CN109490073A - 一种压力连续可调的高压装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种压力连续可调的高压装置，后盖上设置有第三通孔，外活塞筒的一端设置有第一通孔，自第三通孔侧至第一通孔侧依次设置第三活塞、压力放大器、第二活塞、待测样品、第二压力标定器、第一压力标定器、第一活塞和第二通孔，其中待测样品、第二压力标定器、第一压力标定器和第一活塞设置于内活塞筒内，第二活塞的一端在内活塞筒内沿其轴向移动，第二活塞与第一活塞间形成的密闭空腔中设置有待测样品。本发明令后盖和外活塞筒通过螺纹连接为待测样品施加固定压力，通过对压电陶瓷制成的第三活塞施加连续改变的电压为待测样品施加连续变化的压力，从而令高压装置对产生的静水压进行连续调控。

Description

一种压力连续可调的高压装置
技术领域
本发明涉及低温高压下物理量原位测量装置领域，尤其涉及一种压力连续可调的高压装置。
背景技术
为了在高压条件下测量物质的物理特性，通常在活塞圆筒式压机中利用硅油或一些特殊混合物作为传压介质来维持(准)静水压环境。然而，目前使用活塞圆筒式压机测量物质的物理特性时，在测量过程中压机内的压力是固定的，不能调控压机内压力的大小。在另一类通过对顶砧产生压力的压机中，根据压砧材料和压砧尺寸大小可产生几GPa到几百GPa的高压。但是，在这类压机中产生的压力的静水压性较差，难以实现在1.5GPa以下的净水压范围内的实验测量。
发明内容
本发明的目的是提供一种压力连续可调的高压装置，以解决现有技术中高压装置难以实现对0.1-1.5GPa范围静水压的连续调控的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种压力连续可调的高压装置，用于给待测样品施加静水压，所述装置包括外活塞筒、后盖、内活塞筒、第一活塞、第二活塞、第三活塞、第一压力标定器、第二压力标定器、压力放大器；
所述外活塞筒的一端设置有第一通孔，所述外活塞筒的另一端的外表面上设置有外螺纹；所述后盖的顶面上设置有所述第三通孔，所述后盖的侧围的内表面上设置有内螺纹；所述后盖与所述外活塞筒通过螺纹连接，所述后盖与所述外活塞筒之间形成第一空腔；
所述内活塞筒设置于所述第一空腔内，所述内活塞筒靠近所述第一通孔的一端设置有所述第二通孔；所述第一活塞、所述第一压力标定器、所述第二压力标定器和所述待测样品设置于所述内活塞筒内；所述第二活塞的一端设置于所述内活塞筒的另一端的内部，所述第二活塞、所述第一活塞和所述内活塞筒间形成第二空腔，所述第二空腔为密闭空腔，所述第二空腔内设置有所述待测样品，所述第二活塞沿所述内活塞筒的轴向移动；
在所述第一空腔内自第三通孔侧至第一通孔侧依次设置所述第三活塞、所述压力放大器、所述第二活塞、所述待测样品、所述第二压力标定器、所述第一压力标定器、所述第一活塞和所述第二通孔；
所述第一压力标定器包括至少一颗红宝石微米球；所述第三活塞为中空的柱形，所述第三活塞的材料为压电陶瓷；从所述第一通孔处采集出射光线，所述光线用于确定密闭腔体中产生的压力值。
可选的，所述第一压力标定器的材料为红宝石。
可选的，所述第二压力标定器的材料为{Fe(pz)[PtII(CN)4]}。
可选的，所述第一活塞的材料为蓝宝石。
可选的，所述第二活塞的材料为蓝宝石。
可选的，所述外活塞筒的材料为铍铜合金。
可选的，所述压力放大器的材料为蓝宝石。
可选的，所述外活塞筒、所述内活塞筒和所述第三活塞为中空的圆柱形，所述第一活塞、所述第二活塞、所述第一压力标定器和所述第二压力标定器为圆柱形；所述内活塞筒的外径与所述外活塞筒的内径相等，所述第三活塞的外径与所述外活塞筒的内径相等，所述第一活塞的直径与所述内活塞筒的内径相等；所述第二活塞的直径与所述内活塞筒的内径相等，所述第一压力标定器的直径与所述内活塞筒的内径相等，所述第二压力标定器的直径与所述内活塞筒的内径相等。
可选的，所述后盖、所述内活塞筒、所述第一活塞、所述第二活塞、所述第三活塞、所述第一压力标定器、所述第二压力标定器、所述压力放大器、所述第一通孔、所述第二通孔和所述第三通孔分别关于所述外活塞筒的轴向面镜像对称。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明的一种压力连续可调的高压装置，后盖上设置有第三通孔，外活塞筒的一端设置有第一通孔，自第三通孔侧至第一通孔侧依次设置第三活塞、压力放大器、第二活塞、待测样品、第二压力标定器、第一压力标定器、第一活塞和第二通孔，其中待测样品、第二压力标定器、第一压力标定器和第一活塞设置于内活塞筒内，第二活塞的一端在内活塞筒内沿其轴向移动，第二活塞与第一活塞间形成的密闭空腔中设置有待测样品。本发明令后盖和外活塞筒通过螺纹连接为待测样品施加固定压力，通过对压电陶瓷制成的第三活塞施加连续改变的电压为待测样品施加连续变化的压力，从而令高压装置对产生的静水压进行连续调控。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的压力连续可调的高压装置的结构示意图；
图2为压力P1与高自旋态的比例的关系图；
图3为施加给第三活塞的电压与压力P1的关系图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种压力连续可调的高压装置，以解决现有技术中高压装置难以实现对0.1-1.5GPa范围静水压的连续调控的问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明所提供的压力连续可调的高压装置的结构示意图，如图1所示，该高压装置包括外活塞筒1、后盖2、内活塞筒3、第一活塞4、第二活塞5、第三活塞6、第一压力标定器7、第二压力标定器8、压力放大器9、第一通孔10、第二通孔11和第三通孔12。该压力连续可调的高压装置用于给待测样品13施加静水压。
外活塞筒1的一端设置有第一通孔10，外活塞筒1的另一端的外表面上设置有外螺纹；后盖2的顶面上设置有第三通孔12，后盖2的侧围的内表面上设置有内螺纹；后盖2与外活塞筒1通过螺纹连接，后盖2与外活塞筒1之间形成第一空腔；内活塞筒3设置于第一空腔内，内活塞筒3靠近第一通孔10的一端设置有第二通孔11；第一活塞4、第一压力标定器7、第二压力标定器8和待测样品13设置于内活塞筒3内；第二活塞5的一端设置于内活塞筒3的另一端的内部，第二活塞、第一活塞和内活塞筒间形成第二空腔，第二空腔为密闭空腔，第二空腔内设置有待测样品，第二活塞沿所述内活塞筒的轴向移动；在第一空腔内自第三通孔12侧至第一通孔10侧依次设置第三活塞6、压力放大器9、第二活塞5、待测样品13、第二压力标定器8、第一压力标定器7、第一活塞4和第二通孔11。
第一压力标定器包括至少一颗红宝石微米球；第三活塞为中空的柱形，第三活塞的材料为压电陶瓷；从第一通孔处采集出射光线，该光线用于确定密闭腔体中产生的压力值，该压力值包括后盖2与外活塞筒1通过螺纹连接时密闭腔体中产生的固定压力P0或对第三活塞6施加电压后第三活塞6在密闭腔体中产生的压力值。
本实施例中提供的高压装置令后盖2和外活塞筒1通过螺纹连接为待测样品13施加固定压力，通过对压电陶瓷制成的第三活塞6施加连续改变的电压为待测样品13施加连续变化的压力，从而令高压装置对产生的静水压进行连续调控。通过令光线可从第三通孔射入并从第一通孔射出，从而可在第一通孔处获得第一压力标定器7和第二压力标定器8承受压力后传递出的光，采用光谱测量技术对第一压力标定器7和第二压力标定器8传递出的光进行分析，可确定高压装置内的压力值。
在实际应用中，外活塞筒1、内活塞筒3和第三活塞6为中空的圆柱形，第一活塞4、第二活塞5、第一压力标定器7和第二压力标定器8为圆柱形；内活塞筒3的外径与外活塞筒1的内径相等，第三活塞6的外径与外活塞筒1的内径相等，第一活塞4的直径与内活塞筒3的内径相等；第二活塞5的直径与内活塞筒3的内径相等，第一压力标定器7的直径与内活塞筒3的内径相等，第二压力标定器8的直径与内活塞筒3的内径相等。将直角梯形中构成直角的腰确定为直腰，将另一个腰确定为斜腰；将直角梯形直腰的所在直线确定为旋转轴，压力放大器9为直角梯形绕该旋转轴旋转一周而形成的几何体。压力放大器9靠近第三活塞6的一端的外径大于压力放大器9靠近第二活塞5的一端的外径，压力放大器9的最大外径等于外活塞筒1的内径。第三活塞6与外活塞筒1接触，给外活塞筒1施加电压，此时外活塞筒1可将电压传递给第三活塞6筒，第三活塞6筒发生沿外活塞筒1轴向的形变。当然也可以通过导线为第三活塞6施加电压，此时电线可通过后盖2引出密闭腔体，并对后盖2处的导线孔进行密封处理。
后盖2、内活塞筒3、第一活塞4、第二活塞5、第三活塞6、第一压力标定器7、第二压力标定器8、压力放大器9、第一通孔10、第二通孔11和第三通孔12分别关于外活塞筒1的轴向面镜像对称。
本实施例中提供了高压装置中的外活塞筒1、内活塞筒3、第一活塞4、第二活塞5、第三活塞6、第一压力标定器7、第二压力标定器8和压力放大器9的形状及尺寸，通过令第二活塞5、第一活塞4、第一压力标定器7、待测样品13、第二压力标定器8的外径与内活塞筒3的内径相同，令内活塞筒3、第三活塞6的外径与外活塞筒1的内径相同，从而提高了使用高压装置对待测器件施压时各器件的位置稳定性，从而提高了高压装置中产生的压力的静水压性。
在实际应用中，第一压力标定器7的材料为红宝石，第一压力标定器7具体为蓝宝石压标。第二压力标定器8的材料为{Fe(pz)[PtII(CN)4]}，第二压力标定器8具体为{Fe(pz)[PtII(CN)4]}化合物层。第一活塞4的材料为蓝宝石。第二活塞5的材料为蓝宝石。外活塞筒1的材料为铍铜合金，优选的合金中铍与铜的比例为2:98。压力放大器9的材料为蓝宝石，压力放大器9具体为蓝宝石压力放大器9。
本实施例中提供了高压装置中的外活塞筒1、第一活塞4、第二活塞5、第一压力标定器7、第二压力标定器8和压力放大器9的材料，通过优选上述材料，可提高高压装置中产生的压力的静水压性。
在此提供本发明压力连续可调的高压装置的使用原理说明。
本装置是结合活塞圆筒和压电加压两种方式而成的复合压腔，本装置利用活塞圆筒方式产生固定压力，并进一步通过压电陶瓷加压方式产生连续可调的压力。
使用该高压装置时，我们首先将后盖2与外活塞筒1通过螺纹连接，此时高压装置的密闭腔体中产生了一个固定压力P0，该固定压力的范围为0.001～1.5GPa。将光线从第三通孔射入，采集从第一通孔射出的光线，根据“红宝石的荧光峰位置随压力变化的系数是一个定值”的原理，可根据出射光线中红宝石荧光峰的峰位的变化来确定密闭腔体中产生的固定压力P0的值。
然后，对第三活塞6施加电压，第三活塞6发生沿外活塞筒1轴向的机械形变，第三活塞6产生的形变机械力通过压力放大器9、第二活塞5传递至待测样品13、第一压力标定器7和第二压力标定器8；从而通过可逆的压电效应来连续改变高压装置新增的压力P1。此时，高压装置密闭腔体中总压力P为压力P0和压力P1之和，通过增加或减小施加在第三活塞6上的电压，改变压力P1的大小，就可实现连续改变高压装置内产生的静水压P的目的。
采用{Fe(pz)[PtII(CN)4]}化合物制作第二压力标定器8，用光线从第三通孔摄入，采集从第一通孔射出的光线，利用可见光谱测量方法获取对第三活塞6施加的电压值与第三活塞6产生的压力P1的关系。具体的为：首先，利用紫外可见光谱仪测量获得高压下{Fe(pz)[PtII(CN)4]}的高-低自旋状态转变过程中相应自旋态对应吸收峰(～520nm)的变化，通过光密度计算出高低自旋态的相应比例；其次，在施加电压过程中进一步利用紫外可见光谱仪测量其吸收光谱，获得高自旋态所占比例随电压的变化关系；最后，根据高自旋态的比例随压力的变化关系得出电压与压力的关系。
图2为压力P1与高自旋态的比例的关系图。如图2所示，横轴表示高压装置内产生的压力P1的值，纵轴表示测得的高压下{Fe(pz)[PtII(CN)4]}的高自旋态的比例，圆圈标号所在曲线和三角标号所在曲线分别表示增加和降低电压过程中的测量结果。利用高自旋态的比例与压力的关系可以得到电压与所产生的压力P1的关系。
图3为施加给第三活塞的电压与压力P1的关系图。如图3所示，横轴表示施加给第三活塞的电压的值，纵轴表示高压装置内产生的压力P1的值，圆圈标号所在曲线和三角标号所在曲线分别表示增加和降低电压过程中的测量结果。
本发明提供的高压装置可用于0.1-1.5Gpa范围内的连续可控的高压科学研究，压力调节精度可达0.005GPa，是一种能与Squid磁性测量系统配套使用，适用于低温高压磁性测量等领域的实验装置。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种压力连续可调的高压装置，用于给待测样品施加静水压，其特征在于，所述装置包括外活塞筒、后盖、内活塞筒、第一活塞、第二活塞、第三活塞、第一压力标定器、第二压力标定器、压力放大器；
所述外活塞筒的一端设置有第一通孔，所述外活塞筒的另一端的外表面上设置有外螺纹；所述后盖的顶面上设置有所述第三通孔，所述后盖的侧围的内表面上设置有内螺纹；所述后盖与所述外活塞筒通过螺纹连接，所述后盖与所述外活塞筒之间形成第一空腔；
所述内活塞筒设置于所述第一空腔内，所述内活塞筒靠近所述第一通孔的一端设置有所述第二通孔；所述第一活塞、所述第一压力标定器、所述第二压力标定器和所述待测样品设置于所述内活塞筒内；所述第二活塞的一端设置于所述内活塞筒的另一端的内部，所述第二活塞、所述第一活塞和所述内活塞筒间形成第二空腔，所述第二空腔为密闭空腔，所述第二空腔内设置有所述待测样品，所述第二活塞沿所述内活塞筒的轴向移动；
在所述第一空腔内自第三通孔侧至第一通孔侧依次设置所述第三活塞、所述压力放大器、所述第二活塞、所述待测样品、所述第二压力标定器、所述第一压力标定器、所述第一活塞和所述第二通孔；
所述第一压力标定器包括至少一颗红宝石微米球；所述第三活塞为中空的柱形，所述第三活塞的材料为压电陶瓷；从所述第一通孔处采集出射光线，所述光线用于确定密闭腔体中产生的压力值。
2.根据权利要求1所述的压力连续可调的高压装置，其特征在于，所述第一压力标定器的材料为红宝石。
3.根据权利要求1所述的压力连续可调的高压装置，其特征在于，所述第二压力标定器的材料为{Fe(pz)[PtII(CN)4]}。
4.根据权利要求1所述的压力连续可调的高压装置，其特征在于，所述第一活塞的材料为蓝宝石。
5.根据权利要求1所述的压力连续可调的高压装置，其特征在于，所述第二活塞的材料为蓝宝石。
6.根据权利要求1所述的压力连续可调的高压装置，其特征在于，所述外活塞筒的材料为铍铜合金。
7.根据权利要求1所述的压力连续可调的高压装置，其特征在于，所述压力放大器的材料为蓝宝石。
8.根据权利要求1所述的压力连续可调的高压装置，其特征在于，所述外活塞筒、所述内活塞筒和所述第三活塞为中空的圆柱形，所述第一活塞、所述第二活塞、所述第一压力标定器和所述第二压力标定器为圆柱形；
所述内活塞筒的外径与所述外活塞筒的内径相等，所述第三活塞的外径与所述外活塞筒的内径相等，所述第一活塞的直径与所述内活塞筒的内径相等；
所述第二活塞的直径与所述内活塞筒的内径相等，所述第一压力标定器的直径与所述内活塞筒的内径相等，所述第二压力标定器的直径与所述内活塞筒的内径相等。
9.根据权利要求8所述的压力连续可调的高压装置，其特征在于，所述后盖、所述内活塞筒、所述第一活塞、所述第二活塞、所述第三活塞、所述第一压力标定器、所述第二压力标定器、所述压力放大器、所述第一通孔、所述第二通孔和所述第三通孔分别关于所述外活塞筒的轴向面镜像对称。
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