CN207351496U - 一种具有高低温及气氛环境控制的多功能测试装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种具有高低温及气氛环境控制的多功能测试装置,包括用于提供测试环境的多功能腔体、用于调节多功能腔体内温度及气氛的测试环境控制单元和用于监控测试的监测单元；测试环境控制单元和监测单元均与多功能腔体连接；其中，测试环境控制单元包括温控装置和气氛环境控制装置，监测单元包括电学性能测试装置和光学监控装置。本实用新型集温度及气氛环境控制、样品监控测试于一体，实现多种测试环境下的测试需求。
Description
技术领域
本实用新型涉及材料电学性能相关的物理化学特性的原位测试和分析，特别是一种具有高低温及气氛环境控制的多功能测试装置。
背景技术
为研究材料电学性能相关的物理化学特性，当前常见的测试平台或测试装置主要有气氛炉、热台、冷热台及真空腔体等测试装置。气氛炉的特点是在某一既定温度下，向炉内通入一定成分的人工制备气氛，以达到材料的某种热处理的目的，如气体渗碳，碳氮共渗及光亮淬火，退火，正火等。但由于常见的气氛炉本身并不附带与电学性能测试相关的探针系统，因此气氛炉很难应用于研究材料电学性能相关的物理化学特性。
热台和冷热台是电学测试的两个常见温度控制平台。常见的热台只能实现高于室温的材料性能测试。冷热台是在热台的基础上通过通入液氮等来实现测试平台的制冷功能，结构复杂，制作成本和运行成本较高且不易操作，容易出事故。并且常见的热台和冷热台都是将测试样品暴露于空气中，而未考虑环境气氛的影响和测试研究。真空腔体是一种能够提供真空气氛和其他气体气氛的测试腔体。但现有真空腔体，测试功能单一，不能满足现代材料电学性能相关的物理化学特性的要求。并且现有测试装置未能实现样品原位测试过程中的实时监控。为实现材料电学性能相关的物理化学特性原位测试研究，因此有必要设计一种包括高低温控制、气氛控制、电学探针系统和实时监控系统的综合测试装置。
发明内容
为解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种具有高低温及气氛环境控制的多功能测试装置，集温度及气氛环境控制、样品监控测试于一体，实现多种测试需求。
本实用新型解决其问题所采用的技术方案是：
一种具有高低温及气氛环境控制的多功能测试装置，包括用于提供测试环境的多功能腔体、用于调节多功能腔体内温度及气氛的测试环境控制单元和用于监控测试的监测单元；所述测试环境控制单元和监测单元均与多功能腔体连接。
进一步，多功能腔体包括腔体顶盖、腔壳、腔体内部载台和腔体支架，所述腔体顶盖与腔壳相连且用真空密封垫圈密封，所述腔体顶盖、腔壳和腔体内部载台围成一个空腔，所述腔壳设置于腔体支架上，所述腔体支架底部设置有减震基座。多功能腔体保证了测试不受外界环境干扰，且减震基座能有效抵抗外界抖动。
进一步，腔壳侧边设置有进气口、出气口、真空抽气口和测试线密封口，所述腔体顶盖和腔体内部载台上均留有一个开口，所述开口用于设置测试环境控制单元和监测单元。腔壳上的各种开口保证了气氛控制的实现。
进一步，测试环境控制单元包括温控装置和气氛环境控制装置，所述温控装置设置于腔体内部载台的开口处，用于控制多功能腔体内的温度；所述气氛环境控制装置设置于多功能腔体外并通过所述进气口、出气口和真空抽气口与多功能腔体的空腔相通，用于调节多功能腔体内的气氛环境。温控装置和气氛环境控制装置共同实现不同测试环境的需求。
进一步，温控装置包括加热装置、制冷装置、温度传感器和温度控制器；所述温度控制器设置于多功能腔体外并通过测试线与加热装置、制冷装置、温度传感器连接；所述加热装置包括加热器和包裹加热器的金属蓄冷蓄热块，所述制冷装置包括制冷结构和与制冷结构连接的散热结构，所述温度传感器设置于金属蓄冷蓄热块上表面。温度控制器能够控制加热装置和制冷装置，使测试温度达到预设值。
进一步，所述金属蓄冷蓄热块侧面与腔体内部载台之间设置有绝缘隔热层，所述金属蓄冷蓄热块上面设置有测试平台，所述测试平台与金属蓄冷蓄热块紧密接触，测试平台上设置有一沉孔，温度传感器嵌入到沉孔内。金属蓄冷蓄热块与测试平台紧密接触，有利于温度的传导，温度传感器实时检测测试平台温度从而更加精准的控制测试温度。
进一步，所述制冷结构包括半导体热电制冷片，所述半导体热电制冷片与金属蓄冷蓄热块接触，所述散热结构包括紧贴半导体热电制冷片热端的散热片和散热片外侧的散热风扇。采用半导体热电制冷片实现制冷功能，结构简单，成本低廉。
进一步，半导体热电制冷片与腔壳之间设置有用于防止热量流失的保温隔热层。保温隔热层保证了热量的有效利用，减少了能源浪费。
进一步，气氛环境控制装置包括气瓶和真空泵；所述气瓶通过进气口和出气口改变多功能腔体内的气体，所述真空泵通过真空抽气口抽掉多功能腔体内的气体从而形成真空环境。气瓶满足不同气体环境的测试需求，真空泵满足真空环境的测试需求。
进一步，监测单元包括电学性能测试装置和光学监控装置，所述电学性能测试装置包括设置于多功能腔体外的电学测试系统和设置于多功能腔体内的探针座、探针，所述探针设置在探针座上，探针座设置在腔体内部载台上，探针通过测试线与电学测试系统连接，所述测试线穿过测试线密封口；所述光学监控装置包括设置于腔体顶盖开口处的石英光学视窗和设置于多功能腔体外的光学显微镜，光学显微镜通过石英光学视窗监控多功能腔体内的测试样品。
本实用新型的有益效果是：本实用新型采用的一种具有高低温及气氛环境控制的多功能测试装置，集温度及气氛环境控制、样品监控测试于一体，实现多种测试环境下的测试需求。
附图说明
下面结合附图和实例对本实用新型作进一步说明。
图1是本实用新型的拓扑图；
图2是本实用新型的多功能腔体部分的结构示意图。
具体实施方式
参照图1-图2，本实用新型的一种具有高低温及气氛环境控制的多功能测试装置,包括用于提供测试环境的多功能腔体、用于调节多功能腔体内温度及气氛的测试环境控制单元和用于监控测试的监测单元；测试环境控制单元和监测单元均与多功能腔体连接；其中，测试环境控制单元包括温控装置和气氛环境控制装置，监测单元包括电学性能测试装置和光学监控装置。
多功能腔体包括腔体顶盖101、腔壳102、腔体内部载台103和腔体支架104，腔体顶盖101与腔壳102相连且用真空密封垫圈111密封，腔体顶盖101、腔壳102和腔体内部载台103围成一个空腔105，腔壳102设置于腔体支架104上，腔体支架104底部设置有减震基座106。多功能腔体保证了测试不受外界环境干扰，且减震基座106能有效抵抗外界抖动。
腔壳102侧边设置有进气口107、出气口108、真空抽气口109和测试线密封口110，腔体顶盖101和腔体内部载台103上均留有一个开口，开口用于设置测试环境控制单元和监测单元。腔壳102上的各种开口保证了气氛控制的实现。
温控装置设置于腔体内部载台103的开口处，用于控制多功能腔体内的温度；气氛环境控制装置设置于多功能腔体外并通过进气口107、出气口108和真空抽气口109与多功能腔体的空腔105相通，用于调节多功能腔体内的气氛环境。温控装置和气氛环境控制装置共同实现不同测试环境的需求。
温控装置包括加热装置、制冷装置、温度传感器201和温度控制器；温度控制器设置于多功能腔体外并通过测试线与加热装置、制冷装置、温度传感器201连接；加热装置包括加热器202和包裹加热器202的金属蓄冷蓄热块203，制冷装置包括制冷结构和与制冷结构连接的散热结构，温度传感器201设置于金属蓄冷蓄热块203上表面。温度控制器能够控制加热装置和制冷装置，使测试温度达到预设值。本实施例中，可用的加热器202包括但不仅限于陶瓷加热片、电热丝或电热棒；金属蓄冷蓄热块203通过热浇铸铝或铜加工获得，其蓄冷或蓄热功能由温度控制器的工作状态所决定；温度控制器为PID温度控制器；温度传感器201为热电偶或热敏电阻。
金属蓄冷蓄热块203处于腔体内部载台103的开口中，其俯视横截面面积略微小于腔体内部载台103的开口面积，金属蓄冷蓄热块203侧面与腔体内部载台103开口的断面之间设置有绝缘隔热层204，金属蓄冷蓄热块203与绝缘隔热层204刚好将腔体内部载台103开口密封住，绝缘隔热层204用于避免金属蓄冷蓄热块203与多功能腔体的直接接触，使多功能腔体不至于过热或防止冷能从多功能腔体流失出去；金属蓄冷蓄热块203上面设置有测试平台301，测试平台301与金属蓄冷蓄热块203紧密接触，测试平台301上设置有一沉孔，温度传感器201凸出于金属蓄冷蓄热块203上表面的部分嵌入到沉孔内，温度传感器201实时检测测试平台301的温度从而更加精准的控制测试温度。
制冷结构包括半导体热电制冷片205，本实施例中将四级半导体热电制冷片205冷端朝上重叠在一起，使得最上面的半导体热电制冷片205的冷端与最下面的半导体热电制冷片205的热端之间的温差最大可达到110℃，最上面的半导体热电制冷片205的冷端的工作温度可达到-55℃；最上面的半导体热电制冷片205的冷端与金属蓄冷蓄热块203下表面紧密接触；散热结构包括散热片206和散热片206外侧的散热风扇207，散热片206紧贴最下面的半导体热电制冷片205的热端。金属蓄冷蓄热块203直接与半导体热电制冷片205冷端接触，能够有效蓄冷，散热结构增强了半导体热电制冷片205的制冷效率。
半导体热电制冷片205与腔壳102之间设置有用于防止热量或冷能流失的保温隔热层208。保温隔热层208保证了热量或冷能的有效利用，减少了能源浪费。
气氛环境控制装置包括气瓶和真空泵；气瓶上设置有流量计和阀门，气瓶通过进气口107和出气口108改变多功能腔体内的气体，通入气体可以是氧化还原气氛气体，例如氢气、一氧化碳、氧气等，通入的气体也可以是惰性保护气体，例如氩气、氮气等，所通入气体根据测试需求进行选择。真空泵上设置有真空计，真空泵通过真空抽气口109抽掉多功能腔体空腔105内的气体从而形成真空环境。气瓶满足不同气体环境的测试需求，真空泵满足真空环境的测试需求。
电学性能测试装置包括设置于多功能腔体内的探针座302、探针303和设置于多功能腔体外的电学测试系统；一个探针303设置在一个探针座302上，探针座302与探针303的数量由具体测试的电学特性决定，例如测试材料的伏安特性采用一对探针座302和探针303；本实施例中是一对探针座302和探针303，探针座302设置在腔体内部载台103上，探针303通过测试线与电学测试系统连接，测试线穿过测试线密封口110；光学监控装置包括设置于腔体顶盖101开口处的石英光学视窗401和设置于多功能腔体外的光学显微镜；石英光学视窗401填充了腔体顶盖101的开口，其与腔体顶盖101开口的断面之间设置有使石英光学视窗401与腔体顶盖101无缝结合的视窗密封垫圈402，光学显微镜通过石英光学视窗401监控多功能腔体内的测试样品5。
测试时，打开腔体顶盖101，将测试样品5置于测试平台301上正对石英光学视窗401的位置处，使探针303与测试样品5接触，盖上腔体顶盖101并密封好，打开气瓶上的阀门或真空泵，控制空腔105内的气氛，利用温度控制器控制加热器202或半导体热电制冷片205，使测试平台301温度达到测试所需温度，利用电学测试系统进行电学性能测试，利用光学显微镜实时监控测试样品5的变化。
以上所述，只是本实用新型的较佳实施例而已，本实用新型并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本实用新型的技术效果，都应属于本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种具有高低温及气氛环境控制的多功能测试装置，其特征在于：包括用于提供测试环境的多功能腔体、用于调节多功能腔体内温度及气氛的测试环境控制单元和用于监控测试的监测单元；所述测试环境控制单元和监测单元均与多功能腔体连接。
2.根据权利要求1所述的一种具有高低温及气氛环境控制的多功能测试装置，其特征在于：所述多功能腔体包括腔体顶盖(101)、腔壳(102)、腔体内部载台(103)和腔体支架(104)，所述腔体顶盖(101)与腔壳(102)相连且用真空密封垫圈(111)密封，所述腔体顶盖(101)、腔壳(102)和腔体内部载台(103)围成一个空腔(105)，所述腔壳(102)设置于腔体支架(104)上，所述腔体支架(104)底部设置有减震基座(106)。
3.根据权利要求2所述的一种具有高低温及气氛环境控制的多功能测试装置，其特征在于：所述腔壳(102)侧边设置有进气口(107)、出气口(108)、真空抽气口(109)和测试线密封口(110)，所述腔体顶盖(101)和腔体内部载台(103)上均留有开口。
4.根据权利要求3所述的一种具有高低温及气氛环境控制的多功能测试装置，其特征在于：所述测试环境控制单元包括温控装置和气氛环境控制装置，所述温控装置设置于腔体内部载台(103)的开口处；所述气氛环境控制装置设置于多功能腔体外并通过所述进气口(107)、出气口(108)和真空抽气口(109)与多功能腔体的空腔(105)相通。
5.根据权利要求4所述的一种具有高低温及气氛环境控制的多功能测试装置，其特征在于：所述温控装置包括加热装置、制冷装置、温度传感器(201)和温度控制器；所述温度控制器设置于多功能腔体外并通过测试线与加热装置、制冷装置、温度传感器(201)连接；所述加热装置包括加热器(202)和包裹加热器(202)的金属蓄冷蓄热块(203)，所述制冷装置包括制冷结构和与制冷结构连接的散热结构，所述温度传感器(201)设置于金属蓄冷蓄热块(203)上表面。
6.根据权利要求5所述的一种具有高低温及气氛环境控制的多功能测试装置，其特征在于：所述金属蓄冷蓄热块(203)侧面与腔体内部载台(103)之间设置有绝缘隔热层(204)，所述金属蓄冷蓄热块(203)上面设置有测试平台(301)，所述测试平台(301)与金属蓄冷蓄热块(203)紧密接触，测试平台(301)上设置有一沉孔，温度传感器(201)嵌入到沉孔内。
7.根据权利要求5所述的一种具有高低温及气氛环境控制的多功能测试装置，其特征在于：所述制冷结构包括半导体热电制冷片(205)，所述半导体热电制冷片(205)与金属蓄冷蓄热块(203)接触，所述散热结构包括紧贴半导体热电制冷片(205)热端的散热片(206)和散热片(206)外侧的散热风扇(207)。
8.根据权利要求7所述的一种具有高低温及气氛环境控制的多功能测试装置，其特征在于：所述半导体热电制冷片(205)与腔壳(102)之间设置有用于防止热量流失的保温隔热层(208)。
9.根据权利要求4所述的一种具有高低温及气氛环境控制的多功能测试装置，其特征在于：所述气氛环境控制装置包括气瓶和真空泵；所述气瓶与进气口(107)相通，所述真空泵与真空抽气口(109)相通。
10.根据权利要求3所述的一种具有高低温及气氛环境控制的多功能测试装置，其特征在于：所述监测单元包括电学性能测试装置和光学监控装置，所述电学性能测试装置包括设置于多功能腔体外的电学测试系统和设置于多功能腔体内的探针座(302)、探针(303)，所述探针(303)设置在探针座(302)上，探针座(302)设置在腔体内部载台(103)上，探针(303)通过测试线与电学测试系统连接，所述测试线穿过测试线密封口(110)；所述光学监控装置包括设置于腔体顶盖(101)开口处的石英光学视窗(401)和设置于多功能腔体外的用于监控多功能腔体内的测试样品(5)的光学显微镜，光学显微镜位于石英光学视窗(401)上方。
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| CN113109505A (zh) * | 2020-10-22 | 2021-07-13 | 广东朗源生物科技有限公司 | 重金属检测仪 |
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