CN110132436A - 一种超高真空条件下准确测量样品温度的测温装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超高真空条件下准确测量样品温度的测温装置，用于解决现有技术中更换样品操作复杂、周期长、不适用于空气敏感型样品、测温不准确等技术问题，包括：样品托和样品台；其中，样品托包括托架、固定板、压片、热偶正极、热偶负极和热偶固定架；热偶正极和热偶负极的一端向样品方向延伸，另一端弯折形成热偶连接端；样品台包括定位槽、正极热偶插片、负极热偶插片和热偶插片固定架；定位槽设置为当样品托插入固定时，热偶连接端同时插入正极热偶插片和负极热偶插片；实施本发明的技术方案可实现样品的重复利用、以及提高温度检测精度、快速更换样品、降低装置成本的技术效果。

Description

一种超高真空条件下准确测量样品温度的测温装置

技术领域

本发明涉及超高真空和精密测量领域，特别涉及一种超高真空条件下准确测量样品温度的测温装置。

背景技术

在超高真空条件下测量样品的实际温度非常困难，现有技术中主要使用接触式与非接触式两类测温方式。

接触式测温通常有两种方法，其一是把热电偶点焊在样品上，但是该方法更换样品时需要破坏腔体的真空，操作复杂，成本高昂，并且更换周期长，工作效率低，并且该方法需要将样品长时间暴露在空气中，不适用于对于空气敏感的材料；其二是将样品固定在可传递型的样品托上，热偶固定在样品台上，更换样品台上的样品托即可更换样品，热偶通过样品台测量样品温度，该方法更换样品方便，但是热偶通过样品台温度推算样品温度，可靠性较低。

非接触式测温法又称红外线测温法，通过测量物体发出的热辐射来推算物体表面温度，但是该方法需要知道被测材料的发射率，但是大部分材料的发射率随温度变化大，并且要求红外测量装置与待测物体间无视窗法兰等遮蔽物，适用范围小。

因此需要一种适用范围广、易于更换样品、测温准确的超高真空测温装置。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明中披露了一种超高真空条件下准确测量样品温度的测温装置，本发明的技术方案是这样实施的：

一种超高真空条件下准确测量样品温度的测温装置，包括：样品托和样品台；其中，所述样品托包括托架、固定板、压片、热偶正极、热偶负极和热偶固定架；所述固定板可拆卸地固定于所述托架上，通过所述压片压紧样品，将样品固定于所述托架上；所述热偶正极和所述热偶负极的一端向样品方向延伸，另一端弯折形成热偶连接端；所述热偶固定架包括两个绝缘陶瓷片；所述样品台包括定位槽、正极热偶插片、负极热偶插片和热偶插片固定架；所述定位槽设置为当所述样品托插入固定时，所述热偶连接端同时插入所述正极热偶插片和所述负极热偶插片；所述热偶插片固定架将所述正极热偶插片和所述负极热偶插片固定于所述样品台上。

优选地，所述两个绝缘陶瓷片通过沉头螺丝和螺帽固定，压紧所述热偶正极和所述热偶负极。

优选地，所述托架设有下沉孔，所述固定板通过沉头螺丝固定于所述托架上。

优选地，所述热偶连接端呈三角形、矩形或圆形。

优选地，所述热偶插片固定架为陶瓷绝缘材料，所述热偶插片固定架设有螺孔，所述热偶插片经螺栓固定于所述热偶插片固定架上。

优选地，所述热偶正极和所述热偶负极向样品方向延伸的一端点焊于样品上。

优选地，所述托架的材料为耐高温金属材料，包括钽、钼或钨。

实施本发明的技术方案可解决现有技术中超高真空条件下测量样品的实际温度的方案更换样品操作复杂、周期长、不适用于空气敏感型样品、测温不准确的技术问题；实施本发明的技术方案，热电偶直接接触样品，检测精度高；热电偶与样品台上的正极热偶插片和负极热偶插片可拆卸式连接，操作便捷，利于更换和重复利用样品；样品可拆卸式固定在样品托上，样品托可重复利用，有效降低成本。

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，下面将对实施例或现有技术描述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种实施例，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为本发明的一种具体实施方式的样品托样品侧结构示意图；

图2为本发明的一种具体实施方式的样品托加热侧结构示意图；

图3为本发明的一种具体实施方式的样品台结构示意图；

图4为本发明的一种具体实施方式的安装后热偶连接处结构示意图。

在上述附图中，各图号标记分别表示：

1-托架；2-固定板；3-压片；4-热偶正极；5-热偶负极；6-热偶固定架；7-热偶连接端；8-定位槽；81-底板；82-定位槽压片；9-正极热偶插片；10-负极热偶插片；11-热偶插片固定架；12-样品加热圆孔。

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。

在本发明的一种具体实施方式中，一种超高真空条件下准确测量样品温度的测温装置，如图1、图2、图3和图4所示，包括：样品托和样品台；其中，样品托包括托架1、固定板2、压片3、热偶正极4、热偶负极5和热偶固定架6；固定板2可拆卸地固定于托架1上，通过压片3压紧样品，将样品固定于托架1上；热偶正极4和热偶负极5的一端向样品方向延伸，另一端弯折形成热偶连接端7；热偶固定架6包括两个绝缘陶瓷片；样品台包括定位槽8、正极热偶插片9、负极热偶插片10和热偶插片固定架11；定位槽8设置为当样品托插入固定时，热偶连接端7同时插入正极热偶插片9和负极热偶插片10；热偶插片固定架11将正极热偶插片9和负极热偶插片10固定于样品台上。

在该具体实施方式中，托架1可以使用一体化方式制造，制造工艺简单，生产步骤较少，便于批量化生产。托架1上可以设置凹槽，凹槽的形状贴合样品，用于辅助固定样品。在实际生产和科研中，样品常需要均匀受热，以达到样品各处均匀反应的效果，样品常设置为圆形，因此凹槽可以设置为圆形，以增加样品托的兼容性。压片3主体的形状可以设置为圆环形，有效压紧样品并且可以减少样品被遮挡的面积，样品中部受热后可以均匀反映，也便于热电偶正负极接触样品表面，圆环的外径可以根据凹槽的规格或样品的大小设置。

托架1两端可以设置对称的下沉孔，便于加工，其中一个下沉孔用于安装热偶固定架6，另外的下沉孔可以用作安装固定固定板3。热偶可以使用铱铑合金等材料，适用于超高温环境，融点高，避免热偶在样品附近融化并污染样品。热偶固定架6上可以设置贴合热偶正极4和热偶负极5的凹槽，用于固定热偶正极4和热偶负极5，热偶固定架6可拆卸式固定在托架1上。热偶固定架6使用绝缘陶瓷材料，具有耐高温、高强度的特点，有效支撑热偶正极4和热偶负极5，并且可以避免热偶正极4和热偶负极5短接。

样品台上的定位槽8设置为底板81和两条定位槽压片82，定位槽压片82可拆卸式安装在底板81两侧，定位槽8主体可以使用耐高温金属材料，具有一定的延展性，定位槽压片82与底板81间的空隙可以设置为略小于样品托厚度的，样品托插入定位槽8会使定位槽压片82发生一定形变，定位槽压片82对样品托产生压力，夹持固定样品托，避免使用过程中样品托发生滑动，导致热偶插片与热偶热片固定架接触不良而影响测温精度，提高装置可靠性。定位槽压片82上可以设置圆孔，底板81上可以对应定位槽压片82圆孔的位置设置螺孔，定位槽压片82可以通过螺栓固定在底板81上，用户可以通过螺栓调整定位槽压片82与底板81间的空隙高度，从而调整定位槽8对样品托的压力以及定位槽8与样品托间的摩擦力，用户可以根据样品托的类型、样品的重量等参数更换不同类型的轨道以及调整轨道的高度。样品托插入定位槽8后，热偶连接端7可以完全进入正极热偶插片9和负极热偶插片10，避免热偶接触不良导致温度测量误差较大，利于实现样品托架1的自动化安装。

正极热偶插片9和负极热偶插片10可以使用相同模板制造，便于批量化生产，降低装置成本。热偶插片可以采用耐高温金属材料，使用一体化浇铸的方式生产，也可以使用折弯件。每个热偶插片由相互紧贴的两部分构成，热偶插片靠近样品托的部分设置为波浪形的，具有一定形变能力，并且可以压紧热偶连接端7。

使用样品托与样品台结合的方式装载样品，操作便捷，可以在特种环境下实现样品的快速切换，以及实现同一个样品在无污染的情况下实现多次利用，降低成本并且利于用户提高工作效率。

在一种优选的实施方式中，如图1、图2和图4所示，两个绝缘陶瓷片通过沉头螺丝和螺帽固定，压紧热偶正极4和热偶负极5。绝缘陶瓷片上设置与托架1端部的沉头孔相配合的螺纹孔，使用可拆卸方式固定绝缘陶瓷片，便于拆卸，用户可以根据热电偶的尺寸选择带有不同规格凹槽的绝缘陶瓷片，便于用户根据样品的温度范围选择不同种类的热电偶，可以提高装置的测温精度和兼容性。

在一种优选的实施方式中，如图1、图2和图4所示，托架1设有下沉孔，固定板2通过沉头螺丝固定于托架1上。压片3上设置多个与下沉孔相对的圆孔，样品固定过程中，压片3将样品压在托架1上，固定板2用于固定压片3位置，其后沉头螺丝将托架1、压片3和固定板2牢牢固定。用户可以通过沉头螺丝调整压片3相对托架1的高度，从而固定不同高度的样品，提高样品托的兼容性。

在一种优选的实施方式中，如图1、图2和图4所示，热偶连接端7呈三角形、矩形或圆形。热偶连接端7可以使用折弯工艺制作成三角形或矩形形状，也可以使用冷煨工艺或热推工艺制作成圆形。样品托安装过程中，热偶连接端7插入热偶插片的过程中，会受到较大阻力，热偶连接端7若设置为直线型容易受力发生变形而导致接触不良。热偶连接端7设置为三角形或矩形，可以加强热偶连接端7的强度，设置为圆形便于均匀分散热偶连接端7受到的阻力，从而减少热偶连接端7发生的形变，提高装置的可靠性。

在一种优选的实施方式中，如图1、图2、图3和图4所示，热偶插片固定架11为陶瓷绝缘材料，热偶插片固定架11设有螺孔，热偶插片经螺栓固定于热偶插片固定架11上。正极热偶插片9和负极热偶插片10上可以设置对应热偶插片固定架11螺孔的圆孔，用户可以通过螺栓将热偶插片固定在热偶插片固定架11上，用户可以根据样品托的大小、热偶插片的形状、规格安装合适的热偶插片固定架11。热偶插片可以固定在热偶插片固定架11背离样品台的一侧，热偶插片固定架11上的螺孔可以设置为深度小于热偶固定架6宽度的，由于热偶插片固定架11使用陶瓷绝缘材料，可以起到隔绝一定热量的作用，降低热偶插片固定架11背离样品一侧的温度，降低固定热偶插片的螺栓成本，并且降低连接热偶插片的导线受高温融化的可能性，可以提高装置可靠性，延长装置寿命。

在一种优选的实施方式中，如图1、图2和图3所示，热偶正极4和热偶负极5向样品方向延伸的一端点焊于样品上。在高真空环境下，样品向外的热传导效率较低，若热偶正极4和热偶负极5不接触样品，热偶正极4和热偶负极5主要在样品的热辐射下升温，热偶正极4和热偶负极5的温度与样品温度有一定差异，测量结果误差大。

在该具体实施方式中，样品多数为金属材料，具有导电性，可以使用点焊的方式将热偶正极4和热偶负极5焊接样品上，由于热偶正极4和热偶负极5靠近样品的端部往往设置为直线型并且直径较小，点焊难度低，便于操作。点焊后样品与热偶正极4和热偶负极5间通过固体间的热传导传递热量，热量传递速度快，降低热偶正极4和热偶负极5与样品的温差，有效提高检测精度。

在一种优选的实施方式中，如图1、图2和图4所示，托架1设置样品加热圆孔12。样品加热圆孔12的圆心可以与托架1的中心相重合，便于加热装置发出的热辐射、电子束被样品直接吸收，可以提高加热效率。样品加热圆孔12的直径设置为较大的，可以确保热偶负极5和热偶正极4在样品上的测温点为直接受到加热装置加热的，提高测温准确性。

在一种优选的实施方式中，如图1、图2和图4所示，托架1的材料为耐高温金属材料，包括钽、钼或钨。托架1贴近加热装置，加热装置加热样品的同时也会有大量的热量通过热辐射的方式传递至托架1，托架1使用耐高温金属材料可以避免托架1融化污染样品及损坏装置，可以提高装置的可靠性。

需要指出的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种超高真空条件下准确测量样品温度的测温装置，其特征在于，包括：样品托和样品台；其中，

所述样品托包括托架、固定板、压片、热偶正极、热偶负极和热偶固定架；所述固定板可拆卸地固定于所述托架上，通过所述压片压紧样品，将样品固定于所述托架上；所述热偶正极和所述热偶负极的一端向样品方向延伸，另一端弯折形成热偶连接端；所述热偶固定架包括两个绝缘陶瓷片；

所述样品台包括定位槽、正极热偶插片、负极热偶插片和热偶插片固定架；所述定位槽设置为当所述样品托插入固定时，所述热偶连接端同时插入所述正极热偶插片和所述负极热偶插片；所述热偶插片固定架将所述正极热偶插片和所述负极热偶插片固定于所述样品台上。

2.根据权利要求1所述的一种超高真空条件下准确测量样品温度的测温装置，其特征在于，所述两个绝缘陶瓷片通过沉头螺丝和螺帽固定，压紧所述热偶正极和所述热偶负极。

3.根据权利要求2所述的一种超高真空条件下准确测量样品温度的测温装置，其特征在于，所述托架设有下沉孔，所述固定板通过沉头螺丝固定于所述托架上。

4.根据权利要求3所述的一种超高真空条件下准确测量样品温度的测温装置，其特征在于，所述热偶连接端呈三角形、矩形或圆形。

5.根据权利要求4所述的一种超高真空条件下准确测量样品温度的测温装置，其特征在于，所述热偶插片固定架为陶瓷绝缘材料，所述热偶插片固定架设有螺孔，所述热偶插片经螺栓固定于所述热偶插片固定架上。

6.根据权利要求5所述的一种超高真空条件下准确测量样品温度的测温装置，其特征在于，所述热偶正极和所述热偶负极向样品方向延伸的一端点焊于样品上。

7.根据权利要求6所述的一种超高真空条件下准确测量样品温度的测温装置，其特征在于，所述托架的材料为耐高温金属材料，包括钽、钼或钨。