CN110018199A - 一种可在冻融循环中测试材料电磁参数的装置和冻融循环中测量材料电磁参数的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种在冻融循环中测试材料电磁参数的装置及冻融循环中测试材料电磁参数的方法。它采用冷凝液制冷及水浴达到双向调节温度功能，且可使样品室温度能达到冰点以下，同时保证不受其他非温度原因干扰的条件下测量温度变化过程中的材料电磁参数。本发明简单易行，为探究材料在长时间温度循环变化如冻融循环时电磁参数变化规律奠定基础。
Description
技术领域
本发明涉及材料的电磁特性测试装置及方法，尤其是在冻融循环中测试材料电磁特性的改变规律的装置及测量方法。
背景技术
目前，测试材料电磁参数最常用的方法是同轴探头测量技术，其因具有通用性强、测试设备简单、频带宽等优点而广泛应用于具有各种电磁特性的介质材料。功能材料的电磁特性在使用过程中受自然条件作用下会发生改变，从而影响材料的性能。例如北方的冻融循环现象会对电磁屏蔽水泥基材料的电磁屏蔽性能造成影响。如何测试功能材料在冻融循环条件下电磁参数变化规律愈发受到重视。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可在冻融循环中测试材料电磁参数的装置，用来测试材料的电磁参数在冻融循环条件下的变化规律。为此，本发明采用以下技术方案：
一种可在冻融循环中测试材料电磁参数的装置，其特征在于包括材料电磁参数测试系统和双向温度调控系统；
所述的材料电磁参数测试系统包括测试材料电磁参数的同轴探头、样品室、网络分析仪，所述同轴探头通过同轴电缆和网络分析仪连接；
所述的双向温度调控系统包括冷凝液导管、水浴导管、冷凝液导管调节阀门和水浴导管调节阀门、制冷设备及加热设备、非电阻式温度计、保温罩、计算机；
所述样品室处在保温罩中；所述样品室的壳体为屏蔽和导热壳体；
冷凝液导管、水浴导管处在保温罩中并紧贴环绕在样品室外壁上，所述冷凝液导管、水浴导管与制冷设备及加热设备连接形成加热介质流通回路和冷却介质流通回路；冷凝液导管调节阀门和水浴导管调节阀门分别为控制冷凝液导管和水浴导管流量和开闭状态的阀门，冷凝液导管调节阀门和水浴导管调节阀门通过导线和所述计算机连接，受计算机的控制；
在样品室壳体表面设置非电阻式温度计，非电阻式温度计的示数表部分通过导线和计算机相连，向计算机提供与样品室温度对应的信号。
进一步地，样品室外表面冷凝液及水浴导管以相间形式铺设。
进一步地，所述样品室一侧设置所述同轴探头。
进一步地，在冷凝液导管及水浴导管进入保温罩处分别设置温度传感器以监测进入保温罩时冷凝液及水的温度；所述温度传感器通过导线和计算机连接。
进一步地，所述非电阻式温度计设置示数表，示数表与样品室绝缘，示数表信号传入电脑显示。
进一步地，网络分析仪与计算机相连。
本发明另一个所要解决的技术问题是提供一种冻融循环中测量材料电磁参数的方法。为此，本发明采用以下技术方案：
一种冻融循环中测量材料电磁参数的方法，其特征在于：采用上述任意一种可在冻融循环中测试材料电磁参数的装置测量材料电磁参数，测试步骤包括：
第一步，将样品放入样品室，测试室温下的材料电磁参数，并以室温条件下的材料电磁参数为基准
第二步，在计算机中输入进行冻融循环的温度曲线，开启双向温度调控系统；
第三步，通过计算机自动控制制冷设备及制热设备及冷凝液导管调节阀门和水浴导管调节阀门，控制样品室达到相应的温度，并同步测试材料的电磁参数，直至结束。
进行冻融循环中，其温度范围在零下30摄氏度到零上100摄氏度之间。
由于采用本发明的技术方案，本发明可以提供冻融循环环境，并在该冻融循环环境中测试材料电磁参数，同时，能够避免电阻丝加热及电阻式传感器中的电流对同轴探头测试装置造成的干扰的技术问题，实验装置简单、测量结果可靠。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1是发明较佳实施例提供的装置的结构示意图。
图2-1为样品室左视图,图2-2为样品室底部视图,图2-3为样品室右视图。
图3是温度控制系统的流程图。
图4是样品室盖子及保温罩盖子组合结构详图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明装置作进一步说明。
在图1中，能提供冻融循环环境的测试材料电磁参数实验装置，包括材料电磁参数测试装置，所述的材料电磁参数测试系统包括测试材料电磁参数的同轴探头1、样品室2、样品室盖子15，网络分析仪9，所述同轴探头1通过同轴电缆8和网络分析仪9连接；所述样品室2的壳体及盖子15为金属制造，能够屏蔽电磁信号并有效导热，所述样品室2处在下述的保温罩12内，所述样品室2一侧设置所述同轴探头1及非电阻式温度计11，样品室盖子15设置在样品室2上侧，保护罩12的盖子16与样品室盖子15作为一个整体，一同开合，这样，便于取放样品。
所述实验装置还设有双向温度调控装置，所述的双向温度调控系统包括冷凝液导管3、水浴导管4、冷凝导管调节阀门71和水浴导管调节阀门72、制冷设备及加热设备10、非电阻式温度计11（示数为电信号传出）、保温罩12、计算机13。
冷凝导管调节阀门71和水浴导管调节阀门72设置在冷凝液导管3、水浴导管4上，采用能由计算机控制的阀门，通过导线6和计算机13连接，通过计算机控制阀门的开度和开关状态，并以此控制冷凝液导管和水浴导管流量和开闭状态。
所述制冷设备可采用能够提供-30℃制冷液的制冷系统，加热设备10可采用加热水装置，能够提供到达100℃的热水。所述冷凝液导管3、水浴导管4分别与制冷设备及加热设备连接形成加热介质流通回路和冷却介质流通回路；通过泵分别实现循环流通，所述冷凝液导管3、水浴导管4的一部分相间地铺设在样品室外表面，紧紧缠绕在样品室2的金属壳体上，冷凝液导管3、水浴导管4相互之间用隔热材料隔开。非电阻式温度计11设置在样品室壳体表面，非电阻式温度计11的示数表通过导线6和计算机13相连，向计算机提供与样品室温度对应的信号。所述非电阻式温度计设置示数表，示数表与样品室绝缘。
这样，两个系统既能同时运作，又避免相互干扰，与样品室2接触的相关设备均为非电学装置，保证电磁参数测量的准确性和可靠性。而且能有效减小保温罩的体积，提高热效率。
在冷凝液导管3及水浴导管4进入保温罩12处还可分别设置温度传感器5以监测进入保温罩12时冷凝液及水的温度；所述温度传感器5通过导线6和计算机13连接。
样品室2左视图所示侧面，如附图2-1所示，冷凝液导管3及水浴导管4紧接缠绕并固定在表面上。样品室2底部所示侧面，如附图2-2所示，冷凝液导管3及水浴导管4敷缠绕并固定在表面上。样品室2右视图所示侧面，如附图2-3所示，冷凝液导管3及水浴导管4紧接缠绕并固定在表面上。
如附图3所示：实验时，在计算机13中输入温度曲线，计算机13由非电阻式温度计11和温度传感器5获取温度数据，计算机13判断当前温度是否达到设定温度，并通过控制阀门71、72和制冷及加热设备10调节样品室2内温度。
如附图4所示：样品室盖子15及保温罩盖子16的组合结构从外向样品室内分为保温隔热层（保温罩盖子16），空气保温层14、金属反射层（样品室盖子15）。盖子能够翻开将试样放置与样品室2内部。非电阻式温度计11测温点在与同轴探头1同侧的样品室金属壳体外表面，其温度测量原理为非电阻式测温原理，如水银温度计、气体温度计等。
网络分析仪9负责将同轴探头测得的数据处理为电磁参数的数值信号，网络分析仪9与计算机13通过导线6相连，将测得的数据输入计算机13中。
实施例一：
第一步，将样品放入样品室2，开启材料电磁参数测试系统，并对网络分析仪9进行校准；
第二步，在计算机13中输入进行冻融循环的温度曲线，开启双向温度调控系统；
第三步，测试室温下的材料电磁参数，并以室温条件下的材料电磁参数为基准；
第四步，通过计算机13自动控制制冷及制热设备10及阀门71、72，使控制样品室2达到相应的温度，并同步测试材料的电磁参数，直至结束。
实施例二：
测量水泥基电磁屏蔽材料冻融循环过程中的电磁参数。
第一步，将水泥基电磁屏蔽材料实验样品（尺寸为80mm×40mm×10mm）放入样品室2，开启材料电磁参数测试系统，并对材料电磁参数测量系统进行校准；
第二步，在计算机13中输入进行冻融循环的温度曲线：对该水泥基电磁屏蔽材料样品进行50次冻融循环，每次循环最低温度在-20℃，最高温度在30℃，每次冻融循环持续4小时，开启双向温度调控系统；
第三步，测试室温下的未经过冻融循环的水泥基电磁屏蔽材料电磁参数，并以室温条件下的材料电磁参数为基准；
第四步，通过计算机13自动控制制冷及制热设备10及阀门71、72，使控制样品室2达到相应的温度，并同步测试在冻融循环过程中的水泥基电磁屏蔽材料的电磁参数变化，即反射率、透射率、介电常数和磁导率的变化，直至结束。
水泥基电磁屏蔽材料的电磁参数由于冻融循环所造成的老化及微裂缝发生了一定得改变。获得了水泥基电磁屏蔽材料的电磁参数在冻融循环下的变化规律，为水泥基电磁屏蔽材料的耐久性研究提供帮助。
上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (8)
1.一种可在冻融循环中测试材料电磁参数的装置，其特征在于包括材料电磁参数测试系统和双向温度调控系统；
所述的材料电磁参数测试系统包括测试材料电磁参数的同轴探头、样品室、网络分析仪，所述同轴探头通过同轴电缆和网络分析仪连接；
所述的双向温度调控系统包括冷凝液导管、水浴导管、冷凝液导管调节阀门和水浴导管调节阀门、制冷设备及加热设备、非电阻式温度计、保温罩、计算机；
所述样品室处在保温罩中；所述样品室的壳体为屏蔽和导热壳体；
冷凝液导管、水浴导管处在保温罩中并紧贴环绕在样品室外壁上，所述冷凝液导管、水浴导管与制冷设备及加热设备连接形成加热介质流通回路和冷却介质流通回路；冷凝液导管调节阀门和水浴导管调节阀门分别为控制冷凝液导管和水浴导管流量和开闭状态的阀门，冷凝液导管调节阀门和水浴导管调节阀门通过导线和所述计算机连接，受计算机的控制；
在样品室壳体表面设置非电阻式温度计，非电阻式温度计的示数表和计算机相连，向计算机提供与样品室温度对应的信号。
2.如权利要求1所述的一种可在冻融循环中测试材料电磁参数的装置，其特征在于样品室外表面冷凝液及水浴导管以相间形式铺设。
3.如权利要求1所述的一种可在冻融循环中测试材料电磁参数的装置，其特征在于所述样品室一侧设置所述同轴探头。
4.如权利要求1所述的一种可在冻融循环中测试材料电磁参数的装置，其特征在于在冷凝液导管及水浴导管进入保温罩处分别设置温度传感器以监测进入保温罩时冷凝液及水的温度；所述温度传感器通过导线和计算机连接。
5.如权利要求1所述的一种可在冻融循环中测试材料电磁参数的装置，其特征在于所述非电阻式温度计设置示数表，示数表与样品室绝缘。
6.如权利要求1所述的一种可在冻融循环中测试材料电磁参数的装置，其特征在于网络分析仪与计算机相连。
7.一种冻融循环中测量材料电磁参数的方法，其特征在于：采用权利要求1-6任意一种可在冻融循环中测试材料电磁参数的装置测量材料电磁参数，测试步骤包括：
第一步，将样品放入样品室，测试室温下的材料电磁参数，并以室温条件下的材料电磁参数为基准
第二步，在计算机中输入进行冻融循环的温度曲线，开启双向温度调控系统；
第三步，通过计算机自动控制制冷设备及制热设备及冷凝液导管调节阀门和水浴导管调节阀门，控制样品室达到相应的温度，并同步测试材料的电磁参数，直至结束。
8.如权利要求1所述的一种冻融循环中测量材料电磁参数的方法，其特征在于进行冻融循环中，其温度范围在零下30摄氏度到零上100摄氏度之间。
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