CN212207518U

CN212207518U - 粉末样品介电性能测试装置

Info

Publication number: CN212207518U
Application number: CN202020419335.8U
Authority: CN
Inventors: 宋锡滨; 孙莹莹; 奚洪亮; 艾辽东
Original assignee: Shandong Sinocera Functional Material Co Ltd
Current assignee: Shandong Sinocera Functional Material Co Ltd
Priority date: 2020-03-27
Filing date: 2020-03-27
Publication date: 2020-12-22
Anticipated expiration: 2030-03-27

Abstract

本实用新型提供了一种粉末样品介电性能测试装置，粉末样品介电性能测试装置包括真空炉、样品放置架、谐振腔、矢量网络分析仪、加热部、冷却部和控制器，其中，样品放置架设置在真空炉内，样品放置架用于放置样品；谐振腔设置在真空炉内，谐振腔位于样品放置架上；矢量网络分析仪与谐振腔连接；加热部用于对谐振腔进行加热；冷却部用于对谐振腔进行冷却；控制器与加热部电连接，控制器用于控制加热部。采用该测试装置，真空炉可以抽真空，将样品放置到样品放置架上后，通过谐振腔和矢量网络分析仪等的配合可对样品进行测试，并且加热部、冷却部和控制部可以调节谐振腔内的温度，实现在可控的不同温度下对样品进行测试，从而可提高测试效果。

Description

粉末样品介电性能测试装置

技术领域

本实用新型涉及燃油测量技术领域，具体而言，涉及一种粉末样品介电性能测试装置。

背景技术

随着微波、毫米波技术的迅猛发展，微波、毫米波介电材料在雷达天线、通信、医学生物等领域的应用越来越广泛。目前，针对介电材料的复介电常数的测量方法主要有：谐振腔法、网络参数法及自由空间法。其中，网络参数法可在较宽频带内进行介电常数和介质损耗正切的测量，但比较适用于高损耗介电材料。自由空间法具有非接触、非破坏、样品制作容易等特点，但通常需要被测样品面积足够大以减少样品边缘处的衍射效应，且校准步骤繁琐，校准精度要求高。谐振腔法是在腔体的若干个谐振频率点上对材料的电磁特性进行测量，通常用于低损耗介电材料的测量，是目前应用较多的一种方法，其测量准确度较高。

目前介电材料测试的多是块状或板状材料，粉末材料测试时需要预先将其制作成块状或板状材料后方可测试，其测试结果受材料加工工艺水平的影响。现有的测试装置的结构过于简单，温度调节控制能力差，影响粉末样品介电性能的变温测试效果。

实用新型内容

本实用新型提供了一种粉末样品介电性能测试装置，以提高对粉末样品介电性能的测试效果。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种粉末样品介电性能测试装置，包括：真空炉；样品放置架，设置在所述真空炉内，所述样品放置架用于放置样品；谐振腔，设置在所述真空炉内，所述谐振腔位于所述样品放置架上；矢量网络分析仪，与所述谐振腔连接；加热部，所述加热部的至少一部分设置在所述真空炉内，所述加热部用于对所述谐振腔进行加热；冷却部，所述冷却部的至少一部分设置在所述真空炉内，所述冷却部用于对所述谐振腔进行冷却；控制器，与所述加热部电连接，所述控制器用于控制所述加热部。

进一步地，所述谐振腔为圆柱形结构，所述谐振腔具有耦合孔，所述矢量网络分析仪与所述耦合孔连接。

进一步地，所述粉末样品介电性能测试装置还包括：同轴电缆，所述矢量网络分析仪通过所述同轴电缆与所述耦合孔连接。

进一步地，所述加热部包括感应电加热圈，所述感应电加热圈的至少一部分缠绕在所述谐振腔的外壁上。

进一步地，所述感应电加热圈由铜管制成。

进一步地，所述冷却部包括循环水冷回路。

进一步地，所述样品放置架由铂金、氧化铝或氧化锆制成。

进一步地，所述粉末样品介电性能测试装置还包括：温度检测器，所述温度检测器用于检测所述真空炉内的温度，所述温度检测器与所述控制器电连接，所述温度检测器检测出的温度大于预设值的情况下，所述控制器控制所述加热部停止运行。

应用本实用新型的技术方案，提供了一种粉末样品介电性能测试装置，粉末样品介电性能测试装置包括真空炉、样品放置架、谐振腔、矢量网络分析仪、加热部、冷却部和控制器，其中，样品放置架设置在真空炉内，样品放置架用于放置样品；谐振腔设置在真空炉内，谐振腔位于样品放置架上；矢量网络分析仪与谐振腔连接；加热部的至少一部分设置在真空炉内，加热部用于对谐振腔进行加热；冷却部的至少一部分设置在真空炉内，冷却部用于对谐振腔进行冷却；控制器与加热部电连接，控制器用于控制加热部。采用该测试装置，真空炉可以抽真空，将样品放置到样品放置架上后，通过谐振腔和矢量网络分析仪等的配合可对样品进行测试，并且加热部、冷却部和控制部可以调节谐振腔内的温度，避免温度过高或过低，实现在可控的不同温度下对样品进行测试，从而可提高测试效果。

该测试装置具有测试精度高、测试频带宽、测试温度可由常温到1900℃等特点，适用于低损耗粉末材料的变温测试。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了本实用新型的实施例提供的粉末样品介电性能测试装置的结构示意图；

图2示出了图1中的谐振腔和样品放置架的示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、真空炉；20、样品放置架；30、谐振腔；31、耦合孔；40、矢量网络分析仪；50、加热部；60、冷却部；70、控制器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如附图所示，本实用新型的实施例提供了一种粉末样品介电性能测试装置，包括：真空炉10；样品放置架20，设置在真空炉10内，样品放置架20用于放置样品；谐振腔30，设置在真空炉10内，谐振腔30位于样品放置架20上；矢量网络分析仪40，与谐振腔30连接；加热部50，加热部50的至少一部分设置在真空炉10内，加热部50用于对谐振腔30进行加热；冷却部60，冷却部60的至少一部分设置在真空炉10内，冷却部60用于对谐振腔30进行冷却；控制器70，与加热部50电连接，控制器70用于控制加热部50。

应用本实用新型的技术方案，提供了一种粉末样品介电性能测试装置，粉末样品介电性能测试装置包括真空炉10、样品放置架20、谐振腔30、矢量网络分析仪40、加热部50、冷却部60和控制器70，其中，样品放置架20设置在真空炉10内，样品放置架20用于放置样品；谐振腔30设置在真空炉10内，谐振腔30位于样品放置架20上；矢量网络分析仪40与谐振腔30连接；加热部50的至少一部分设置在真空炉10内，加热部50用于对谐振腔30进行加热；冷却部60的至少一部分设置在真空炉10内，冷却部60用于对谐振腔30进行冷却；控制器70与加热部50电连接，控制器70用于控制加热部50。采用该测试装置，真空炉10可以抽真空，将样品放置到样品放置架20上后，通过谐振腔30和矢量网络分析仪40等的配合可对样品进行测试，并且加热部50、冷却部60和控制部可以调节谐振腔30内的温度，避免温度过高或过低，实现在可控的不同温度下对样品进行测试，从而可提高测试效果。

通过上述设置，该测试装置具有测试精度高、测试频带宽、测试温度可由常温到1900℃等特点，适用于低损耗粉末材料的变温测试。

在本实施例中，谐振腔30为圆柱形结构，谐振腔30具有耦合孔31，矢量网络分析仪40与耦合孔31连接。具体地，谐振腔30为高Q谐振腔。谐振腔30的质量用品质因数Q来描述的，Q是衡量光学谐振腔的储能和选择频率的能力。Q值的定义公式是：Q＝2πν(E2/E1)。式中，v为腔的谐振频率，E2为腔内存储的能量，E1为每秒损耗的能量。腔内存储的能量越多，或者每秒损失的能量越少，谐振腔的质量越好，即品质因素Q的值越高。

在本实施例中，粉末样品介电性能测试装置还包括：同轴电缆，矢量网络分析仪40通过同轴电缆与耦合孔31连接。这样便于测试装置的装配，并且可以提高测试性能。

在本实施例中，加热部50包括感应电加热圈，感应电加热圈制作成螺旋上升的圆柱状(类似弹簧)，加热时将谐振腔30置于感应电加热圈的内部。通过上述设置，可以实现快速、均匀的加热，并且便于控制加热温度。

在本实施例中，感应电加热圈由铜管制成。这样加热效率高，并且便于制造。

在本实施例中，冷却部60包括循环水冷回路。这样可通过水冷的方式对真空炉10的内部进行冷却，冷却效率高。具体地，循环水冷回路可以缠绕设置在谐振腔30的外壁上以提高接触面积，从而提高冷却效果。冷却部60还包括水箱和输送泵，输送泵与循环水冷回路和水箱连通，以实现水的流动。

在本实施例中，样品放置架20由铂金、氧化铝或氧化锆制成。当然，也可以是其他高温下稳定且温度灵敏度高的材料，可根据不同的测试样品制作厚度不同的样品放置架20。测试时将粉末样品压实(可分多步操作)后密封于样品放置架20内。

在本实施例中，粉末样品介电性能测试装置还包括：温度检测器，温度检测器用于检测真空炉10内的温度，温度检测器与控制器70电连接，温度检测器检测出的温度大于预设值的情况下，控制器70控制加热部50停止运行。通过温度检测器可以实时检测真空炉10内的温度，以便确定是否达到了需求的温度，控制加热或冷却情况。而且，温度检测器检测出的温度大于预设值的情况下，控制器70控制加热部50停止运行，可避免温度过高而损坏装置或样品。

利用上述测试装置对介质材料进行介电性能的变温测试的具体步骤如下：

1.对真空炉10先抽真空，结束后冲入氮气进行保护，开启加热部50并设置所需加热温度对真空炉10进行加热，同时开启循环冷却水系统(即冷却部60)；

2.真空炉10温度达到设定温度后利用矢量网络分析仪40进行空腔测试并保存数据，记录空腔谐振频率f₀和空腔品质因子Q₀；

3.待整个装置冷却后，在样品放置架20中放置粉末样品并压实，重新设置所需加热温度，待加热到所需温度后利用网络分析仪测试加载样品后的有载谐振频率及f_s和有载品质因子Q_s；

4.利用加载样品前后谐振频率和品质因子的改变计算粉末样品的介电常数和介质损耗角正切值。

上述低损耗粉末样品的变温测试装置，主要特点在于利用圆柱形高Q谐振腔可获得较高的品质因子，适用于低损耗粉末样品的测试，同时电感加热部可实现从室温到1900℃的测试，水冷系统(即冷却部)及紧急复位温度(即温度检测器检测出的温度大于预设值的情况下，控制器70控制加热部50停止运行)的设置可保护真空炉腔及圆柱形高Q谐振腔免受高温的损伤。同时，粉末样品的介电性能变温测试结果与差示扫描量热(DSC)的结果相结合，可获得材料的相变对介电性能的影响。该测试装置具有测试精度高、测试频带宽、测试温度可由常温到1900℃等特点，适用于低损耗粉末材料的变温测试。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

Claims

1.一种粉末样品介电性能测试装置，其特征在于，包括：

真空炉(10)；

样品放置架(20)，设置在所述真空炉(10)内，所述样品放置架(20)用于放置样品；

谐振腔(30)，设置在所述真空炉(10)内，所述谐振腔(30)位于所述样品放置架(20)上；

矢量网络分析仪(40)，与所述谐振腔(30)连接；

加热部(50)，所述加热部(50)的至少一部分设置在所述真空炉(10)内，所述加热部(50)用于对所述谐振腔(30)进行加热；

冷却部(60)，所述冷却部(60)的至少一部分设置在所述真空炉(10)内，所述冷却部(60)用于对所述谐振腔(30)进行冷却；

控制器(70)，与所述加热部(50)电连接，所述控制器(70)用于控制所述加热部(50)。

2.根据权利要求1所述的粉末样品介电性能测试装置，其特征在于，所述谐振腔(30)为圆柱形结构，所述谐振腔(30)具有耦合孔(31)，所述矢量网络分析仪(40)与所述耦合孔(31)连接。

3.根据权利要求2所述的粉末样品介电性能测试装置，其特征在于，所述粉末样品介电性能测试装置还包括：

同轴电缆，所述矢量网络分析仪(40)通过所述同轴电缆与所述耦合孔(31)连接。

4.根据权利要求1所述的粉末样品介电性能测试装置，其特征在于，所述加热部(50)包括感应电加热圈，所述感应电加热圈的至少一部分缠绕在所述谐振腔(30)的外壁上。

5.根据权利要求4所述的粉末样品介电性能测试装置，其特征在于，所述感应电加热圈由铜管制成。

6.根据权利要求1所述的粉末样品介电性能测试装置，其特征在于，所述冷却部(60)包括循环水冷回路。

7.根据权利要求1所述的粉末样品介电性能测试装置，其特征在于，所述样品放置架(20)由铂金、氧化铝或氧化锆制成。

8.根据权利要求1所述的粉末样品介电性能测试装置，其特征在于，所述粉末样品介电性能测试装置还包括：

温度检测器，所述温度检测器用于检测所述真空炉(10)内的温度，所述温度检测器与所述控制器(70)电连接，所述温度检测器检测出的温度大于预设值的情况下，所述控制器(70)控制所述加热部(50)停止运行。