CN218727627U - 一种用于压电晶体的高温电阻率测试仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于压电晶体的高温电阻率测试仪，包括加热装置、真空系统和测试系统；所述加热装置用于陈放和加热待测试的试样，待测试试样通过两片电极夹持固定在加热装置内；所述真空系统与加热装置连接，用于向加热装置提供真空环境或保护气氛；所述测试系统通过导线与加热装置中夹持试样的两片电极连接。该电阻率测试仪能够测量压电晶体在1600℃以下不同气氛环境中的电阻率，实用性好，测试精度高，克服了测试夹具存在微小的泄漏电流及高温下干扰信号难以消除等问题。

Description

一种用于压电晶体的高温电阻率测试仪

技术领域

本实用新型涉及压电晶体材料测试领域，具体涉及一种用于压电晶体的高温电阻率测试仪。

背景技术

适应极端环境下的高性能传感器，是制造业领域的制高点和“卡脖子”需求。在航天发动机、内燃机、油井钻探等高端制造领域，我国长期落后西方国家，主要在于缺少相关的核心高温传感器。目前采用高温压电晶体制作的传感器已在声表面波、压力、温度、粘度等领域发挥着重要作用，对压电晶体高温参数的检测也提出了更高的技术要求。

电阻率是评价压电晶体材料高低温绝缘性能的一个极其重要的指标，对传感器在高温环境下的可靠性起着绝对性的作用。按照现行标准(GBT 31838.7-2021)要求测量高温绝缘电阻率，测试夹具的好坏、加热体的控温精度、泄漏电流的干扰是高温电阻率参数测试准确的关键。目前的测量设备或者装置在测量压电晶体材料在室温至800℃附近的电阻率尚能满足测试要求，由于测试夹具存在微小的泄漏电流及高温下干扰信号难以消除等问题，目前的测试装置还无法实现更高温度，特别是大于1200℃电阻率的测量。为满足实际应用需求，迫切需要研制一种具有更高可靠性和稳定性的高温电阻率测试装置。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种测量精度高、可用于压电晶体在高温不同气氛环境中的电阻率测量装置。

为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案如下：

一种用于压电晶体的高温电阻率测试仪，包括加热装置、真空系统和测试系统；所述加热装置用于陈放和加热待测试的试样，待测试试样通过两片电极夹持固定在加热装置内；所述真空系统与加热装置连接，用于向加热装置提供真空环境或保护气氛；所述测试系统通过导线与加热装置中夹持试样的两片电极连接。

具体地，所述加热装置包括加热管、加热体、电源线和电源；所述加热体等间隔地设置在加热管的外壁，加热体通过电源线与电源连接，接通电源后对加热管及其内部的待测试试样进行加热。

进一步地，所述加热体的中部设置有热电偶，所述热电偶与控温表以及电源通过常规电路连接，用于控制加热温度和速率。

进一步地，待测试试样通过耐高温夹具夹持固定，并一同放置于加热装置内部；所述耐高温夹具的两侧夹持面内设有两个铂电极，所述的两个铂电极与待测试试样接触，并通过铂金导线连接至测试系统。

优选地，所述耐高温夹具的材质为氧化铝或氧化锆。

优选地，所述铂电极为环形电极。电极选用铂金材料，铂金具有较好的热稳定性和电导率，适用于高温环境；电极选用环形保护电极，电极之间产生的电流将分布在待测试样内，泄漏电流小，测量误差低，重复性和稳定性高。

具体地，所述测试系统包括静电计和计算机终端，所述静电计通过导线与耐高温夹具中的铂电极连接，所述计算机终端与静电计通过数据线连接，实时采集静电计中测量的数据。

具体地，所述真空系统包括真空泵和气体瓶；所述真空泵与加热装置通过管道、法兰连接；所述气体瓶通过管道、法兰与加热装置连接。为测试提供真空或大气、氧气及惰气气氛，模拟压电传感器实际应用工况，使得测量的数据更准确。

进一步地，所述加热管的两端口安装有不锈钢屏蔽罩，用于消除试样在测试过程中加热电路与测量电路产生泄漏电流干扰。

优选地，所述加热管的材质为石英或刚玉，具有较高的稳定性，可耐温度1600℃；所述加热体材质为硅碳或硅钼。

有益效果：

本实用新型提供了一种具有更高可靠性和稳定性的高温电阻率测试装置，能够测量压电晶体在1600℃以下不同气氛环境中的电阻率，实用性好，测试精度高。测试夹具能保证高温下电极的稳定性。通过在样品核心区域放置热电偶以及采用PID程序控温来尽可能实现高精度控温。通过屏蔽罩和环形电极克服了测试夹具存在微小的泄漏电流及高温下干扰信号难以消除等问题。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做更进一步的具体说明，本实用新型的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1为该用于压电晶体的高温电阻率测试仪的结构示意图。

图2是采用该测试仪测定硅酸镓镧压电晶体得到的温度-电阻率曲线图。

其中，各附图标记分别代表：

1真空泵；2气体瓶；3热电偶；4加热管；5加热体；6耐高温夹具；7电源线；8 电源；9控温表；10静电计；11计算机终端；12真空系统；13加热装置；14测试系统。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本实用新型。

说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“前”、“后”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

如图1所示，该用于压电晶体的高温电阻率测试仪，包括加热装置13、真空系统 12和测试系统14；加热装置13用于陈放和加热待测试的试样，待测试试样通过两片电极夹持固定在加热装置13内；真空系统12与加热装置13连接，用于向加热装置13 提供真空环境或保护气氛；所述测试系统14通过导线与加热装置13中夹持试样的两片电极连接。

其中，加热装置13包括加热管4、加热体5、电源线7和电源8；所述加热体5 等间隔地设置在加热管4的外壁，加热体5通过电源线7与电源8连接，接通电源后对加热管4及其内部的待测试试样进行加热。

加热体5的中部设置有热电偶3，热电偶3与控温表9(型号为EUROTHERM 3504) 以及电源8通过常规电路连接，用于控制加热温度和速率。

待测试试样通过耐高温夹具6夹持固定，并一同放置于加热装置13内部；耐高温夹具6的两侧夹持面内设有两个铂电极，所述的两个铂电极与待测试试样接触，并通过铂金导线连接至测试系统14。

耐高温夹具6的材质为氧化铝或氧化锆。

铂电极为环形电极。电极选用铂金材料，铂金具有较好的热稳定性和电导率，适用于高温环境；电极选用环形保护电极，电极之间产生的电流将分布在待测试样内，泄漏电流小，测量误差低，重复性和稳定性高。

测试系统14包括静电计10(型号为Keithley 6517B或HIOKI SM7110)和计算机终端11，所述静电计10通过导线与耐高温夹具6中的铂电极连接，所述计算机终端 11与静电计10通过数据线连接，实时采集静电计中测量的数据。

真空系统12包括真空泵1和气体瓶2；所述真空泵1与加热装置13通过管道、法兰连接；所述气体瓶2通过管道、法兰与加热装置13连接。为测试提供真空或大气、氧气及惰气气氛，模拟压电传感器实际应用工况，使得测量的数据更准确。

加热管4的两端口安装有不锈钢屏蔽罩，用于消除试样在测试过程中加热电路与测量电路产生泄漏电流干扰。

加热管4的材质为石英或刚玉，具有较高的稳定性，可耐温度1600℃；所述加热体5材质为硅碳或硅钼。

根据静电计测出的高温下待测试样的电阻值R，计算机通过公式ρ＝R(A/d)计算待测试样的电阻率，其中R的单位为Ω，A为待测试样的表面积，单位为cm²，d为待测样品的厚度，单位为cm。

该电阻率测试仪的测试方法包括以下步骤：

(a)将待测试样放置于耐高温夹具6中夹紧，用导线与铂电极固定，放入加热管 4中置于管式炉内密封；

(b)打开真空泵，将入加热管4抽真空至0.1Pa，通入保护气；

(c)按照预定程序升温至测试所需温度；

(d)对试样进行测试，实时记录测试数据，并得到温度-电阻率曲线图，如图2 所示，测试样品为硅酸镓镧压电晶体，加工为10×10mm晶片，厚度0.5mm。

本实用新型提供了一种用于压电晶体的高温电阻率测试仪的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (10)

1.一种用于压电晶体的高温电阻率测试仪，其特征在于，包括加热装置(13)、真空系统(12)和测试系统(14)；所述加热装置(13)用于陈放和加热待测试的试样，待测试试样通过两片电极夹持固定在加热装置(13)内；所述真空系统(12)与加热装置(13)连接，用于向加热装置(13)提供真空环境或保护气氛；所述测试系统(14)通过导线与加热装置(13)中夹持试样的两片电极连接。

2.根据权利要求1所述的用于压电晶体的高温电阻率测试仪，其特征在于，所述加热装置(13)包括加热管(4)、加热体(5)、电源线(7)和电源(8)；所述加热体(5)等间隔地设置在加热管(4)的外壁，加热体(5)通过电源线(7)与电源(8)连接，接通电源后对加热管(4)及其内部的待测试试样进行加热。

3.根据权利要求2所述的用于压电晶体的高温电阻率测试仪，其特征在于，所述加热体(5)的中部设置有热电偶(3)，所述热电偶(3)与控温表(9)以及电源(8)通过电路连接。

4.根据权利要求1所述的用于压电晶体的高温电阻率测试仪，其特征在于，待测试试样通过耐高温夹具(6)夹持固定，并一同放置于加热装置(13)内部；所述耐高温夹具(6)的两侧夹持面内设有两个铂电极，所述的两个铂电极与待测试试样接触，并通过铂金导线连接至测试系统(14)。

5.根据权利要求4所述的用于压电晶体的高温电阻率测试仪，其特征在于，所述耐高温夹具(6)的材质为氧化铝或氧化锆。

6.根据权利要求4所述的用于压电晶体的高温电阻率测试仪，其特征在于，所述铂电极为环形电极。

7.根据权利要求4所述的用于压电晶体的高温电阻率测试仪，其特征在于，所述测试系统(14)包括静电计(10)和计算机终端(11)，所述静电计(10)通过导线与耐高温夹具(6)中的铂电极连接，所述计算机终端(11)与静电计(10)通过数据线连接。

8.根据权利要求1所述的用于压电晶体的高温电阻率测试仪，其特征在于，所述真空系统(12)包括真空泵(1)和气体瓶(2)；所述真空泵(1)与加热装置(13)通过管道、法兰连接；所述气体瓶(2)通过管道、法兰与加热装置(13)连接。

9.根据权利要求2所述的用于压电晶体的高温电阻率测试仪，其特征在于，所述加热管(4)的两端口安装有不锈钢屏蔽罩。

10.根据权利要求2所述的用于压电晶体的高温电阻率测试仪，其特征在于，所述加热管(4)的材质为石英或刚玉；所述加热体(5)材质为硅碳或硅钼。

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