偏移将减小第一组电容器的间隙并且因此减小电容，以及增大第二组电容器的间隙并且因此增大电容。参考图6，第一电容器C1由第一发射器负极板73a构成，该第一发射器负极板73a具有面积“A”并且被布置为相对于第一接收板71a平行且与之距离d1。第二电容器C2由具有相关联的面积并且被相对于第二接收板72a平行配置的第一发射器正极板74a构成。第一电容器C1和第二电容器C2构成了第一电容器组70a。如示出的，膨胀计可以包括两组或更多组电容器；其中第三电容器由板71b和板73b以间距d3构成，并且第四电容器由板72b和板74b以间距d4构成。第三电容器和第四电容器构成第二组电容器70b。
为了检测样本的膨胀变化，在具有有效面积A和间隙d1和d2的两组电容器之间执行比率测量。每个电容器的电容由以下给出：
C1＝ε(T)A/d1；并且
C2＝ε(T)A/d2；
其中：
ε(T)是电容器板之间的气体的介电常数；
在均衡处，d1＝d2＝d，由在室温和零外加磁场中的样本长度指定。
当样本由于温度和/或外加磁场中的变化而膨胀了无穷小量x时，接着电容器中的间隙将变成d1＝d+x并且d2＝d-x。
为了保持平衡信号为零(即V平衡＝0)，电路中的微处理器将以量ΔU调整可变电感器两端的电压振幅比率，以补偿两个电容器各自的间隙的变化。于是每个电容器两端的电压将为：
U0-ΔU＝I(jωC1)；并且
U0+ΔU＝I(jωC2)；
从这些等式中消除I我们得到：
(U0-ΔU)[εA/(d+x)]＝(U0+ΔU)[εA/(d-x)]，或者求解样本膨胀x我们得到：
x＝-(ΔU/U0)d。
该结果示出了样本膨胀的测量是独立于电容器板之间的气体介质的温度依存性介电常数ε(T)的重要事实，因此极大地减小了吸附到单元自身的电容器板的气体对于膨胀计的原始数据的贡献。
图7示出了根据实施例的膨胀计单元和相关的检测系统的电气原理图。处理器被耦合到用户接口并且被配置成测量由于相应的安装样本的尺寸变化导致的膨胀计单元的电容中的比率变化。处理器被配置成接收平衡信号并且调整每个驱动信号的振幅和变压器信号的比率。膨胀计单元自身被指示为包含在虚线椭圆内的电路部分。膨胀计单元包括如上所述的第一电容器C1和第二电容器C2。膨胀计单元被耦合到前置放大器并且输出信号通过解调器、低通滤波器和A/D转换器被通信。
图8示出了样品探针，其被配置成以各种角度旋转附接的膨胀计单元，以便在测试过程期间引入各种磁场特征。样本探针能够在探针被插入到低温恒温器的情况下旋转地调整。该能力提供了膨胀计在各样本测量中间和样本测量期间的可调节定位。旋转探针包括布置在致动轴82近端的致动器81，致动轴从近端向远端延伸到平台外壳83。平台外壳83包含平台安装部86，平台通过齿轮机构85在枢轴84处被耦合到致动轴82。因此，当用户调整致动器81时，致动轴的至少一部分旋转，通过枢轴84和耦合的齿轮机构85传递运动，使得平台86相应地旋转，因此旋转在其上安装的膨胀计单元。就这一点而言，膨胀计单元可以在低温恒温器内相对于外加磁场以各种角度(例如：0度，90度等)被旋转。
这一布置使得用户能够研究磁致伸缩的物理现象，其是由于外加磁场导致的形状变化(通常存在于铁磁性材料中)。这一变化由磁场与材料的磁矩的相互作用引起。
选择性地，可以使用如图5的实施例中示出的静态探针，然而，在这种实施例中，为了实现在各种角度的测量，膨胀计必须被从探针移除并以已旋转的方向被重新安装在探针上。
工业实用性
要求的发明适用于与材料研发相关的工业。
参考符号列表
C1 第一电容器
C2 第二电容器
d1 第一距离
d2第二距离
d3 第三距离
d4 第四距离
5a 第一薄片簧片
5b 第二薄片簧片
8a成角度的突出
8b 成角度的突出
9a 成角度的凹槽
9b 成角度的凹槽
10 第一单元部分
11 导板
12 导板
13导板
14 导板
20 第二单元部分
21 导板
22 导板
23 导板
24 导板
30 基部
31第一凹口
32 第二凹口
40 第一通道
41 第一通道的第一壁
42 第一通道的第二壁
50 第二通道
51 第二通道的第一壁
52 第二通道的第二壁
60 单元部分之间的间隙
70a 第一电容器组
70b 第二电容器组
71a 第一接收器板
71b 电容器板
72a 第二接收器板
72b 电容器板
73a 第一发射器负极板
73b 电容器板
74a 第一发射器正极板
74b 电容器板
81 致动器
82 致动轴
83平台外壳
84 枢轴
85 齿轮机构
86 平台安装部
100 比率电容膨胀计单元
151a 探针轴
151b 探针轴
152 间隔件
153 平台外壳
201 第一平行板电容器
202 第二平行板电容器
203 第三平行板电容器
204 第四平行板电容器
300 样本
350 平衡簧片

Claims (18)

1.一种超灵敏比率电容膨胀计单元，包括：
第一单元部分，被配置成与第二单元部分嵌套以定义单元体积，第一单元部分和第二单元部分被于其间延伸的间隙所分开；
第一平行板电容器，包括：
耦合到第一单元部分的第一导板，以及
耦合到第二单元部分的第一导板，
其中第一单元部分的第一导板被配置成与第二单元部分的第一导板至少部分地重叠；
第二平行板电容器，包括：
耦合到第一单元部分的第二导板，以及
耦合到第二单元部分的第二导板，
其中第一单元部分的第二导板被配置成与第二单元部分的第二导板至少部分地重叠；以及
从第一单元部分延伸横跨所述间隙到第二单元部分的第一通道，该第一通道包括：
耦合到第一单元部分的第一通道的第一壁；以及
耦合到第二单元部分的第一通道的第二壁，第一通道的第二壁配置成与第一通道的第一壁相对；
第一通道的第一壁和相对的第二壁被配置成在其间接收样本；
其中膨胀计单元被配置成随着第一通道的第一壁和第一通道的第二壁之间样本尺寸的变化测量第一平行板电容器和第二平行板电容器之间的比率电容变化。
2.根据权利要求1所述的超灵敏比率电容膨胀计单元，其中所述第二平行板电容器相对于所述第一平行板电容器被定位成一定角度。
3.根据权利要求2所述的超灵敏比率电容膨胀计单元，其中所述角度包括锐角。
4.根据权利要求2所述的超灵敏比率电容膨胀计单元，其中所述角度包括钝角。
5.根据权利要求1所述的超灵敏比率电容膨胀计单元，其中所述第一单元部分和所述第二单元部分均由介电材料组成。
6.根据权利要求5所述的超灵敏比率电容膨胀计单元，其中所述介电材料是石英。
7.根据权利要求1所述的超灵敏比率电容膨胀计单元，其中所述第一单元部分和所述第二单元部分均由铜合金构成。
8.根据权利要求1所述的超灵敏比率电容膨胀计单元，包括惠斯通电桥，其中所述第一平行板电容器形成所述惠斯通电桥的第一臂并且所述第二平行板电容器形成所述惠斯通电桥的第二臂。
9.根据权利要求8所述的超灵敏比率电容膨胀计单元，其中第一电感器通过第一导电迹线耦合到第一电容器，并且第二电感器通过第二导电迹线耦合到第二电容器，从而形成所述惠斯通电桥的四个臂。
10.根据权利要求9所述的超灵敏比率电容膨胀计单元，其中所述第一电感器和所述第二电感器被配置在所述超灵敏比率电容膨胀计单元的外部，并且通过所述第一导电迹线和所述第二导电迹线相连接。
11.根据权利要求9所述的超灵敏比率电容膨胀计单元，其中所述第一电感器和所述第二电感器中的至少一个被配置在所述超灵敏比率电容膨胀计单元上或者所述超灵敏比率电容膨胀计单元内。
12.根据权利要求1所述的超灵敏比率电容膨胀计单元，其中所述第一单元部分的第一导板和所述第二单元部分的第一导板包括所述第一单元部分和所述第二单元部分的金属化的表面。
13.根据权利要求12所述的超灵敏比率电容膨胀计单元，其中所述金属化的表面包括铂、金、银和铜中的一种或多种。
14.根据权利要求1所述的超灵敏比率电容膨胀计单元，其中每个所述导板具有预定的面积。
15.根据权利要求1所述的超灵敏比率电容膨胀计单元，其中所述第一壁和相对的第二壁被配置成在第一壁和第二壁之间接收具有大约2mm特征长度的样本。
16.根据权利要求1所述的超灵敏比率电容膨胀计单元，还包括模块化载台接口用于与多个安装平台一起使用，所述安装平台包括固定的平台和旋转器。
17.一种膨胀计，用于在测试室中存在可变的温度梯度和磁场梯度中的至少一个时感测样本的热膨胀和磁致伸缩，所述膨胀计包括：
第一部分，配置成与第二部分嵌套，从而于其间形成间隙；
所述第一部分和所述第二部分配置成形成两个平行板电容器，所述平行板电容器各自包括第一导板和通过所述间隙与第一导板分开的第二导板；
跨过所述间隙从第一部分向第二部分延伸的通道，所述通道被配置成在其间接收所述样本；
一个或多个耦合到所述平行板电容器的输出端，用于将输出信号传送到外部信号处理电路；以及
一个或多个耦合到所述平行板电容器的输入端，用于将电力施加到所述平行板电容器；
所述膨胀计单元被配置成接收在第一部分和第二部分之间延伸的所述样本，使得所述膨胀计适于测量基于样本的长度的变化的嵌套的部分之间的电容变化；并且
所述膨胀计至少部分地形成电容桥，用于测量与样本相关联的热膨胀和磁致伸缩中的至少一个，所述膨胀计的所述电容器形成电容桥的两个臂，其中电容桥被配置成当在静止条件下是平衡的。
18.一种用于在存在可变磁场时感测样本的热膨胀或磁致伸缩中的至少一个的方法，所述方法包括：
提供根据权利要求17所述的膨胀计；
将所述膨胀计与测试室内的旋转平台安装；
将磁场施加到安装在膨胀计上的样本；
改变磁场的强度；并且
在向测试室施加磁场的同时旋转平台。
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