CN110346615B - 一种低温交/直流电学性质测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种低温交/直流电学性质测试装置，包括导热铜板和样品托，样品托上设置第一弹片和第二弹片，第二弹片连接有导线，第二弹片的顶部设置有探针，样品托底部设置导热铜柱，将待测样件放置于样品托上，令四根导线与待测样件的四端电极相接触，令四根探针分别与四个第二弹片接触后，与探针连接的直流测试仪表能够表征待测样件的直流电学性能参数；当测试待测样件的交流电学性质前，令第一弹片与待测样件的顶电极相接，导热铜柱与待测样件底部的底电极相接触，通过交流测试仪表即可表征待测样件的交流电学性能参数；通过向导热铜板的空腔内通入低温干燥氮气实现待测样件处于低温环境中，通过控制氮气的流速实现控制温度的改变。

Description

一种低温交/直流电学性质测试装置

技术领域

本发明涉及低温电学性质测试技术领域，特别是涉及一种低温交/直流电学性质测试装置。

背景技术

现有技术中，材料低温电学性质测试方法通常是将待测样件通过金属电极夹片固定后，置于低温测试腔内，金属电极夹片引出导线与电学测量仪表连接。测试前先将低温测试腔连接真空泵并抽至真空，然后将测试腔底部置于低温环境中，待样件温度稳定至预设温度后，即可测量样件相应的电学性质。

上述装置虽然可以满足样件在低温下的单一电学性质测试要求，但是无法实现同一样件在同一温度下的交/直流电学测试功能的快速转换。因此，当面对如何准确、经济、高效地进行少量样件的多种电学性质测试的问题，上述装置则显示出较大的缺陷。另外，由于上述装置在进行低温测量前需要将测试腔底部整体置于低温环境中，这样不仅显著降低了热传导效率而且增加了冷却设备的制造加工难度，进一步增加了测试成本。

因此，如何改变现有低温电学测试技术中普遍存在的电学测试功能单一、低温温度不稳定的现状，如何有效地改善低温电学性质测试的准确性、经济性和高效性成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种低温交/直流电学性质测试装置，以解决上述现有技术存在的问题，使低温电学性质测试时能够在直流电、交流电之间进行转换，同时使测试温度可控，提高测试结果精度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种低温交/直流电学性质测试装置，包括石英罩、支撑架、升降平台、样品托载台、导热铜板和样品托，所述样品托、所述导热铜板、所述样品托载台顺次叠加设置于所述支撑架上，所述样品托能够容纳待测样件，所述样品托、所述导热铜板、所述样品托载台均设置于所述石英罩的内腔中，且所述石英罩与所述支撑架相抵接，所述样品托载台远离所述导热铜板的一端伸出所述石英罩并与所述升降平台相连，所述升降平台设置于所述支撑架的底部，所述升降平台能够带动所述样品托载台上下运动，所述样品托载台与所述石英罩之间设置密封元件，所述石英罩设置抽真空管，所述抽真空管与所述石英罩的内腔相连通；

所述样品托上设置一个第一弹片和四个第二弹片，所述第一弹片和所述第二弹片均由导电材质制成，四个所述第二弹片呈周向均布，所述第一弹片和所述第二弹片通过紧固螺钉与所述样品托相连，所述样品托由绝缘材质制成，所述样品托放入待测样件后，所述第一弹片能够与待测样件抵接，所述第二弹片与待测样件之间具有间隙，四个所述第二弹片分别连接有导线，所述导线固定在所述紧固螺钉上，所述导线能够与待测样件抵接，四个所述第二弹片的顶部分别设置有探针，所述探针穿过所述石英罩连接有直流测试仪表，所述样品托还设置导热铜柱，所述导热铜柱能够与放入所述样品托的待测样件抵接，所述第一弹片和所述导热铜柱均连接有屏蔽线缆，所述屏蔽线缆能够穿过所述石英罩与交流测试仪表相连；所述导热铜板为中空结构，所述导热铜板设置气体入口和气体出口，所述气体入口和所述气体出口均与所述导热铜板的内腔相连通，所述气体入口与外界低温氮气源相连，所述气体出口与外界环境相连通。

优选地，所述石英罩的底部连接有波纹管，所述波纹管的另一端与所述升降平台相连，所述波纹管套装于所述样品托载台的外部，所述石英罩与所述波纹管之间、所述样品托载台与所述波纹管之间均作密封处理。

优选地，所述样品托设置能够容纳待测样件的凹槽，所述凹槽为圆柱状，所述凹槽的底部设置能够容纳所述导热铜柱的通孔，所述导热铜柱由铜棒镀金制成。

优选地，所述样品托还设置测温孔，所述测温孔内设置温度传感器，所述温度传感器为Pt-100铂热电阻温度传感器，所述温度传感器与所述导热铜板抵接。

优选地，所述第一弹片为横置的S形，所述第二弹片为U形，所述第二弹片的开口朝向所述样品托的轴线设置，所述第一弹片为不锈钢片，所述第二弹片为铜片。

优选地，所述支撑架包括上支撑板、下支撑板和固定柱，所述固定柱连接所述上支撑板和所述下支撑板，所述石英罩与所述上支撑板抵接，所述升降平台设置于所述下支撑板的顶部，所述样品托载台穿过所述上支撑板与所述升降平台相连。

优选地，所述石英罩包括第一部分和第二部分，所述第一部分与所述第二部分可拆装相连，所述第一部分与所述第二部分的连接处作磨口处理。

优选地，所述导热铜板内设置S型孔道，所述气体入口和所述气体出口分别与所述S型孔道的两端相连通。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本发明提供一种低温交/直流电学性质测试装置，包括石英罩、支撑架、升降平台、样品托载台、导热铜板和样品托，样品托、导热铜板、样品托载台顺次叠加设置于支撑架上，样品托能够容纳待测样件，样品托、导热铜板、样品托载台均设置于石英罩的内腔中，且石英罩与支撑架相抵接，样品托载台远离导热铜板的一端伸出石英罩并与升降平台相连，升降平台设置于支撑架的底部，升降平台能够带动样品托载台上下运动，样品托载台与石英罩之间设置密封元件，石英罩设置抽真空管，抽真空管与石英罩的内腔相连通；样品托上设置一个第一弹片和四个第二弹片，第一弹片和第二弹片均由导电材质制成，四个第二弹片呈周向均布，第一弹片和第二弹片通过紧固螺钉与样品托相连，样品托由绝缘材质制成，样品托放入待测样件后，第一弹片能够与待测样件抵接，第二弹片与待测样件之间具有间隙，四个第二弹片分别连接有导线，导线固定在紧固螺钉上，导线能够与待测样件抵接，四个第二弹片的顶部分别设置有探针，探针穿过石英罩连接有直流测试仪表，样品托还设置导热铜柱，导热铜柱能够与放入样品托的待测样件抵接，第一弹片和导热铜柱均连接有屏蔽线缆，屏蔽线缆能够穿过石英罩与交流测试仪表相连；导热铜板为中空结构，导热铜板设置气体入口和气体出口，气体入口和气体出口均与导热铜板的内腔相连通，气体入口与外界低温氮气源相连，气体出口与外界环境相连通。

本发明的低温交/直流电学性质测试装置，在测试直流电学性质前，将待测样件放置于样品托上，四根导线的一端分别通过紧固螺钉与四个第二弹片相连，令四根导线的另一端分别与待测样件的四端电极相接触，当调节升降平台令四根探针分别与四个第二弹片接触后，与探针连接的直流测试仪表能够表征待测样件的直流电学性能参数；当测试待测样件的交流电学性质前，令第一弹片与待测样件的顶电极相接，导热铜柱与待测样件底部的底电极相接触，第一弹片和导热铜柱分别通过屏蔽线缆与交流测试仪表相连，通过交流测试仪表即可表征待测样件的交流电学性能参数；其中，导热铜板为中空结构，通过向其空腔内通入低温干燥氮气，从而保证待测样件处于低温环境中，通过控制氮气的流速以实现温度的改变，实现待测样件在不同温度下电学性质的可靠测量，在测试过程中，通过抽真空管对石英罩内抽至真空，减少石英罩内各部件与外界环境的热量交换。

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为本发明的低温交/直流电学性质测试装置的结构示意图；

图2为本发明的低温交/直流电学性质测试装置的样品托的正视剖切结构示意图；

图3为本发明的低温交/直流电学性质测试装置的样品托的俯视示意图；

其中，1为石英罩，2为支撑架，3为升降平台，4为样品托载台，5为导热铜板，6为样品托，7为抽真空管，8为第一弹片，9为第二弹片，10为探针，11为波纹管，12为凹槽，13为导热铜柱，14为温度传感器。

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低温交/直流电学性质测试装置，以解决上述现有技术存在的问题，使低温电学性质测试时能够在直流电、交流电之间进行转换，同时使测试温度可控，提高测试结果精度。

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。

请参考图1-3，其中，图1为本发明的低温交/直流电学性质测试装置的结构示意图，图2为本发明的低温交/直流电学性质测试装置的样品托的正视剖切结构示意图，图3为本发明的低温交/直流电学性质测试装置的样品托的俯视示意图。

本发明提供一种低温交/直流电学性质测试装置，包括石英罩1、支撑架2、升降平台3、样品托载台4、导热铜板5和样品托6，样品托6、导热铜板5、样品托载台4顺次叠加设置于支撑架2上，样品托6能够容纳待测样件，样品托6、导热铜板5、样品托载台4均设置于石英罩1的内腔中，且石英罩1与支撑架2相抵接，样品托载台4远离导热铜板5的一端伸出石英罩1并与升降平台3相连，升降平台3设置于支撑架2的底部，升降平台3能够带动样品托载台4上下运动，样品托载台4与石英罩1之间设置密封元件，石英罩1设置抽真空管7，抽真空管7与石英罩1的内腔相连通。

样品托6的顶部设置一个第一弹片8和四个第二弹片9，第一弹片8和第二弹片9均由导电金属材质制成，四个第二弹片9呈周向均布，第一弹片8和第二弹片9均通过紧固螺钉与样品托6相连，样品托6由绝缘高分子材质制成，待测样件放入样品托6后，第一弹片8能够与待测样件表面的顶电极抵接，四个第二弹片9分别连接有四根导线，紧固螺钉为金属材质以实现导线与第二弹片9相连，导线一端固定在四个紧固螺钉上，导线另一端分别与待测样件四端电极相连接，四个第二弹片9的顶部分别设置有探针10，探针10通过密封紧固件穿过石英罩1与直流测试仪表连接，样品托6的底部还设置导热铜柱13，导热铜柱13由纯铜制成，导热铜柱13能够与放入样品托6的待测样件的底电极抵接，从导热铜柱13引出屏蔽线缆，同理，另一条屏蔽线缆从第一弹片8的紧固螺钉处引出，两条屏蔽线缆通过接入石英罩1顶部的航空电缆接头与外部的交流测试仪表相连；导热铜板5为中空结构，导热铜板5设置气体入口和气体出口，气体入口和气体出口均与导热铜板5的内腔相连通，气体入口与外界低温氮气源相连，气体出口与外界环境相连通。

本发明的低温交/直流电学性质测试装置，在测试直流电学性质前，将待测样件放置于样品托6上，令四根导线与待测样件的四端电极相接触，当调节升降平台3令四根探针10分别与四个第二弹片9接触后，与探针10连接的直流测试仪表能够表征待测样件的直流电学性能参数；当测试待测样件的交流电学性质前，令第一弹片8与待测样件的顶电极相接触，导热铜柱13与待测样件的底电极相接触，第一弹片8和导热铜柱13分别通过屏蔽线缆与交流测试仪表相连，通过交流测试仪表即可表征待测样件的交流电学性能参数，第一弹片8和导热铜柱13通过屏蔽线缆与交流测试仪表相连，避免外界电磁干扰。此处需要说明的是，在测试时，需用低温导电银胶在待测样件的四端电极、顶电极和底电极处进行涂覆，确保待测样件电极能够与测试仪表导线的欧姆接触良好，在本具体实施方式中，待测样件的四端电极呈周向均布，与第二弹片9的位置相匹配，顶电极位于待测样件的顶部，与第一弹片8的位置相匹配，底电极位于待测样件的底部中心处，与导热铜柱13相接触，导热铜柱13在起到连通待测样件的底电极与交流测试仪表的作用之外，还能够将导热铜板5的温度传递给待测样件。

实验时，通过抽真空管7对石英罩1内抽真空，减少石英罩1内与外界环境的热量交换，导热铜板5为中空结构，通过向其空腔内通入低温干燥氮气(低温氮气温度范围：-197℃～25℃)，从而使待测样件处于低温环境中，通过控制氮气的流速以稳定低温，以实现待测样件在不同温度下电学性质的可靠测量。使用本发明的低温交/直流电学性质测试装置进行实验时，可分别实现低温交流电学性质和低温直流电学性质的测试。另外设置有升降平台3，对待测样品进行固定后，通过升降平台3对待测样件进行位置调整，保证探针10与第二弹片9是在实验温度下实现接触，保证待测样件的测试环境温度，进一步提高实验精准性。实验时，利用真空泵通过抽真空管7将石英罩1内抽至真空，以减少石英罩1内的各部件与外界环境的热量交换。石英罩1的顶部设置三通接头，方便与航空电缆接头和抽真空管7相连，同时便于屏蔽线缆引出石英罩1外部，屏蔽线缆通过航空电缆接头与交流测试仪表连接，保证石英罩1的气密性。

为了使升降台在带动样品托载台4升降的同时保证石英罩1内气密性良好，石英罩1的底部连接有波纹管11，波纹管11的另一端与升降平台3相连，波纹管11套装于样品托载台4的外部，石英罩1与波纹管11之间、样品托载台4与波纹管11之间均作密封处理，升降台带动样品托载台4升降时，波纹管11的长度能够变化，同时石英罩1与波纹管11之间、样品托载台4与波纹管11之间均作密封处理，保证石英罩1内腔的密封性。

具体地，为了便于固定待测样件，样品托6设置能够容纳待测样件的凹槽12，凹槽12为圆柱状，凹槽12起到了限定待测样件位置的作用，凹槽12的底部设置能够容纳导热铜柱13的通孔，导热铜柱13放置于通孔内，导热铜柱13的高度不小于通孔的深度，确保导热铜柱13能够与待测样件接触。第一弹片8和第二弹片9均位于凹槽12的外围且朝向圆柱状凹槽12的轴线设置，便于与待测样件接触以测试其电学性质，第一弹片8始终与待测样件抵接，进一步固定了待测样件，避免待测样件错位，提高装置整体稳定性。在本发明的其他具体实施方式中，样品托6包括上下两部分的分体式结构，样品托6的上下两部分通过固定第一弹片8和第二弹片9的紧固螺钉相连，上下两部分之间具有间隙，方便导热铜柱13与屏蔽线缆相连。

另外，为了便于监测测试温度，样品托6还设置测温孔，测温孔内设置温度传感器14，温度传感器14的测温金属头与导热铜板5抵接，在本具体实施方式中，温度传感器14采用Pt-100铂热电阻温度传感器。

在本具体实施方式中，第一弹片8呈横置的S形，使其始终与凹槽12内的待测样件抵接，第二弹片9呈U形，第二弹片9的开口朝向待测样件，升降平台3带动样品托6上升时，使探针10能够与第二弹片9接触，同时避免第二弹片9受压变形与待测样件的四端电极相接触造成短路，第二弹片9为铜片，第一弹片8为不锈钢片。

进一步地，支撑架2包括上支撑板、下支撑板和固定柱，固定柱连接上支撑板和下支撑板，固定柱分别与上支撑板和下支撑板螺纹连接，拆装方便且易于调平，石英罩1与上支撑板抵接，升降平台3设置于下支撑板的顶部，样品托载台4穿过上支撑板与升降平台3相连。

更进一步地，石英罩1包括第一部分和第二部分，第一部分与第二部分可拆装相连，第一部分为空心半球状，第二部分为空心圆柱状，第一部分位于第二部分的顶部，第一部分与第二部分的连接处作磨口处理，提升石英罩1密封性能。

在本发明的其他具体实施方式中，导热铜板5内设置S型孔道，气体入口和气体出口分别与S型孔道的两端相连通，S型孔道延长了氮气与导热铜板5的接触时间，使导热铜板5与氮气的能量交换更彻底，继而通过导热铜板5令待测样件处于低温环境中，提高实验效率。

在使用本发明的低温交/直流电学性质测试装置进行测试工作的步骤如下：

步骤一，将待测样件制备成致密度为不低于90％、直径不大于10mm、厚度不小于1mm的圆盘形的致密片。

步骤二、保证待测样件表面清洁，测试前先用低温导电银胶对待测样件的四端电极、顶电极和底电极进行涂覆，并将四端电极与四根导线有效粘接，待低温导电银胶完全干燥后，将待测样件放置于样品托6的凹槽12内，同时四根导线分别与固定四个第二弹片9的紧固螺钉连接；与此同时，令第一弹片8与待测样件的顶电极接触，待测样件的底电极与样品托6底部的导热铜柱13相接触，固定第一弹片8的紧固螺钉与屏蔽线缆相连，样品托6底部的导热铜柱13同样连接屏蔽线缆，第一弹片8引出的屏蔽线缆和导热铜柱13引出的屏蔽线缆通过石英罩1顶部的航空电缆接头与外部测试仪表相连；

步骤三、检查待测样件的各个导热铜柱13与导线、第一弹片、导热铜柱13及电学测试仪表是否接触良好，检查石英罩1内气密性是否良好。

步骤四、启动真空泵，将石英罩1的内腔抽至恒定低压状态，从低温氮气源引入低温氮气至石英罩1内的导热铜板5的气体入口，通过调节氮气的流速控制测量温度至预设温度。

步骤五、测量样件的直流电学性质，可调节升降台3使四根探针10分别与四个第二弹片9接触，待直流电学仪表示数稳定即可读取相应参数；

步骤六、测量样品的交流电学性质，可将石英罩1顶部的航空电缆接头(在石英罩1内部，第一弹片8和导热铜柱13引出的两根屏蔽线缆与此接头连接)引出屏蔽线缆与交流电学仪表连接，待仪表示数稳定即可读取相应参数。

本发明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，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种低温交/直流电学性质测试装置，其特征在于：包括石英罩、支撑架、升降平台、样品托载台、导热铜板和样品托，所述样品托、所述导热铜板、所述样品托载台顺次叠加设置于所述支撑架上，所述样品托能够容纳待测样件，所述样品托、所述导热铜板、所述样品托载台均设置于所述石英罩的内腔中，且所述石英罩与所述支撑架相抵接，所述样品托载台远离所述导热铜板的一端伸出所述石英罩并与所述升降平台相连，所述升降平台设置于所述支撑架的底部，所述升降平台能够带动所述样品托载台上下运动，所述样品托载台与所述石英罩之间设置密封元件，所述石英罩设置抽真空管，所述抽真空管与所述石英罩的内腔相连通；

所述样品托上设置一个第一弹片和四个第二弹片，所述第一弹片和所述第二弹片均由导电材质制成，四个所述第二弹片呈周向均布，所述第一弹片和所述第二弹片通过紧固螺钉与所述样品托相连，所述样品托由绝缘材质制成，所述样品托放入待测样件后，所述第一弹片能够与待测样件抵接，所述第二弹片与待测样件之间具有间隙，四个所述第二弹片分别连接有导线，所述导线固定在所述紧固螺钉上，所述导线能够与待测样件抵接，四个所述第二弹片的顶部分别设置有探针，所述探针穿过所述石英罩连接有直流测试仪表，所述样品托还设置导热铜柱，所述导热铜柱能够与放入所述样品托的待测样件抵接，所述第一弹片和所述导热铜柱均连接有屏蔽线缆，所述屏蔽线缆能够穿过所述石英罩与交流测试仪表相连；所述导热铜板为中空结构，所述导热铜板设置气体入口和气体出口，所述气体入口和所述气体出口均与所述导热铜板的内腔相连通，所述气体入口与外界低温氮气源相连，所述气体出口与外界环境相连通。

2.根据权利要求1所述的低温交/直流电学性质测试装置，其特征在于：所述石英罩的底部连接有波纹管，所述波纹管的另一端与所述升降平台相连，所述波纹管套装于所述样品托载台的外部，所述石英罩与所述波纹管之间、所述样品托载台与所述波纹管之间均作密封处理。

3.根据权利要求1所述的低温交/直流电学性质测试装置，其特征在于：所述样品托设置能够容纳待测样件的凹槽，所述凹槽为圆柱状，所述凹槽的底部设置能够容纳所述导热铜柱的通孔，所述导热铜柱由铜棒镀金制成。

4.根据权利要求3所述的低温交/直流电学性质测试装置，其特征在于：所述样品托还设置测温孔，所述测温孔内设置温度传感器，所述温度传感器为Pt-100铂热电阻温度传感器，所述温度传感器与所述导热铜板抵接。

5.根据权利要求1所述的低温交/直流电学性质测试装置，其特征在于：所述第一弹片为横置的S形，所述第二弹片为U形，所述第二弹片的开口朝向所述样品托的轴线设置，所述第一弹片为不锈钢片，所述第二弹片为铜片。

6.根据权利要求1所述的低温交/直流电学性质测试装置，其特征在于：所述支撑架包括上支撑板、下支撑板和固定柱，所述固定柱连接所述上支撑板和所述下支撑板，所述石英罩与所述上支撑板抵接，所述升降平台设置于所述下支撑板的顶部，所述样品托载台穿过所述上支撑板与所述升降平台相连。

7.根据权利要求1-6任一项所述的低温交/直流电学性质测试装置，其特征在于：所述石英罩包括第一部分和第二部分，所述第一部分与所述第二部分可拆装相连，所述第一部分与所述第二部分的连接处作磨口处理。

8.根据权利要求1-6任一项所述的低温交/直流电学性质测试装置，其特征在于：所述导热铜板内设置S型孔道，所述气体入口和所述气体出口分别与所述S型孔道的两端相连通。

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