CN107976589A - 一种宽温域准静态d33测试系统 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种宽温域准静态d33测试系统。所述系统包括第一单元、第二单元；其中：所述第一单元包括传热介质，通过改变传热介质的温度，实现对不同温度d33的测量；所述第二单元包括准静态d33测量仪，其探头能够使试样位于传热介质中，进而通过改变传热介质的温度，实现对不同温度d33的测量。本公开突破了常规的d33测量仪只能测量室温d33的局限，根据传热介质的不同可实现不同温度范围内的d33测量，在技术方案中涉及的材料、设备，易于获得，成本低廉、操作方便、实用性强。
Description
技术领域
本公开涉及测量领域，具体地讲，涉及一种宽温域准静态d33测试系统。
背景技术
准静态法是目前世界上应用最广泛的测量压电材料的压电系数d33的方法，准静态d33测量仪也是最常用的d33测量设备，但该设备有很大的局限性，其仅能在室温进行测量，无法测量不同温度的d33，无法满足科研、生产过程中对不同温度d33的测量需求。
发明内容
本公开提出一种宽温域准静态d33测试系统，通过对准静态d33测量仪进行改造，使之可以在传热介质允许的温度范围内直接测量d33，从而大大拓展了d33的测量温度范围，且成本低廉，易于推广，实用性强。本公开技术方案如下：
一方面，本公开提供一种宽温域准静态d33测试系统，所述系统包括第一单元、第二单元；其中：
所述第一单元包括传热介质；
所述第二单元包括准静态d33测量仪，通过所述准静态d33测量仪的探头使试样位于传热介质中；
通过改变传热介质或者传热介质的温度，能够对不同温度d33的测量。
在所述系统中，其中：所述传热介质位于控温容器中；
所述控温容器包括无机物器皿、有机聚合物器皿、变温箱。
在所述系统中，其中：所述探头自控温容器的上方伸入控温容器中。
在所述系统中，其中：所述探头通过延长杆延长。
在所述系统中，其中：所述传热介质包括绝缘液体媒介、气体媒介。
在所述系统中，其中：所述绝缘液体媒介包括硅油、无水乙醇、液氮、液氦。
在所述系统中，其中：所述气体媒介包括空气、氮气、氩气、氦气。
在所述系统中，其中：所述系统还包括第三单元，所述第三单元用于数据采集；
所述第三单元包括d33显示器和温度显示器；
所述温度显示器与测温元件相连，所述测温元件用于测量传热介质的温度；
所述d33显示器与准静态d33测量仪相连。
在所述系统中，其中：所述系统还包括第四单元，所述第四单元用于控制传热介质的温度；
所述第四单元包括冷媒容器、加热台以及作为可选设备的磁搅拌装置；
所述冷媒容器通过在其内放置装有传热介质的控温容器，从而对传热介质进行降温；
所述加热台用于加热传热介质，所述磁搅拌装置在加热台对传热介质进行加热的同时开启，用于保证传热介质的温度均匀。
另一方面，本公开提供一种宽温域准静态d33测试方法，所述方法包括下述步骤：
S100、确定温度测量范围，选择传热介质；
S200、将试样通过准静态d33测量仪的探头浸没在传热介质中；
S300、改变传热介质的温度，实现对d33在不同温度下的测量。
与现有技术相比：
(1)本公开实现了利用准静态d33测量仪测量指定温度下的压电系数d33，突破了常规的d33测量仪只能测量室温d33的局限。并且本方案可根据传热介质的不同实现不同温度范围的d33测量，如采用甲基硅油可实现室温至250℃的测量，采用无水乙醇可实现室温至-110℃的测量。
(2)本公开系统中涉及的材料、设备，如控温容器、支架、升降台、甲基硅油、无水乙醇、kethly2000数字万用表、准静态d33测量仪、磁搅拌加热台等等，均为实验室常用材料、设备，可轻松获取，成本低廉、操作方便、实用性强。
(3)本公开提供的方案具有开放性，其测试的温度范围主要取决于传热介质，根据传热介质的不同可实现不同温度范围内的d33测量。
附图说明
图1本公开一个实施例中关于宽温域准静态d33测量系统原理示意图；
图2本公开一个实施例中关于测试原理示意图。
具体实施方式
在一个实施例中，本公开提供一种宽温域准静态d33测试系统，所述系统包括第一单元、第二单元；其中：
所述第一单元包括传热介质，通过改变传热介质的温度，实现对不同温度d33的测量；所述第二单元包括准静态d33测量仪，其探头通过延长杆延长，以使探头上的试样能够进入传热介质中。
在这个实施例中，通过延长准静态d33测量仪，可以克服现有技术中d33测量设备的局限性，使其不仅可以在室温进行测量，而且有利于通过延长的探头使试样置于传热介质中，进而通过改变传热介质的温度，实现对不同温度d33的测量，从而大大拓展了d33的测量温度范围，且成本低廉，易于推广，实用性强。
在这个实施例中，所述第二单元可选用常用的准静态d33测量仪的测量部分或其他商用测量探头，并为它们制作探头延长杆，以使试样可进入控温容器中。
在所述系统中，其中：所述传热介质包括绝缘液体媒介、气体媒介。所述绝缘液体媒介包括硅油、无水乙醇、液氮、液氦。所述气体媒介包括空气、氮气、氩气、氦气。根据所用媒介的不同可实现不同温度范围的d33测量，如选用甲基硅油，其熔点约为-50℃、闪点约为300℃，考虑到其接近熔点时黏性变大，接近闪点时又易发生危险，因而实际可使用温度范围约为室温至250℃；如选用无水乙醇，其熔点约为-114℃，沸点约为78℃，且接近熔点时其流动性也非常好，因而实际可测量的温度范围可达到-110℃～70℃；如选用空气媒介，则最低可测量至氮气的沸点约-196℃。
在所述系统中，优选将探头自控温容器的上方伸入控温容器中。现有的d33测试设备(如ZJ-3A型准静态d33测量仪)在测试过程中其探头是振动的(这是测试原理决定的，必须有振动)，而这个振动端是在下面的，所以如果探头从下面进入控温容器的话，将无法使用液态介质，因为液态介质会沿着振动杆流下来，而如果用橡胶圈隔绝液体，使之不会流出来，那么其实际使用温度只能到100℃左右，因为过高的温度会导致橡胶软化，而橡胶一旦软化，液体就会流出来。因此，本公开中的探头通过上方伸入到控温容器内部的液态传热介质中，不仅可以避免液态传热介质从控温容器中流出，同时避免液体流出对温度范围的限制。
在所述系统中，其中：所述传热介质位于控温容器中，并且可以根据需要更换。所述控温容器包括无机物器皿，有机聚合物器皿、变温箱。其中，无机物包括普通玻璃、石英玻璃、氧化铝、氧化锆、金属等，有机物包括聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯等。
在一个实施例中，所述系统还包括第三单元，所述第三单元用于数据采集；所述第三单元包括d33显示器和温度显示器；所述温度显示器与测温元件相连，所述测温元件用于测量传热介质的温度；所述d33显示器与准静态d33测量仪相连。
在这个实施例中，第三单元具体可采用数据自动采集控制系统，或使用摄像头对d33显示器和温度显示器进行视频录制，或采用人工读取等方式均可。
如图1所示，所述系统包括第一单元、第二单元、第三单元。其中，第一单元为温度控制部分，包括控温容器和传热介质，传热介质位于控温容器中。第二单元为d33测量部分，包括准静态d33测量仪，其中测量仪的探头被延长杆延长，将试样伸入传热介质中。所述方法将d33测量部分置于温度控制部分的上方，使测量样品杆从上方进入控温容器中。第三单元为数据采集部分，包括d33显示器和温度显示器，d33显示器与准静态d33测量仪相连，温度显示器与热电偶一端相连，热电偶的另一端伸入传热介质中，位于试样附近，但不与试样接触。
在一个实施例中，提供一种宽温域准静态d33测试方法，所述方法包括下述步骤：
S100、确定温度测量范围，选择传热介质；
S200、将试样通过准静态d33测量仪的探头浸没在传热介质中；
S300、改变传热介质的温度，实现对d33在不同温度下的测量。
在所述方法中，若探头不够长，可以通过延长杆延长。
在所述方法中，也可改变传热介质，实现对d33在不同温度下的测量。若传热介质位于控温容器中，控温容器优选下方封闭，上方开口，有利于探头伸入，从而使样品置于传热介质中。
在所述方法中，其中：所述步骤S300还包括下述步骤：
若传热介质需要加热，利用加热台对介质进行加热，同时开启磁搅拌以保证介质的温度均匀；若传热介质需要降温，将传热介质所在的控温容器放置在冷媒容器中进行降温。
在所述方法中，其中：所述步骤S300之前还包括下述步骤：
将热电偶一端放置在传热介质中且不接触试样，另一端与温度显示器相连。
在一个实施例中，所述系统还包括第四单元，所述第四单元用于控制传热介质的温度；所述第四单元包括冷媒容器、加热台以及作为可选设备的磁搅拌装置；所述冷媒容器通过在其内放置装有传热介质的控温容器，从而对传热介质进行降温；所述加热台用于加热传热介质，所述磁搅拌装置在加热台对传热介质进行加热的同时开启，用于保证传热介质的温度均匀。
具体地，如图2所示，提供一种d33测量系统。在该实施例中，传热介质采用甲基硅油，控温容器选用玻璃烧杯及加热台，可实现室温至250℃的d33测量。先给准静态d33测量仪，比如中科院声学所研制的ZJ-3A型准静态d33测量仪，将该测试仪的测试探头部分连一个延长杆，延长杆可用黄铜制作，然后将测量仪倒置，并用支架固定好。用标准试样对d33测量仪进行校准之后，放上试样，使探头位于控温容器的上方，然后利用升降装置使控温容器上升，从而使试样完全浸没在甲基硅油之中，将热电偶(如铜-康铜)固定在试样附近，但不接触试样，利用加热台对介质进行加热，同时开启磁搅拌以保证介质的温度均匀。为减少散热，可在玻璃烧杯周围加保温层。数据采集系统可用摄像头对d33显示器和温度显示器(如kethly2000数字万用表)进行视频录制或人工读取。
在另一个实施例中，传热介质采用无水乙醇，控温容器选用聚四氟乙烯烧杯或其他可耐液氮温度的容器，可实现室温至-110℃的d33测量。测量系统图2所示不同的地方在于，本实施例不需加热，但需要将介质容器放置到冷媒容器中以进行降温。冷媒可用液氮；冷媒容器也须可耐低温，如聚四氟乙烯烧杯或氧化铝坩埚等。本方案测试过程中也须进行磁搅拌以保证温度分布均匀，并且由于无水乙醇在接近熔点时流动性也很好，因而实际上可以测量到接近无水乙醇熔点的温度，且温度分布很均匀。
尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。
Claims (10)
1.一种宽温域准静态d33测试系统，其特征在于：
所述系统包括第一单元、第二单元；其中：
所述第一单元包括传热介质；
所述第二单元包括准静态d33测量仪，通过所述准静态d33测量仪的探头使试样位于传热介质中；
通过改变传热介质或者传热介质的温度，能够对不同温度d33的测量。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：优选的，
所述传热介质位于控温容器中；
所述控温容器包括无机物器皿、有机聚合物器皿、变温箱。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：
所述探头自控温容器的上方伸入控温容器中。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：
所述探头通过延长杆延长。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：
所述传热介质包括绝缘液体媒介、气体媒介。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：
所述绝缘液体媒介包括硅油、无水乙醇、液氮、液氦。
7.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：
所述气体媒介包括空气、氮气、氩气、氦气。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：
所述系统还包括第三单元，所述第三单元用于数据采集；
所述第三单元包括d33显示器和温度显示器；
所述温度显示器与测温元件相连，所述测温元件用于测量传热介质的温度；
所述d33显示器与准静态d33测量仪相连。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：
所述系统还包括第四单元，所述第四单元用于控制传热介质的温度；
所述第四单元包括冷媒容器、加热台以及作为可选设备的磁搅拌装置；
所述冷媒容器通过在其内放置装有传热介质的控温容器，从而对传热介质进行降温；
所述加热台用于加热传热介质，所述磁搅拌装置在加热台对传热介质进行加热的同时开启，用于保证传热介质的温度均匀。
10.一种宽温域准静态d33测试方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
S100、确定温度测量范围，选择传热介质；
S200、将试样通过准静态d33测量仪的探头浸没在传热介质中；
S300、改变传热介质的温度，实现对d33在不同温度下的测量。
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