CN108761146A - 一种适用于电化学体系的固体凝胶电解质阻抗测试夹具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及阻抗测试技术领域，特别涉及一种适用于电化学体系的固体凝胶电解质阻抗测试夹具。其包括固定机构、调节机构、驱动机构和控制机构。设计的驱动机构和调节机构，有效的控制了电极固定平台的上下移动的速度，避免由于夹具对固体凝胶电解质的压力太大，对其造成损害，也避免了由于夹具部与固体电解质接触不良导致测量结果不准确的问题。同时固定机构部分可以拆卸，如某一部件出现污渍或者损伤，可以直接拆卸，进行清洗或者更换。

Description

一种适用于电化学体系的固体凝胶电解质阻抗测试夹具

技术领域

本发明涉及阻抗测试技术领域，特别涉及一种适用于电化学体系的固体凝胶电解质阻抗测试夹具。

背景技术

阻抗分析仪是一种测量电子器件、电路，以及介质材料的有效阻抗、导纳、电感、电容动、介电损耗和品质因素的仪器，这些参数的测量，可为被测元件的匹配电路设计提供数据。因此阻抗分析仪是电子测量分析中必不可少的仪器。根据阻抗范围和频率范围的不同，有一系列不同原理的仪器来满足测试要求。但所有的阻抗分析仪都需要配备测试夹具才能对试样进行分析。由于试样的形态和性能多种多样，对夹具的要求各不相同，这就要求夹具功能尽可能的齐全，以满足尽可能多的试样的测试要求。

由于样品形状多为薄片和薄膜状，体积小、没有引线，而且厚度各异，因此需要一通用的夹具来满足不同厚度的片状样品的测试，避免由于夹具之间对固体电解质的压力太大，对其造成损害，同时避免由于夹具之间与固体电解质接触不良导致测量结果不准确的问题并且夹具操作简便，更换样品方便，以提高检测效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于电化学体系的固体凝胶电解质阻抗测试夹具。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种适用于电化学体系的固体凝胶电解质阻抗测试夹具，夹具结构简便，更换样品方便。实现固体凝胶电解质阻抗测试夹具的自动调距，可测试任意厚度和不同形状的固体凝胶电解质。设计的调节机构包括驱动机构和微调机构，有效的控制了电极固定平台的上下移动的速度，避免由于夹具对固体凝胶电解质的压力太大，对其造成损害，也避免了由于夹具部与固体电解质接触不良导致测量结果不准确的问题。同时固定机构部分可以拆卸，如某一部件出现污渍或者损伤，可以直接拆卸，进行清洗或者更换。

上述目的是通过如下技术方案实现的：

本发明涉及一种适用于电化学体系的固体凝胶电解质阻抗测试夹具，可应用于电化学工作中交流阻抗法对固体凝胶电解质的阻抗和电导率的测定。

所述适用于电化学体系的固体凝胶电解质阻抗测试夹具包括固定机构、调节机构、驱动机构和控制机构。

所述固定机构包括基座、固定丝杆、PVC塑料弹性管、电极固定平台、工作台、接触电极、引出导线。

所述基座位于整个测试夹具的底部，用于固定整个测试夹具。

所述固定丝杆通过法兰螺纹连接固定在基座上，用于驱动机构在固定丝杆上的移动。

所述PVC塑料弹性管套在固定丝杆外侧，具有较好的抗拉、抗压、韧性好等优点，用作固定丝杆的护套管。

所述电极固定平台包括上电极固定平台和下电极固定平台，上电极固定平台通过螺纹连接固定在微调丝杆上，下电极固定平台粘接在工作台上。

工作台通过法兰螺纹连接固定在基座上，用于固定下电极固定平台，保证下电极固定平台的平整度，以及和上电极固定平台在垂直位置上对称性。

所述调节机构为微调丝杆，微调丝杆通过法兰螺纹连接固定在驱动机构上，可微调上下接触电极之间的距离，保证不同厚度的样品能充分接触电极，拧紧微调丝杆使样品固定于接触电极间进行测试，放松微调丝杆便可取出试样。避免由于夹具之间对固体电解质凝胶的压力太大，对其造成损害，也避免了由于夹具之间与固体凝胶电解质接触不良导致测量结果不准确的问题。

所述驱动机构包括步进电机、支架、移动滑块、联轴器。从下往上，步进电机与联轴器连接，联轴器与固定丝杆连接；移动滑块安装在固定丝杆上，移动滑块同时与位于一侧的支架上的导轨相配合。步进电机通过联轴器带动固定丝杆，固定丝杆转动时带动移动滑块上下平移。

所述控制机构包括控制处理器和操作按钮，所述控制机构控制驱动机构的运行以及所述适用于电化学体系的固体凝胶电解质阻抗测试夹具电源开关的通断。

电极固定平台、接触电极、待测固体凝胶电解质、引出导线构成了一种适用于电化学体系的固体凝胶电解质阻抗测试夹具的测试单元，将引出导线连接到测试系统中，并利用电化学工作站进行计时电流、交流阻抗等电化学性能的测试。

进一步的，工作台用于固定下电极固定平台，优选为塑料平台，其材质为绝缘塑料。

进一步的，所述电极固定平台优选为塑料平台，其材质为绝缘塑料。

进一步的，所述接触电极包括上接触电极和下接触电极；

进一步的，所述接触电极的形状和规格不进行限定，本领域技术人员熟知的电极的形状和规格即可，优选可以为圆形。

进一步的，所述接触电极一面固定在电极固定平台，另一面接触被测样品，所述接触电极优选为软性金属片，例如铂金片、铜镍合金片等。

进一步的，所述上接触电极的厚度优选为0.1～0.3mm，下接触电极的厚度优选为0.1～0.3mm。

进一步的，所述的上下接触电极的作用其一是导电的作用；其二是用于固定待测样品。待测样品置于上接触电极和下接触电极之间，固定好的待测样品以便后期的测定。

进一步的，所述引出导线是同芯屏蔽导线，其芯线与接触电极焊接在一起，导线与接触电极焊接的部位优选在接触电极与电极固定平台的连接处，

进一步的，所述调节机构的微调丝杆和电极固定平台可拆卸，便于清洗和更换器件。

进一步的，所述驱动机构包括步进电机、支架、移动滑块、联轴器。所述步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的一种开环线性执行元件，具有周期性的累积误差、成本低、控制简单特点。所述步进电机型号为42H2P3412A4，额定电压110V，额定电流1.2A，额定转矩0.19N·m，额定转速350r/min。所述步进电机电连接于所述控制机构的控制器上。

进一步的，所述控制机构包括电连接所述控制处理器和所述操作按钮，所述控制处理器为单片机模块，所述单片机模块采用AT89C516RD+芯片单片机，外接20MHz晶振，其有15个可编程I/O口，而且与MCS-51指令完全兼容，内部附带有128B的RAM可供使用，有2KB的可擦写的FLASH，而且有一个全双工的串行通信口等。所述控制处理器固定于所述基座上，电连接所述驱动机构，用于向所述驱动机构中的步进电机输入运行指令。

本发明由于采用了上述技术方案，所述的一种适用于电化学体系的固体凝胶电解质阻抗测试夹具，其特征在于接触电极固定于电极固定平台面上，上电极固定平台与调节机构连接，下电极固定平台与工作台连接。通过控制机构的操作按钮粗调两接触电极间的距离，当上接触电极快要接触样品时，通过微调丝杆微调上接触电极平台，使电极和被测样品充分接触，避免由于夹具之间对固体凝胶电解质的压力太大，对其造成损害，也避免了由于夹具与固体电解质接触不良导致测量结果不准确的问题。同时固定机构部分可以拆卸，如某一部件出现损伤，可以直接拆卸，进行清洗或者更换。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。

图1是一种适用于电化学体系的固体凝胶电解质阻抗测试夹具的结构示意图。

图2是一种适用于电化学体系的固体凝胶电解质阻抗测试夹具的侧视图。

图3是一种适用于电化学体系的固体凝胶电解质阻抗测试夹具的主视图。

图4是一种适用于电化学体系的固体凝胶电解质阻抗测试夹具驱动机构的结构示意图。

图5是一种适用于电化学体系的固体凝胶电解质阻抗测试夹具的局部结构示意图。

图6是一种适用于电化学体系的固体凝胶电解质阻抗测试夹具测定的待测样品固体凝胶电解质的Nyquist图。

图7是一种适用于电化学体系的固体凝胶电解质阻抗测试夹具控制机构的系统框图。

图8是一种适用于电化学体系的固体凝胶电解质阻抗测试夹具控制机构的电路原理图。

图中：基座1、固定丝杆2、PVC塑料弹性管3、微调丝杆5、电极固定平台6、工作台7，驱动机构4、步进电机41、支架42、移动滑块43、联轴器44、控制机构8，接触电极9、引出导线10。

具体实施方式

下面结合附图，通过具体实施例进一步详细描述本发明的一种适用于电化学体系的固体凝胶电解质阻抗测试夹具，但不以任何方式限制本发明的范围。

请参考图1，图为本发明实施例所提供的一种适用于电化学体系的固体凝胶电解质阻抗测试夹具结构图。

本发明涉及一种适用于电化学体系的固体凝胶电解质阻抗测试夹具，可应用于电化学工作中交流阻抗法对固体凝胶电解质的阻抗和电导率的测定。所述适用于电化学体系的固体凝胶电解质阻抗测试夹具包括固定机构、调节机构、驱动机构和控制机构。

所述固定机构包括基座1、固定丝杆2、PVC塑料弹性管3、电极固定平台6、工作台7、接触电极9、引出导线10。

所述基座1位于整个测试夹具的底部，用于固定整个测试夹具。

所述固定丝杆2通过法兰螺纹连接固定在基座1上，用于驱动机构4在固定丝杆2上的移动。

所述PVC塑料弹性管3套在固定丝杆2外侧，具有较好的抗拉、抗压、韧性好等优点，用于固定丝杆2的护套管。

所述调节机构为微调丝杆5，微调丝杆5通过法兰螺纹连接固定在驱动机构4上，可微调上下接触电极9之间的距离，保证不同厚度的样品能充分接触电极，拧紧微调丝杆5使试样固定于接触电极间进行测试，放松微调丝杆5便可取出试样。这样可避免由于夹具之间对固体电解质凝胶的压力太大，对其造成损害，也避免了由于夹具之间与固体凝胶电解质接触不良导致测量结果不准确的问题。所述电极固定平台6包括上电极固定平台和下电极固定平台，上电极固定平台通过螺纹连接固定在微调丝杆5上，下电极固定平台粘接在工作台7上。

所述工作台7通过法兰螺纹连接固定在基座1上，用于固定下电极固定平台，保证下电极固定平台的平整度，以及和上电极固定平台在垂直位置上对称性。

所述驱动机构4包括步进电机41、支架42、移动滑块43、联轴器44。从下往上，步进电机41与联轴器44连接，联轴器44与固定丝杆2连接；移动滑块43安装在固定丝杆2上，移动滑块43同时与位于一侧的支架42上的导轨相配合。步进电机41通过联轴器44带动固定丝杆2，固定丝杆2转动时带动移动滑块43上下平移。

所述控制机构8包括控制处理器和操作按钮，所述控制机构8控制驱动机构4的运行以及所述适用于电化学体系的固体凝胶电解质阻抗测试夹具电源开关的通断。电极固定平台6、接触电极9、待测固体凝胶电解质、引出导线10构成了一种适用于电化学体系的固体凝胶电解质阻抗测试夹具的测试单元，将引出导线10连接到测试系统中，并利用电化学工作站进行计时电流、交流阻抗等电化学性能的测试。

按附图的方式组装好夹具，检查接触电极9和电极固定平台6的接触情况，用镊子将被测固体凝胶电解质平放在位于下电极固定平台上的接触电极平面上，打开控制机构8的电源开关，调节控制机构8中的下降操作按钮，使位于上电极固定平台上的接触电极快速下降，直到与被测固体凝胶电解质试样快要接触时停止，旋动微调丝杆5，微调丝杆5可微调上接触电极与被测样品之间的距离，保证不同厚度的样品在电极固定平台6间能充分接触，同时避免由于夹具之间对固体凝胶电解质的压力太大，对其造成损害，也避免了由于夹具之间与固体凝胶电解质接触不良导致测量结果不准确的问题。上下接触电极9、待测固体凝胶电解质、引出导线10、电极固定平台6构成了一种适用于电化学体系的固体凝胶电解质阻抗测试夹具的测试单元，接触电极9的两侧设置有引出导线10，用电极固定平台将接触电极9整体固定，将接触电极9连接到测试系统中，并利用电化学工作站进行计时电流、交流阻抗等电化学性能的测试。测试结束，旋开微调丝杆，使上接触电极离开被测固体凝胶电解质，调节控制机构8中的上升操作按钮，使上接触电极快速上升，取出试样。用同样的方法安装其它试样进行测试。如试样具有弱金属腐蚀性，或夹具有磨损损坏现象，测试结束后将微调丝杆5从夹具平台上拆下，将各部件进行清洗更换。

实施例1

实验测试时，室内温度为15～25℃，温度波动度不大于±2℃/h。相对湿度20％～80％，压强为标准大气压，实验室内无强的机械振动和电磁干扰。

最佳实验条件下，量取52.5mL 0.2M NaOH碱溶液加入盛有100mL 0.04M三酸混合液(磷酸、乙酸、硼酸)的烧杯中，将试样放入超声仪中，超声分散30min，超声分散后，即制备出pH为7的B-R缓冲溶液。称取明胶2.5g加入97.5mL pH为7的B-R缓冲溶液中超声分散30min；其次，常温下向混合液中加入0.05g环氧树脂活性稀释剂D-678和0.25g改性胺三乙烯四胺进行磁力搅拌，使其混合均匀；再次，加入0.2g水晶胶专用消泡剂并搅拌均匀，真空脱泡处理后，制得均匀、透明胶状液，将上述胶状液涂覆于四氟乙烯模具中，室温下放置10min流平；最后，将上述模具中的胶状液放入鼓风干燥箱中，加热到60℃～70℃保温30～40min；保温后取出，在常温下固化40min后，脱模即制得一种适用于电化学体系的固体凝胶电解质，固体凝胶电解质的厚度为1mm，直径为8mm，样品表面没有做任何处理。

按附图的方式组装好夹具，检查接触电极和电极固定平台的接触情况，用镊子将待测固体凝胶电解质平放在接触电极平面上，调节控制机构中的下降操作按钮和微调丝杆，使接触电极与待测固体凝胶电解质试样充分接触。接触电极、待测固体凝胶电解质、引出导线、电极固定平台构成了一种适用于电化学体系的固体凝胶电解质阻抗测试夹具，接触电极的两侧设置有引出导线，用电极固定平台将其整体固定，将其连接到电化学工作站的输入接口上。

电化学工作站为Zahner Zennium型电化学综合测试仪(德国札纳Zahner电化学仪器有限公司)(含：恒电位仪、恒电流仪、频响分析仪、电源、DC-DC电源变换器)。

测定参数为：频率100mHZ～100KHZ，测定电压0.5V，常温测定

测定结果如图6所示，图6为本发明实施例1使用本发明一种适用于电化学体系的固体凝胶电解质阻抗测试夹具测定的待测样品导电凝胶电解质的Nyquist图；图6可以看出，a曲线为明胶+80wt％B-R缓冲溶液的固体凝胶电解质Nyquist图，e曲线为明胶+85wt％B-R缓冲溶液的固体凝胶电解质Nyquist图。两个曲线都由高频范围内的半圆和低频范围内的倾斜尖峰组成，表明其双层电容行为。通过使用本发明一种适用于电化学体系的固体凝胶电解质阻抗测试夹具测定待测样品固体凝胶电解质的数据准确性表现良好。

以上描述了实现本发明的一个具体实例，本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和实质范围内，还可以基于现有技术对本发明做若干变形或修改，因此本发明的保护范围视权利要求范围所界定。

Claims (9)

1.一种适用于电化学体系的固体凝胶电解质阻抗测试夹具，其特征在于，所述固体凝胶电解质阻抗测试夹具包括固定机构、调节机构、驱动机构和控制机构；

所述固定机构包括基座、固定丝杆、电极固定平台、工作台、接触电极、引出导线；

所述基座位于整个测试夹具的底部，用于固定整个测试夹具；

所述固定丝杆通过法兰螺纹连接固定在基座上，用于驱动机构在固定丝杆上的移动；

所述电极固定平台包括上电极固定平台和下电极固定平台，上电极固定平台通过螺纹连接固定在微调丝杆上，下电极固定平台粘接在工作台上；

工作台通过法兰螺纹连接固定在基座上，用于固定下电极固定平台，保证下电极固定平台的平整度，以及和上电极固定平台在垂直位置上对称性；

所述调节机构为微调丝杆，微调丝杆通过法兰螺纹连接固定在驱动机构上，驱动机构的上下移动能够带动微调丝杆的上下移动，实现接触电极之间的距离的粗调；微调丝杆能够微调上下接触电极之间的距离，保证不同厚度的样品能充分接触电极，拧紧微调丝杆使样品固定于接触电极间进行测试，放松微调丝杆便可取出样品；

所述驱动机构包括步进电机、支架、移动滑块、联轴器；从下往上，步进电机与联轴器连接，联轴器与固定丝杆连接；移动滑块安装在固定丝杆上，移动滑块同时与位于一侧的支架上的导轨相配合；步进电机通过联轴器带动固定丝杆，固定丝杆转动时带动移动滑块上下平移；

所述控制机构包括控制处理器和操作按钮，所述控制机构控制驱动机构的运行以及所述适用于电化学体系的固体凝胶电解质阻抗测试夹具开关的通断；

电极固定平台、接触电极、待测固体凝胶电解质、引出导线构成了一种适用于电化学体系的固体凝胶电解质阻抗测试夹具的测试单元，将引出导线连接到测试系统中，并利用电化学工作站进行计时电流、交流阻抗电化学性能的测试。

2.如权利要求1所述的一种适用于电化学体系的固体凝胶电解质阻抗测试夹具，其特征在于，所述固定丝杆外侧套有PVC塑料弹性管，用作固定丝杆的护套管。

3.如权利要求1所述的一种适用于电化学体系的固体凝胶电解质阻抗测试夹具，其特征在于，工作台用于固定下电极固定平台，其材质为绝缘塑料；所述电极固定平台材质为绝缘塑料。

4.如权利要求1所述的一种适用于电化学体系的固体凝胶电解质阻抗测试夹具，其特征在于，所述接触电极包括上接触电极和下接触电极；所述接触电极一面固定在电极固定平台，另一面接触待测样品，所述接触电极为软性金属片；所述上接触电极的厚度为0.1～0.3mm，下接触电极的厚度为0.1～0.3mm；所述的上下接触电极的作用其一是导电的作用；其二是用于固定待测样品；待测样品置于上接触电极和下接触电极之间，固定好的待测样品以便后期的测定。

5.如权利要求4所述的一种适用于电化学体系的固体凝胶电解质阻抗测试夹具，其特征在于，所述接触电极为铂金片或铜镍合金片。

6.如权利要求1所述的一种适用于电化学体系的固体凝胶电解质阻抗测试夹具，其特征在于，所述引出导线是同芯屏蔽导线，其芯线与接触电极焊接在一起，导线与接触电极焊接的部位在接触电极与电极固定平台的连接处。

7.如权利要求1所述的一种适用于电化学体系的固体凝胶电解质阻抗测试夹具，其特征在于，所述调节机构的微调丝杆和电极固定平台能够拆卸，便于清洗和更换器件。

8.如权利要求1所述的一种适用于电化学体系的固体凝胶电解质阻抗测试夹具，其特征在于，所述步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的一种开环线性执行元件，具有周期性的累积误差；所述步进电机型号为42H2P3412A4，额定电压110V，额定电流1.2A，额定转矩0.19N·m，额定转速350r/min；所述步进电机电连接于所述控制机构的控制处理器上。

9.如权利要求1所述的一种适用于电化学体系的固体凝胶电解质阻抗测试夹具，其特征在于，所述控制机构包括电连接所述控制处理器和所述操作按钮，所述控制处理器为单片机模块，所述单片机模块采用AT89C516RD+芯片单片机，外接20MHz晶振，其有15个可编程I/O口，而且与MCS-51指令完全兼容，内部附带有128B的RAM可供使用，有2KB的可擦写的FLASH，而且有一个全双工的串行通信口；所述控制处理器固定于所述基座上，电连接所述驱动机构，用于向所述驱动机构中的步进电机输入运行指令。