CN203688602U - 一种电子材料电性能温度特性测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电子材料电性能温度特性测试装置，包括试样夹装装置、电源和测试控制器，试样夹装装置包括内壳体、外壳体、顶盖、试样压紧机构、中间隔板和底板，内壳体内腔中设有绝缘腔体和冷却液腔体，中间隔板中间位置处设有试样台，外壳体旁侧设有冷却液罐，内壳体上设置有均与冷却液罐相连的冷却液入口和排气口，内壳体外部缠绕有电热丝；试样压紧机构包括上电极、上绝缘材料环、均压环、绝缘材料管、弹簧和下绝缘材料环；上电极和内壳体均与电源连接，顶盖上连接有温度传感器。本实用新型试样取放方便，夹持可靠，增加了测试的稳定性，提高了测试精度，能够实现宽温度范围内电子材料电性能温度特性的自动连续测试，实用性强。

Description

一种电子材料电性能温度特性测试装置

技术领域

本实用新型属于电子材料的性能测试技术领域，尤其是涉及一种电子材料电性能温度特性测试装置。

背景技术

电子材料在当今飞速发展的高新技术领域发挥着越来越重要的作用，对电子材料性能的测试手段和测试设备也提出了更高的要求。为保证电子产品的温度稳定性，由电子材料制作的元器件需要在相当宽的温度范围内保持电学性能稳定。为了研制应用温度范围更广的电子材料，在室温上下一定范围内的电学性能温度特性测试是不可回避的内容。

现有技术中，用于对电子材料电性能温度特性测试的测试仪表不附带温度特性测试附件，已有报道的一些测试夹具均为用户自行搭建。现有的测试装置中的测试夹具均使用触片夹持、螺杆夹持或弹簧夹持方式，上述三种夹持方式的主要不足在于金属材料在低温下的收缩和弹性性能降低，导致虚夹持状态，严重影响测试精度，甚至在低温下样品脱落；而且，现有技术中不能对低温到高温范围内电子材料的电性能温度特性进行连续测试，还存在着测试的自动化程度低、测试精度低的缺陷和不足；另外，现有技术中直接将试验样品放置在下电极与上电极之间，下电极的顶部为一水平面，绝缘油浸泡的试验样品经过上电极施压后，试验样品的下表面与下电极难以分离，容易造成试验样品的损坏。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种电子材料电性能温度特性测试装置，其结构简单，试样取放方便，夹持可靠，增加了测试的稳定性，有助于提高测试精度，能够实现宽温度范围内电子材料电性能温度特性的自动连续测试，实用性强，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种电子材料电性能温度特性测试装置，其特征在于：包括用于夹装待测试电子材料试样的试样夹装装置、用于产生激励信号的电源和用于对电子材料电性能温度特性测试过程进行控制的测试控制器，所述试样夹装装置包括内壳体、套装在内壳体外部的外壳体、连接在外壳体顶部的顶盖和连接在顶盖底部的试样压紧机构，所述内壳体内部一体设置有中间隔板，所述内壳体底部固定连接有底板，位于中间隔板上部的内壳体内腔为绝缘腔体，所述中间隔板的中间位置处一体设置有用于放置电子材料试样的试样台；位于中间隔板下部的内壳体内腔为冷却液腔体，所述冷却液腔体内装有冷却液，所述外壳体旁侧设置有用于为冷却液腔体提供冷却液的冷却液罐，位于中间隔板下部的内壳体上设置有冷却液入口和用于排放气化后的冷却液的排气口，所述冷却液入口和排气口分别位于内壳体中轴线的两侧，所述冷却液入口通过冷却液输入管和连接在冷却液输入管上的电磁阀与冷却液罐的出液口相连，所述排气口上连接有排气管，所述冷却液入口位于排气口的斜下方，位于中间隔板下部的内壳体外部缠绕有电热丝；所述试样压紧机构包括上电极以及套装在上电极下部的上绝缘材料环和均压环，所述上电极的上部套装有底部卡合在上绝缘材料环底部的绝缘材料管，所述绝缘材料管的顶部与顶盖底部固定连接，所述顶盖底端端面与上绝缘材料环顶端端面之间设置有弹簧，所述均压环与上电极下部之间设置有套装在上电极上的下绝缘材料环，所述均压环的底端端面与上电极的底端端面相平齐；所述上电极通过第一导线与电源的输出端连接，所述顶盖的中间位置处开有供第一导线穿过的上电极导线孔，所述内壳体通过第二导线与电源的输出端连接，所述外壳体上开有供第二导线穿过的下电极导线孔；所述顶盖上连接有伸入绝缘腔体内部且用于对绝缘腔体内的温度进行实时检测的温度传感器，所述待测试电子材料试样、温度传感器、电磁阀和电热丝均与测试控制器连接。

上述的一种电子材料电性能温度特性测试装置，其特征在于：所述测试控制器包括微控制器模块，为测试控制器中各用电模块和电热丝供电的电压转换电路模块，以及与微控制器模块相接且用于连接数据分析计算机的通信电路模块；所述电压转换电路模块与电源的输出端相接，所述微控制器模块的输入端接有按键操作电路模块和时钟模块，用于对温度信号进行放大、滤波和A/D转换调理的温度信号调理电路模块，以及用于对待测试电子材料试样产生的电压信号进行放大、滤波和A/D转换调理的试样电压信号调理电路模块，所述温度传感器与温度信号调理电路模块的输入端相接，所述待测试电子材料试样与试样电压信号调理电路模块的输入端相接，所述微控制器模块的输出端接有液晶显示电路模块、电磁阀驱动器和用于对电热丝的通断电进行控制的继电器，所述电磁阀与电磁阀驱动器的输出端相接，所述继电器串联在电压转换电路模块为电热丝供电的供电回路中。

上述的一种电子材料电性能温度特性测试装置，其特征在于：所述内壳体底部通过螺栓固定连接有底板，所述内壳体底面与底板顶面之间设置有密封圈。

上述的电子材料电性能温度特性测试用试样夹装装置，其特征在于：所述绝缘腔体内装有绝缘油。

上述的电子材料电性能温度特性测试用试样夹装装置，其特征在于：所述冷却液为液氮，所述冷却液罐为自增压液氮罐。

上述的电子材料电性能温度特性测试用试样夹装装置，其特征在于：所述电热丝上套装有黄蜡管。

上述的电子材料电性能温度特性测试用试样夹装装置，其特征在于：所述内壳体和上电极均由铜制成；所述上绝缘材料环、绝缘材料管和下绝缘材料环均由聚四氟乙烯制成。

上述的电子材料电性能温度特性测试用试样夹装装置，其特征在于：所述绝缘材料管的顶部与顶盖底部通过绝缘螺钉固定连接。

上述的电子材料电性能温度特性测试用试样夹装装置，其特征在于：所述微控制器模块为单片机。

上述的电子材料电性能温度特性测试用试样夹装装置，其特征在于：所述通信电路模块为USB通信电路模块或RS-232通信电路模块。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型结构简单，设计新颖合理，实现方便。

2、本实用新型试样夹装装置中通过设置试样台，使得待测试电子材料试样的放入和取出相当方便，测试完成后取出待测试电子材料试样时，待测试电子材料试样的下表面与试样台容易分离，避免了取出过程中对待测试电子材料试样的损坏。

3、本实用新型试样夹装装置中的试样压紧机构能够将待测试电子材料试样可靠地压在试样台上，即将待测试电子材料试样夹装在了上电极与试样台之间，不会有虚夹持状态和低温下样品脱落的情况出现，夹持的可靠性高，有助于提高测试精度。

4、本实用新型试样夹装装置中顶盖底端端面与上绝缘材料环顶端端面之间设置有弹簧，因此上电极可以上下移动，适用于不同厚度的待测试电子材料试样电性能温度特性测试，而且提高了夹持的可靠性。

5、本实用新型通过设置均压环，能够使得电压均匀分布在待测试电子材料试样表面，并防止了尖端放电对测试的影响，增加了测试的稳定性，有助于提高测试精度。

6、本实用新型通过向冷却液腔体内通入冷却液，通过冷却液的气化降低绝缘腔体内的温度，进而冷却待测试电子材料试样，可以测试较低温度下的电子材料电性能温度特性；通过在位于中间隔板下部的内壳体外部缠绕电热丝，通过电阻丝加热，升高绝缘腔体内的温度，进而加热待测试电子材料试样，可以测试较高温度下的电子材料电性能温度特性；通过测试控制器对冷却液冷却和电热丝加热的控制，不仅能够实现定点温度的测试，还能够自动实现-190℃～280℃温度范围内电子材料电性能温度特性的连续测试。

7、本实用新型的实用性强，使用效果好，便于推广使用。

综上所述，本实用新型结构简单，试样取放方便，夹持可靠，增加了测试的稳定性，有助于提高测试精度，能够实现宽温度范围内电子材料电性能温度特性的自动连续测试，实用性强，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型测试控制器的电路原理框图。

附图标记说明:

1—顶盖；              2—内壳体；             3—绝缘腔体；

4—绝缘材料管；        5—弹簧；               6—上电极；

7—上绝缘材料环；      8—下绝缘材料环；       9—均压环；

10—电热丝；           11—上电极导线孔；      12—下电极导线孔；

13—底板；             14—外壳体；            15—冷却液腔体；

16—中间隔板；         17—试样台；            18—冷却液入口；

19—排气口；           20—第一导线；          21—第二导线；

22—螺栓；             23—待测试电子材料试样；

24—温度传感器；       25—电源；              26—测试控制器；

27—微控制器模块；     28—电压转换电路模块；

29—按键操作电路模块； 30—试样电压信号调理电路模块；

31—继电器；           32—液晶显示电路模块；

33—时钟模块；      34—温度信号调理电路模块；  35—通信电路模块；

36—冷却液罐；      37—冷却液输入管；          38—电磁阀；

39—冷却液输出管；  40—电磁阀驱动器；          41—绝缘螺钉。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型包括用于夹装待测试电子材料试样23的试样夹装装置、用于产生激励信号的电源25和用于对电子材料电性能温度特性测试过程进行控制的测试控制器26，所述试样夹装装置包括内壳体2、套装在内壳体2外部的外壳体14、连接在外壳体14顶部的顶盖1和连接在顶盖1底部的试样压紧机构，所述内壳体2内部一体设置有中间隔板16，所述内壳体2底部固定连接有底板13，位于中间隔板16上部的内壳体2内腔为绝缘腔体3，所述中间隔板16的中间位置处一体设置有用于放置电子材料试样的试样台17；位于中间隔板16下部的内壳体2内腔为冷却液腔体15，所述冷却液腔体15内装有冷却液，所述外壳体14旁侧设置有用于为冷却液腔体15提供冷却液的冷却液罐36，位于中间隔板16下部的内壳体2上设置有冷却液入口18和用于排放气化后的冷却液的排气口19，所述冷却液入口18和排气口19分别位于内壳体2中轴线的两侧，所述冷却液入口18通过冷却液输入管37和连接在冷却液输入管37上的电磁阀38与冷却液罐36的出液口相连，所述排气口19上连接有排气管39，所述冷却液入口18位于排气口19的斜下方，位于中间隔板16下部的内壳体2外部缠绕有电热丝10；所述试样压紧机构包括上电极6以及套装在上电极6下部的上绝缘材料环7和均压环9，所述上电极6的上部套装有底部卡合在上绝缘材料环7底部的绝缘材料管4，所述绝缘材料管4的顶部与顶盖1底部固定连接，所述顶盖1底端端面与上绝缘材料环7顶端端面之间设置有弹簧5，所述均压环9与上电极6下部之间设置有套装在上电极6上的下绝缘材料环8，所述均压环9的底端端面与上电极6的底端端面相平齐；所述上电极6通过第一导线20与电源25的输出端连接，所述顶盖1的中间位置处开有供第一导线20穿过的上电极导线孔11，所述内壳体2通过第二导线21与电源25的输出端连接，所述外壳体14上开有供第二导线21穿过的下电极导线孔12；所述顶盖1上连接有伸入绝缘腔体3内部且用于对绝缘腔体3内的温度进行实时检测的温度传感器24，所述待测试电子材料试样23、温度传感器24、电磁阀38和电热丝10均与测试控制器26连接。

结合图2，本实施例中，所述测试控制器26包括微控制器模块27，为测试控制器26中各用电模块和电热丝10供电的电压转换电路模块28，以及与微控制器模块27相接且用于连接数据分析计算机的通信电路模块35；所述电压转换电路模块28与电源25的输出端相接，所述微控制器模块27的输入端接有按键操作电路模块29和时钟模块33，用于对温度信号进行放大、滤波和A/D转换调理的温度信号调理电路模块34，以及用于对待测试电子材料试样23产生的电压信号进行放大、滤波和A/D转换调理的试样电压信号调理电路模块30，所述温度传感器24与温度信号调理电路模块34的输入端相接，所述待测试电子材料试样23与试样电压信号调理电路模块30的输入端相接，所述微控制器模块27的输出端接有液晶显示电路模块32、电磁阀驱动器40和用于对电热丝10的通断电进行控制的继电器31，所述电磁阀38与电磁阀驱动器40的输出端相接，所述继电器31串联在电压转换电路模块28为电热丝10供电的供电回路中。

本实施例中，所述内壳体2底部通过螺栓22固定连接有底板13，所述内壳体2底面与底板13顶面之间设置有密封圈12。所述绝缘腔体3内装有绝缘油。所述冷却液为液氮，所述冷却液罐36为自增压液氮罐。所述电热丝10上套装有黄蜡管，起到了绝缘的作用。所述内壳体2和上电极6均由铜制成；所述上绝缘材料环7、绝缘材料管4和下绝缘材料环8均由聚四氟乙烯制成。所述绝缘材料管4的顶部与顶盖1底部通过绝缘螺钉41固定连接。所述微控制器模块27为单片机。所述通信电路模块35为USB通信电路模块或RS-232通信电路模块。

具体实施时，所述绝缘油为二甲基硅油，当进行-190℃～-50℃温度范围内的电子材料电性能温度特性测试时，不需要往绝缘腔体3内装入绝缘油，当进行-50℃～280℃温度范围内的电子材料电性能温度特性测试时，需要往绝缘腔体3内装入绝缘油；所述内壳体2即为下电极。

本实用新型通过设置试样台17，使得待测试电子材料试样23的放入和取出相当方便，测试完成后取出待测试电子材料试样23时，待测试电子材料试样23的下表面与试样台17容易分离，避免了取出过程中对待测试电子材料试样23的损坏。

本实用新型由于顶盖1底端端面与上绝缘材料环7顶端端面之间设置有弹簧5，因此上电极6可以上下移动，适用于不同厚度的待测试电子材料试样23电性能温度特性测试，当待测试电子材料试样23较厚时，弹簧5将被压缩，上电极6、上绝缘材料环7、下绝缘材料环8和均压环9整体向上移动，上绝缘材料环7底部端面将离开绝缘材料管4的底部；将顶盖1打开后，弹簧5将伸展开来，上电极6、上绝缘材料环7、下绝缘材料环8和均压环9整体向下移动，回到了初始位置，即绝缘材料管4的底部卡合在了上绝缘材料环7的底部。

另外，由于进行待测试电子材料试样23得电性能温度特性测试时，加在上电极6上的电压非常高，因此，为了使得电压均匀分布在待测试电子材料试样23表面，并防止尖端放电对测试的影响，设置了均压环9；测试时，均压环9可以接地。

本实用新型使用时，将待测试电子材料试样23放置在试样台17上，拿起顶盖1与试样压紧机构的整体，将试样压紧机构穿入内壳体2内，直至顶盖1盖在了外壳体14顶部，此时，待测试电子材料试样23就夹在了上电极6的底端端面与试样台17的顶端端面之间；启动电源25和测试控制器26，电源25开始产生激励信号并施加在上电极6和内壳体2上，激励信号传递给待测试电子材料试样23，待测试电子材料试样23产生的电压信号经过试样电压信号调理电路模块30进行放大、滤波和A/D转换调理后输出给微控制器模块27，微控制器模块27控制液晶显示电路模块32对试样电压信号调理电路模块30输出的试验电压信号进行显示，同时，还能够通过通信电路模块35传输给数据分析计算机，供数据分析计算机作进一步分析处理；当需要进行低温时电子材料的电性能温度特性测试时，微控制器模块27通过电磁阀驱动器40驱动电磁阀38打开，冷却液罐36内的冷却液经由冷却液输入管37和冷却液入口18进入到冷却液腔体15内，通过冷却液的气化降低绝缘腔体3内的温度，进而冷却待测试电子材料试样23，气化后的冷却液能够经由排气口19和排气管39排出；当需要进行高温时电子材料的电性能温度特性测试时，微控制器模块27控制继电器31接通电压转换电路模块28为电热丝10供电的供电回路，电热丝10开始加热，升高绝缘腔体3内的温度，进而加热待测试电子材料试样23。以上冷却或加热过程中，温度传感器24对绝缘腔体3内的温度进行实时检测，并将所检测到的信号输出给温度信号调理电路模块34进行放大、滤波和A/D转换调理后，再输出给微控制器模块27，微控制器模块27控制液晶显示电路模块32对冷却或加热温度进行实时显示，同时，还能够通过通信电路模块35传输给数据分析计算机，供数据分析计算机作进一步分析处理；另外，微控制器模块27还能将温度传感器24检测到的实时温度与预先通过操作按键操作电路模块29设定的冷却或加热温度阈值进行比对，当实时温度低于冷却温度阈值时，微控制器模块27控制通过电磁阀驱动器40驱动电磁阀38关闭，停止冷却，当实时温度高于冷却温度阈值时，微控制器模块27控制控制继电器31断开电压转换电路模块28为电热丝10供电的供电回路，停止加热，从而能够实现定点温度及设定温度范围内电子材料电性能温度特性的测试。经实验测试，本实用新型能够实现-190℃～280℃温度范围内电子材料电性能温度特性的测试。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电子材料电性能温度特性测试装置，其特征在于：包括用于夹装待测试电子材料试样（23）的试样夹装装置、用于产生激励信号的电源（25）和用于对电子材料电性能温度特性测试过程进行控制的测试控制器（26），所述试样夹装装置包括内壳体（2）、套装在内壳体（2）外部的外壳体（14）、连接在外壳体（14）顶部的顶盖（1）和连接在顶盖（1）底部的试样压紧机构，所述内壳体（2）内部一体设置有中间隔板（16），所述内壳体（2）底部固定连接有底板（13），位于中间隔板（16）上部的内壳体（2）内腔为绝缘腔体（3），所述中间隔板（16）的中间位置处一体设置有用于放置电子材料试样的试样台（17）；位于中间隔板（16）下部的内壳体（2）内腔为冷却液腔体（15），所述冷却液腔体（15）内装有冷却液，所述外壳体（14）旁侧设置有用于为冷却液腔体（15）提供冷却液的冷却液罐（36），位于中间隔板（16）下部的内壳体（2）上设置有冷却液入口（18）和用于排放气化后的冷却液的排气口（19），所述冷却液入口（18）和排气口（19）分别位于内壳体（2）中轴线的两侧，所述冷却液入口（18）通过冷却液输入管（37）和连接在冷却液输入管（37）上的电磁阀（38）与冷却液罐（36）的出液口相连，所述排气口（19）上连接有排气管（39），所述冷却液入口（18）位于排气口（19）的斜下方，位于中间隔板（16）下部的内壳体（2）外部缠绕有电热丝（10）；所述试样压紧机构包括上电极（6）以及套装在上电极（6）下部的上绝缘材料环（7）和均压环（9），所述上电极（6）的上部套装有底部卡合在上绝缘材料环（7）底部的绝缘材料管（4），所述绝缘材料管（4）的顶部与顶盖（1）底部固定连接，所述顶盖（1）底端端面与上绝缘材料环（7）顶端端面之间设置有弹簧（5），所述均压环（9）与上电极（6）下部之间设置有套装在上电极（6）上的下绝缘材料环（8），所述均压环（9）的底端端面与上电极（6）的底端端面相平齐；所述上电极（6）通过第一导线（20）与电源（25）的输出端连接，所述顶盖（1）的中间位置处开 有供第一导线（20）穿过的上电极导线孔（11），所述内壳体（2）通过第二导线（21）与电源（25）的输出端连接，所述外壳体（14）上开有供第二导线（21）穿过的下电极导线孔（12）；所述顶盖（1）上连接有伸入绝缘腔体（3）内部且用于对绝缘腔体（3）内的温度进行实时检测的温度传感器（24），所述待测试电子材料试样（23）、温度传感器（24）、电磁阀（38）和电热丝（10）均与测试控制器（26）连接。 

2.按照权利要求1所述的一种电子材料电性能温度特性测试装置，其特征在于：所述测试控制器（26）包括微控制器模块（27），为测试控制器（26）中各用电模块和电热丝（10）供电的电压转换电路模块（28），以及与微控制器模块（27）相接且用于连接数据分析计算机的通信电路模块（35）；所述电压转换电路模块（28）与电源（25）的输出端相接，所述微控制器模块（27）的输入端接有按键操作电路模块（29）和时钟模块（33），用于对温度信号进行放大、滤波和A/D转换调理的温度信号调理电路模块（34），以及用于对待测试电子材料试样（23）产生的电压信号进行放大、滤波和A/D转换调理的试样电压信号调理电路模块（30），所述温度传感器（24）与温度信号调理电路模块（34）的输入端相接，所述待测试电子材料试样（23）与试样电压信号调理电路模块（30）的输入端相接，所述微控制器模块（27）的输出端接有液晶显示电路模块（32）、电磁阀驱动器（40）和用于对电热丝（10）的通断电进行控制的继电器（31），所述电磁阀（38）与电磁阀驱动器（40）的输出端相接，所述继电器（31）串联在电压转换电路模块（28）为电热丝（10）供电的供电回路中。 

3.按照权利要求1所述的一种电子材料电性能温度特性测试装置，其特征在于：所述内壳体（2）底部通过螺栓（22）固定连接有底板（13），所述内壳体（2）底面与底板（13）顶面之间设置有密封圈（12）。 

4.按照权利要求1所述的一种电子材料电性能温度特性测试装置，其特征在于：所述绝缘腔体（3）内装有绝缘油。 

5.按照权利要求1所述的一种电子材料电性能温度特性测试装置，其特征在于：所述冷却液为液氮，所述冷却液罐（36）为自增压液氮罐。 

6.按照权利要求1所述的一种电子材料电性能温度特性测试装置，其特征在于：所述电热丝（10）上套装有黄蜡管。 

7.按照权利要求1所述的一种电子材料电性能温度特性测试装置，其特征在于：所述内壳体（2）和上电极（6）均由铜制成；所述上绝缘材料环（7）、绝缘材料管（4）和下绝缘材料环（8）均由聚四氟乙烯制成。 

8.按照权利要求1所述的一种电子材料电性能温度特性测试装置，其特征在于：所述绝缘材料管（4）的顶部与顶盖（1）底部通过绝缘螺钉（41）固定连接。 

9.按照权利要求2所述的一种电子材料电性能温度特性测试装置，其特征在于：所述微控制器模块（27）为单片机。 

10.按照权利要求2所述的一种电子材料电性能温度特性测试装置，其特征在于：所述通信电路模块（35）为USB通信电路模块或RS-232通信电路模块。 

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