CN117214536A - 一种适用于高温条件的多路并行阻抗的测试装置及测试方法 - Google Patents
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Abstract
一种适用于高温条件的多路并行阻抗的测试装置及测试方法，该测试装置包括转向支撑组件、样品夹持组件、测试线路切换组件以及阻抗测试设备；测试线路切换组件包括档位切换单元和具有公共端、档位端的线路集成单元，档位切换单元用于控制公共端与档位端间的通断；样品夹持组件包括间隔排列的多个样品夹持杆，样品夹持杆的头端设有夹样槽；样品夹持杆内穿设有多根电极延伸线，电机延伸线一端与待测样品连接，电极延伸线另一端与线路集成单元的档位端连接。该测试方法为通过上述测试装置实现在高温下对待测阻抗材料进行不同温度段的、多路并行的阻抗测试。本发明能够在同一温度段下可对多个待测样品进行并行同步的阻抗测试，提高了阻抗测试的效率。
Description
技术领域
本发明涉及材料阻抗测试的技术领域，具体的说是一种适用于高温条件的多路并行阻抗的测试装置及测试方法。
背景技术
材料电化学性能分析的材料领域，例如，固体氧化物燃料电池领域，对待分析样品阻抗值的测量是最常用的特性表征方法之一。阻抗分析测试即电化学阻抗测试，又称为交流阻抗测试，在固体氧化物燃料电池领域的研发和生产之中均应用广泛。
在常温条件下的阻抗测量技术与装置发展趋于完善，但在高温电介材料、陶瓷材料、高温合金、固体氧化物燃料电池等领域，受限于最高需要约1000℃的测试条件，测量阻抗则较为困难。
中国专利文献CN111323651A、CN218213110U、CN214067268U、CN219224944U等公开了用于阻抗测量的夹具和装置，这种夹具和装置只能夹持单个待测样品，而且，这种单个待测样品仅限于在常温或者低于高温的条件下进行测试。现有传统的阻抗测试通常只能将单个测试样品安置在耐高温平台，再置于高温炉内按要求缓慢升温或降温进行测试，在样品测试完毕后，需要等待炉膛自然缓慢降温才能更换其它待测样品进行阻抗测试。
由于，高温阻抗测试的实验方案一般对升温速率、保温时长和降温速率有明确要求，因此，整个测试周期能耗较大，耗时较长。由于现有传统方法需要多次升温、降温、更换待测样品，造成样品测试效率较低。而且，高温炉的高频次升温、降温造成能耗浪费大，并对设备折损较大。为了提高样品测试效率，现有传统的阻抗测试通常会设置多个设备同时进行，但是，同时使用多个设备不仅增加了设备成本投入，还会占用较多的场地空间，若是待测样品较多则上述缺点更加突出。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的待测样品阻抗测试达不到高温条件、样品更换前后等待炉膛升温、降温耗时长、设备损耗等问题，提出了一种能够在高温下对待测阻抗材料进行不同温度段的、多路并行测试的装置及测试方法。
为了解决以上技术问题，本发明采用的具体方案为一种适用于高温条件的多路并行阻抗的测试装置：包括转向支撑组件、设置在转向支撑组件上的样品夹持组件与测试线路切换组件以及阻抗测试设备；
所述测试线路切换组件包括档位切换单元和具有公共端、档位端的线路集成单元，档位切换单元用于控制线路集成单元中公共端与档位端之间的通断；
所述样品夹持组件包括间隔排列的多个样品夹持杆，样品夹持杆的头端设置有夹样槽；样品夹持杆内穿设有多根电极延伸线，电机延伸线的一端由样品夹持杆头端伸出并能够与待测样品连接，电极延伸线的另一端与线路集成单元的档位端连接。
作为上述一种适用于高温条件的多路并行阻抗的测试装置的一个优化方案：样品夹持组件包括限位杆，限位杆上设置有多个沿其长度方向分布的圆盘，圆盘中部开设有供限位杆穿过的中心孔；圆盘上围绕中心孔设置有供样品夹持杆穿过的通孔。
作为上述一种适用于高温条件的多路并行阻抗的测试装置的另一个优化方案：多个样品夹持杆呈圆形分布，样品夹持杆上的多个夹样槽沿中心孔呈发散状分布。
作为上述一种适用于高温条件的多路并行阻抗的测试装置的另一个优化方案：所述样品夹持组件具有M个样品夹持杆，每个样品夹持杆内均穿设有4根电极延伸线；线路集成单元具有4个公共端和4*M个档位端，每4个档位端为一组，一组档位端中的4个档位端分别与同一样品夹持杆中的4根电极延伸线连接，4个公共端通过阻抗测试导线与阻抗测试设备连接。
作为上述一种适用于高温条件的多路并行阻抗的测试装置的另一个优化方案：档位切换单元通过联动开关控制四个公共端与各组档位端之间的切换。
作为上述一种适用于高温条件的多路并行阻抗的测试装置的另一个优化方案：档位切换单元为手动拨动机械、电动拨动机械、气动拨动机械、电磁阀中的一种。
作为上述一种适用于高温条件的多路并行阻抗的测试装置的另一个优化方案：样品夹持组件的材料为同种陶瓷材料；电极延伸线为贵金属导线。
作为上述一种适用于高温条件的多路并行阻抗的测试装置的另一个优化方案：转向支撑组件包括安装座，安装座上安装有用于支撑样品夹持组件和测试线路切换组件的万向支架。
作为上述一种适用于高温条件的多路并行阻抗的测试装置的另一个优化方案：万向支架包括固定设置在安装座上的竖直受力杆，竖直受力杆上分别通过十字夹固定有与安装座平行的横向受力杆、用于安装固定档位切换单元的安装杆；横向受力杆通过十字夹固定有与竖直受力杆平行的并与限位杆连接的转向受力杆。
一种适用于高温条件的多路并行阻抗的测试方法，高温条件下阻抗测试的具体步骤如下：
S1：将阻抗测试设备上的阻抗测试导线分别接入线路集成单元的公共端上；
S2：将待测样品依次置于夹样槽内，并根据测试方案将电极延伸线接在待测样品上；再通过调整转向支撑组件将待测样品置于高温炉内；
S3：根据拟定测试实验设定高温炉温度，当高温炉炉温达到设定温度后，即可测量与测试设备连接的待测样品在高温条件下的阻抗值；
S4：待测样品测试完毕后，通过测试线路切换组件切断已测样品的电极延伸线，并接通另一个或多个待测样品的电极延伸线；
S5：所有待测样品在同一设定温度下测试完毕后，可按拟定测试试验升温或降温至另一设定温度对待测样品继续进行测试；
S6；重复步骤S3-S5，直至完成所有待测样品在高温条件下不同温度段的多路并行阻抗测试。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明中多个样品夹持杆的端部均设置有可夹持固定待测样品的夹样槽，穿设于样品夹持杆中的电极延伸线一端连接线路切换组件上的档位端，另一端可根据测试方案选择性的与待测样品连接，从而实现两端子法、三端子法、四端子法等多种测试要求。通过档位切换单元控制公共端与档位端之间的通断，在完成一个待测样品的阻抗测试后能够通过档位切换单元及时、快速的接通另一个待测样品，从而实现了在同一温度段下多个待测样品可并行同步进行阻抗测试，提高了待测样品阻抗测试的效率，极大的节省了现有技术中待测样品更换前后等待炉膛升温和降温的时间、简化了测试流程。
附图说明
图1为本发明的主体结构示意图；
图2为样品夹持杆上端部结构的放大剖面图；
图3为限位杆与圆盘的安装结构示意图；
图4为样品夹持组件的俯视结构示意图；
图5为样品夹持组件的仰视结构示意图；
图6为实施例1中阻抗测试装置的测试电路图；
附图标记：1、样品夹持组件，101、样品夹持杆，101a、夹样槽，102、圆盘，103、限位杆，104、电极延伸线，2、转向支撑组件，201、安装座，202、安装杆，203、十字夹，204、竖直受力杆，205、横向受力杆，206、转向受力杆，3、测试线路切换组件，301、档位切换单元，302、公共端，303、档位端，4、阻抗测试导线，5、阻抗测试设备。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，一种适用于高温条件的多路并行阻抗的测试装置及测试方法，包括转向支撑组件2、样品夹持组件1、测试线路切换组件3以及阻抗测试设备5。其中，样品夹持组件1与测试线路切换组件3设置在转向支撑组件2上，阻抗测试设备5通过为贵金属材质的阻抗测试导线4与测试线路切换组件3连接。
测试线路切换组件3包括档位切换单元301和线路集成单元，线路集成单元具有四个公共端302与多组档位端303，公共端302通过阻抗测试导线4连接阻抗测试设备5，且公共端302在同一时间内只能与一组档位端303相连通。档位切换单元301可通过联动开关控制多个公共端302与对应多组档位端303之间的通断切换，从而实现便捷切换阻抗测试设备5与各个待测样品间的通断关系，此联动开关为KCZ四刀六档开关。相比现有技术极大的节省了待测样品更换测试时等待炉膛升温、降温的时间，提高了待测样品的测试效率。
如图1及图3所示，样品夹持组件1的材质为介电常数大、热膨胀系数小、热稳定性好的同种陶瓷材料。样品夹持组件1包括六个圆柱形的样品夹持杆101和两个圆盘102，两个圆盘102中部均开设有中心孔，中心孔内穿设有一根限位杆103，限位杆103沿竖直方向分布，其限位杆103的下端与转向支撑组件2连接。如图5所示，设置在限位杆103上的两个圆盘102沿限位杆103的长度方向均匀间隔分布，圆盘102与限位杆103之间通过固定螺母进行固定。
圆盘102上围绕中心孔设置有六个通孔，六个通孔间隔排列，且设置在两个圆盘102上的六个通孔分别一一对齐。如图1及图4所示，六根样品夹持杆101分别穿过对应圆盘102上的通孔后，间隔分布的六根样品夹持杆101合围形成圆形。圆盘102上通孔的数量可根据高温炉炉膛的大小进行增减。
如图1及图2所示，六根样品夹持杆101的上端中部开设有夹样槽101a，六根样品夹持杆101上的夹样槽101a沿中心孔呈发散状分布，使得在夹样槽101a内的待测样品之间的间隔距离最大，这种设置方式不仅方便取放待测样品，还能够避免待测样品阻抗测试时相邻待测样品之间会产生干扰。
夹样槽101a用于夹持放置待测样品，待测样品为条状，待测样品上绕绑有银丝，银丝通过铂浆固定在待测样品两端。银丝一端连接待测样品，另一端与样品夹持组件1连接。则六根样品夹持杆101就能够一次夹持六个待测样品进行阻抗测试，从而实现对多个样品的并行同步阻抗测试，提高待测样品的测试效率。
样品夹持杆101上位于夹样槽101a的两侧边内分别开设有两个圆孔，则一个样品夹持杆101上的四个圆孔内均穿设有电极延伸线104，电极延伸线104为低阻抗、高纯度和热稳定性好的贵金属材料。电极延伸线104的上端穿出圆孔后与待测样品上银丝的四个端部分别缠绕连接，电极延伸线104的下端从样品夹持杆101下端穿出后与对应档位端303连接。同一个样品夹持杆101上的四根电极延伸线104只能与同一组上的档位端303连接，且电极延伸线104在该装置测试待测样品前是直接接入对应的档位端303上的，在测试待测样品时不需要重复重新将电极延伸线104接入对应的档位端303上。
通过六根样品夹持杆101、4根电极延伸线104以及4个公共端302可知，如图6所示，线路集成单元具有4*6个档位端303，即24个档位端303。其中每4个档位端303为一组，共有六组档位端303，则六组档位端分别为(a1、b1、c1、d1)、(a2、b2、c2、d2)、(a3、b3、c3、d3)、(a4、b4、c4、d4)、(a5、b5、c5、d5)。4个公共端302通过阻抗测试导线4与阻抗测试设备5连接，一组档位端303中的4个档位端303上的接触点可分别与同一样品夹持杆101中的4根电极延伸线104连接。
由于不同的电极延伸线104可用于阻抗测试设备5向待测样品输入扰动电压并传递返回电流电压等参数的信号，六根样品夹持杆101上的4根电极延伸线104应该根据测试需求选择接入同组档位端303上的同一顺序触点上。如图6所示，公共端A接入档位端a1，并通过对应电极延伸线104接入待测样品的左端，同样的，其余a2-a6分别对应接入另外5个待测样品的左端。使得不同组件的同位置电极延伸线104均归纳在相应顺序的档位端303上，以便于KCZ四刀六档开关控制公共端302与对应档位端303之间的通断。并且，此种设置，只需要换挡即能直接切换其余三个B、C、D公共端302与对应档位端303b2-b6、c2-c6、d2-d6通断，实现阻抗测试设备5的信号均传递在各个待测样品的左端，不需要再每次记住不同功能电极延伸线5的位置再更换接入不同档位端303的位置。
在同一时间内公共端302只能与一组档位端303连通进行阻抗测试，在同一温度段内的一个待测样品的阻抗测试完成之后，已完成阻抗测试的已测样品上连通的公共端302、档位端303之间可通过KCZ四刀六档开关控制其断开，其与已测样品连接的公共端302与档位端303之间断开，则已完成阻抗测试的已测样品与阻抗测试设备5之间电路也随之断开。随之，通过KCZ四刀六档开关控制与下一个待测样品连接的一组档位端303与对应公共端302之间连通，从而继续进行待测样品的阻抗测试，通过KCZ四刀六档开关可实现便捷切换阻抗测试设备5与各个待测样品间的电路通断，从而实现了一次升温即可测试多个待测样品的阻抗。
而且，在多个待测样品在同一温度段的阻抗测试完成后，高温炉内的升温或降温至另一个温度段，通过上述KCZ四刀六档开关依次控制各个待测样品的电路通断，能够实现待测样品在多个温度段下的阻抗测试，减少了高温炉内的升温或降温次数，极大的降低了能耗，提高了测试效率。
如图1所示，转向支撑组件2包括矩形的安装座201和设置在安装座201上用于支撑样品夹持组将和测试线路切换组件3的万向支架。万向支架包括竖直受力杆204以及通过十字夹203固定于竖直受力杆204上的横向受力杆205、安装杆202，其中，竖直受力杆204沿竖直方向固定设置在安装座201上，以保持样品夹持杆101夹持待测样品在阻抗测试时的稳定。横向受力杆205与安装杆202之间间隔分布并相互平行，测试线路切换组件3安装在安装杆202远离竖直受力杆204的一端。横向受力杆205远离竖直受力杆204的右端通过十字夹203固定有一个沿竖向分布的转向受力杆206，转向受力杆206上端部与限位杆103的底端相连接，通过转动转向受力杆206可调整伸入高温炉内的待测样品在炉膛内的位置，以使待测样品在炉膛内处于合适的位置。
基于上述测试装置的适用于高温条件下多路并行阻抗的测试方法，具体步骤如下：
S1：将线路集成单元上的四个公共端302与阻抗测试设备5上的阻抗测试导线4连接。
S2：将六个待测样品依次装入夹样槽101a内，并根据测试方案选择预埋于样品夹持杆101内的4根电极延伸线104中的某一根电极延伸线104连接。通过转动横向受力杆205、转向受力杆206调整待测样品的空间位置与方向，并将调整好位置的待测样品伸入高温炉炉膛内。
S3：通过联动开关控制公共端302与一个待测样品所对应的一组档位端303之间连通。再按照测试方案设定高温炉升温、降温程序，待高温炉内的炉温达到设定温度值后，即可测量与阻抗测试设备5连通的待测样品的阻抗值。
S4：一个待测样品阻抗测试完成后，通过联动开关控制断开与已测样品连接的电极延伸线104，同时，由联动开关控制公共端302与另一个档位端303连通，即阻抗测试设备5与另一个待测样品上的电极延伸线104连通。
S5：当所有待测样品在同一设定温度下的阻抗测试完成后，可按照拟定的测试试验方案设定高温炉升温、降温程序而升温或降温至另一设定温度，在重新设定的温度下对待测样品继续进行阻抗测试。
S6；重复步骤S3-S5，直至所有待测样品完成在高温条件下不同温度段的多路并行阻抗测试。
实施例2
本实施例与实施例1的主体结构相似，其主要区别在于：该测试装置中设置有六个测试线路切换组件3，每个测试线路切换组件3均包括一个具有四个公共端302和多个档位端303的线路集成单元，每个线路集成单元上的四个公共端302均通过阻抗测试导线4连接一个阻抗测试设备5，则各个档位端303分别接引阻抗测试导线4与各个样品夹持杆101内的电极延伸线104连接。从而实现在同一温度段下能够更快速的测试完所有待测样品。
Claims (10)
1.一种适用于高温条件的多路并行阻抗的测试装置，其特征在于：包括转向支撑组件(2)、设置在转向支撑组件(2)上的样品夹持组件(1)与测试线路切换组件(3)以及阻抗测试设备(5)；
所述测试线路切换组件(3)包括档位切换单元(301)和具有公共端(302)、档位端(303)的线路集成单元，档位切换单元(301)用于控制线路集成单元中公共端(302)与档位端(303)之间的通断；
所述样品夹持组件(1)包括间隔排列的多个样品夹持杆(101)，样品夹持杆(101)的头端设置有夹样槽(101a)；样品夹持杆(101)内穿设有多根电极延伸线(104)，电机延伸线的一端由样品夹持杆(101)头端伸出并能够与待测样品连接，电极延伸线(104)的另一端与线路集成单元的档位端(303)连接。
2.根据权利要求1所述的一种适用于高温条件的多路并行阻抗的测试装置，其特征在于：样品夹持组件(1)包括限位杆(103)，限位杆(103)上设置有多个沿其长度方向分布的圆盘(102)，圆盘(102)中部开设有供限位杆(103)穿过的中心孔；圆盘(102)上围绕中心孔设置有供样品夹持杆(101)穿过的通孔。
3.根据权利要求2所述的一种适用于高温条件的多路并行阻抗的测试装置，其特征在于：多个样品夹持杆(101)呈圆形分布，样品夹持杆(101)上的多个夹样槽(101a)沿中心孔呈发散状分布。
4.根据权利要求3所述的一种适用于高温条件的多路并行阻抗的测试装置，其特征在于：所述样品夹持组件(1)具有M个样品夹持杆(101)，每个样品夹持杆(101)内均穿设有4根电极延伸线(104)；线路集成单元具有4个公共端(302)和4*M个档位端(303)，每4个档位端(303)为一组，一组档位端(303)中的4个档位端(303)分别与同一样品夹持杆(101)中的4根电极延伸线(104)连接，4个公共端(302)通过阻抗测试导线(4)与阻抗测试设备(5)连接。
5.根据权利要求4所述的一种适用于高温条件的多路并行阻抗的测试装置，其特征在于：档位切换单元(301)通过联动开关控制四个公共端(302)与各组档位端(303)之间的切换。
6.根据权利要求1所述的一种适用于高温条件的多路并行阻抗的测试装置，其特征在于：档位切换单元(301)为手动拨动机械、电动拨动机械、气动拨动机械、电磁阀中的一种。
7.根据权利要求6所述的一种适用于高温条件的多路并行阻抗的测试装置，其特征在于：样品夹持组件(1)的材料为同种陶瓷材料；电极延伸线(104)为贵金属导线(4)。
8.根据权利要求1所述的一种适用于高温条件的多路并行阻抗的测试装置，其特征在于：转向支撑组件(2)包括安装座(201)，安装座(201)上安装有用于支撑样品夹持组件(1)和测试线路切换组件(3)的万向支架。
9.根据权利要求2或8所述的一种适用于高温条件的多路并行阻抗的测试装置，其特征在于：万向支架包括固定设置在安装座(201)上的竖直受力杆(204)，竖直受力杆(204)上分别通过十字夹(203)固定有与安装座(201)平行的横向受力杆(205)、用于安装固定档位切换单元(301)的安装杆(202)；横向受力杆(205)通过十字夹(203)固定有与竖直受力杆(204)平行的并与限位杆(103)连接的转向受力杆(206)。
10.一种适用于高温条件的多路并行阻抗的测试方法，其特征在于：高温条件下阻抗测试的具体步骤如下：
S1：将阻抗测试设备(5)上的阻抗测试导线(4)分别接入线路集成单元的公共端(302)上；
S2：将待测样品依次置于夹样槽(101a)内，并根据测试方案将电极延伸线(104)接在待测样品上；再通过调整转向支撑组件(2)将待测样品置于高温炉内；
S3：根据拟定测试实验设定高温炉温度，当高温炉炉温达到设定温度后，即可测量与测试设备连接的待测样品在高温条件下的阻抗值；
S4：待测样品测试完毕后，通过测试线路切换组件(3)切断已测待测样品的电极延伸线(104)，并接通另一个或多个待测样品的电极延伸线(104)；
S5：所有待测样品在同一设定温度下测试完毕后，可按拟定测试试验升温或降温至另一设定温度对待测样品继续进行测试；
S6；重复步骤S3-S5，直至完成所有待测样品在高温条件下不同温度段的多路并行阻抗测试。
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