專(zhuān)利名稱(chēng)：一種極端條件下測(cè)量材料應(yīng)變特性的方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明新型涉及一種物理性能測(cè)試方法及系統(tǒng)，尤其涉及一種在極端條件下測(cè) 量材料應(yīng)變特性的方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在眾多材料機(jī)理研究中通常需要測(cè)量樣品在極低溫、強(qiáng)磁場(chǎng)條件下的靜態(tài)應(yīng)變 特性，如熱致伸縮、磁致伸縮等進(jìn)而確定其材料性質(zhì)。一般的應(yīng)變測(cè)量設(shè)備，因其提供 的溫度和磁場(chǎng)精度不夠以及變化范圍過(guò)窄，不能滿(mǎn)足現(xiàn)代材料的基礎(chǔ)研究需求；而專(zhuān)業(yè) 的測(cè)量設(shè)備價(jià)格昂貴且功能單一。美國(guó) Quantum Design 公司的綜合物性測(cè)量系統(tǒng)(Physics Property Measurement System, PPMS)提供了一個(gè)完美控制低溫和強(qiáng)磁場(chǎng)平臺(tái)，集成全自動(dòng)的電學(xué)、磁學(xué)、熱 學(xué)、光電、形貌等各種物性測(cè)量手段；目前，其已經(jīng)成為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠性的標(biāo)志，被廣 泛應(yīng)用于物理、化學(xué)及材料科學(xué)的眾多研究領(lǐng)域，遍布幾乎所有世界一流相關(guān)實(shí)驗(yàn)室。 在“綜合物性測(cè)量系統(tǒng)(PPMS)簡(jiǎn)易產(chǎn)品說(shuō)明手冊(cè)，美國(guó)Quantum Design公司”中報(bào) 道，PPMS本身具有絕大多數(shù)常規(guī)物性測(cè)量功能，但是其拓展功能選件中不具備應(yīng)變特性 測(cè)量功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種極端條件下測(cè)量材料應(yīng)變特性的方法能夠在極低溫和 強(qiáng)磁場(chǎng)條件下測(cè)量樣品靜態(tài)應(yīng)變特性。本發(fā)明的又一目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種極端條件下測(cè)量材料應(yīng)變 特性的系統(tǒng)能夠在極低溫和強(qiáng)磁場(chǎng)條件下測(cè)量樣品靜態(tài)應(yīng)變特性。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案—種極端條件下測(cè)量樣品應(yīng)變特性的方法，其特征在于操作步驟如下a.綜合物性測(cè)量系統(tǒng)(PPMS)為測(cè)試提供所需的極低溫和強(qiáng)磁場(chǎng)條件，以及調(diào)節(jié) 樣品與磁場(chǎng)夾角方向；待測(cè)樣品用膠水粘固于應(yīng)變片上，再用雙面膠及夾具固定于樣品 托或旋轉(zhuǎn)桿上，樣品托或旋轉(zhuǎn)桿置于液氦杜瓦樣品腔內(nèi)；b.應(yīng)變測(cè)量采用惠斯通半橋法，具體操作方法是一應(yīng)變片貼于樣品上，另一應(yīng) 變片作為參考以消除溫度磁場(chǎng)的影響。為了提高測(cè)量靈敏度，樣品與應(yīng)變儀連線(xiàn)采用電 阻率比較小的鍍銀銅線(xiàn)三芯屏蔽電纜；C.在樣品溫度和磁場(chǎng)值達(dá)到預(yù)設(shè)值后，利用靜態(tài)應(yīng)變儀測(cè)量樣品應(yīng)變；d.消除誤差，為了扣除掉引線(xiàn)電阻帶來(lái)測(cè)量上的誤差，在測(cè)量剛開(kāi)始時(shí)測(cè)量一 個(gè)數(shù)值，后面每測(cè)量一個(gè)值都用第一個(gè)值的相對(duì)變化來(lái)表示，這樣就可以得到材料相對(duì) 應(yīng)變值。所述極端條件的極低溫度溫度范圍為2-380K，強(qiáng)磁場(chǎng)范圍為0-9T。一種極端條件下測(cè)量樣品應(yīng)變特性的系統(tǒng)，包括一個(gè)綜合物性測(cè)量系統(tǒng)、一個(gè) 靜態(tài)應(yīng)變儀、一個(gè)微機(jī)終端、一個(gè)數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)等。
所述測(cè)量樣品靜態(tài)應(yīng)變特性的系統(tǒng)中，綜合物性測(cè)量系統(tǒng)、靜態(tài)應(yīng)變儀分別通 過(guò)GPIB接口總線(xiàn)和RS232接口與微機(jī)終端相連，微機(jī)終端包含一個(gè)數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)。 通過(guò)綜合物性測(cè)量系統(tǒng)控制軟件MultiVu對(duì)整個(gè)測(cè)量任務(wù)編寫(xiě)腳本程序。MultiVu通過(guò) GPIB總線(xiàn)將腳本程序?qū)懭刖C合物性測(cè)量系統(tǒng)控件模塊M6000內(nèi)存，M6000控制液氦杜瓦 樣品腔的溫度和磁場(chǎng)和樣品方位以及發(fā)送命令A(yù)dvise Number控制應(yīng)變測(cè)量。數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)包括一個(gè)軟件程序，所述程序用以采集包括溫度和磁場(chǎng)在內(nèi) 的樣品測(cè)量環(huán)境參數(shù)，控制應(yīng)變測(cè)量，并且能夠?qū)崟r(shí)顯示各種數(shù)據(jù)和繪圖，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存 盤(pán)功能。具體而言，所述軟件程序名稱(chēng)為Strain with PPMS，所述程序通過(guò)綜合物性測(cè)量 系統(tǒng)SCPI(可編程儀器標(biāo)準(zhǔn)命令集)命令訪問(wèn)綜合物性測(cè)量系統(tǒng)控制模塊M6000獲取樣 品腔內(nèi)溫度和磁場(chǎng)等數(shù)據(jù)，并接受M6000發(fā)送的命令A(yù)dviseNumben控制靜態(tài)應(yīng)變儀測(cè) 量應(yīng)變。所述程序具備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)視、繪圖和存盤(pán)功能。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)1.適用范圍廣，可以大范圍變溫和變磁場(chǎng)測(cè)量樣品靜態(tài)應(yīng)變特性，可調(diào)節(jié)樣品 與磁場(chǎng)夾角測(cè)量樣品各向異性。2.克服了應(yīng)變片本身特性隨溫度和磁場(chǎng)變化對(duì)應(yīng)變測(cè)量帶來(lái)的影響，采用了引 線(xiàn)電阻糾正程序，大幅度提高測(cè)量精確度。3.使用操作方便，自動(dòng)化程度高，可長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)作。測(cè)量前設(shè)定好相應(yīng)測(cè)量任務(wù) 腳本程序，測(cè)量時(shí)僅需同時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集軟件和綜合物性測(cè)量系統(tǒng)控制軟件MultiVu即可。4.在成熟的平臺(tái)上拓展新的功能，成本低，技術(shù)可靠。


圖1本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。圖2測(cè)量電路連接圖。圖3應(yīng)變測(cè)量惠斯通電橋電路圖。圖4數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)界面圖。圖5MultiVu測(cè)量腳本程序示例圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合

如下實(shí)施例一參見(jiàn)圖1和圖2，本極端條件下測(cè)量材料應(yīng)變特性的方法，操作步驟如下a.綜合物性測(cè)量系統(tǒng)2為測(cè)試提供所需的極低溫和強(qiáng)磁場(chǎng)條件，以及調(diào)節(jié)樣品與 磁場(chǎng)夾角方向；待測(cè)樣品4用膠水粘固于應(yīng)變片5上，再用雙面膠及夾具固定于樣品托6 或旋轉(zhuǎn)桿上，樣品托6或旋轉(zhuǎn)桿置于液氦杜瓦7樣品腔內(nèi)；b.應(yīng)變測(cè)量采用惠斯通半橋法，為了提高測(cè)量靈敏度，樣品4與應(yīng)變儀3連線(xiàn)采 用電阻率比較小的鍍銀銅線(xiàn)三芯屏蔽電纜9 ；c.在樣品溫度磁場(chǎng)值達(dá)到預(yù)設(shè)值后，利用靜態(tài)應(yīng)變儀測(cè)量樣品應(yīng)變；d.消除誤差為了扣除掉引線(xiàn)電阻帶來(lái)測(cè)量上的誤差，在測(cè)量剛開(kāi)始時(shí)測(cè)量一個(gè)數(shù)值，后面每測(cè)量一個(gè)值都用第一個(gè)值的相對(duì)變化來(lái)表示，這樣就可以得到材料相對(duì)
應(yīng)變值。所述極端條件的極低溫度溫度范圍為2-380K，強(qiáng)磁場(chǎng)范圍為0_9T。實(shí)施例二 本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特別之處如下極端條件的極低溫度范圍為2-380Κ。極端條件的強(qiáng)磁場(chǎng)范圍為0_9Τ。所述應(yīng)變測(cè)量惠斯通半橋方法是一應(yīng)變片5貼于樣品上，另一應(yīng)變片8作為參考 以消除溫度磁場(chǎng)的影響。實(shí)施例三參見(jiàn)圖1和圖2，本極端條件下測(cè)量材料應(yīng)變特性的系統(tǒng)是一個(gè)綜合物性測(cè)量 系統(tǒng)2、一個(gè)靜態(tài)應(yīng)變儀3和一個(gè)微機(jī)終端1，其特征在于所述綜合物性測(cè)量系統(tǒng)2和 所述靜態(tài)應(yīng)變儀3分別通過(guò)GPffi接口總線(xiàn)和RS232接口與所述微機(jī)終端1相連，該微機(jī) 終端1包含一個(gè)數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)。所述數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)具有采集整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，包 括樣品4的溫度和磁場(chǎng)值及靜態(tài)應(yīng)變儀測(cè)量結(jié)果以及實(shí)時(shí)顯示各項(xiàng)數(shù)值，數(shù)據(jù)繪圖，完 成數(shù)據(jù)存盤(pán)功能。所述數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)通過(guò)綜合物性測(cè)量系統(tǒng)控制軟件MultiVu設(shè)定 測(cè)量腳本程序，接收綜合物性測(cè)量系統(tǒng)發(fā)送的消息代碼控制靜態(tài)應(yīng)變儀測(cè)量。實(shí)施例四本實(shí)施例詳述如下1.測(cè)量電路連接待測(cè)量樣品應(yīng)變片和參考應(yīng)變片用雙面膠固定于樣品托中間區(qū)域表面上，保持 較好熱接觸，應(yīng)變片引線(xiàn)通過(guò)焊接與樣品托連結(jié)，采用三引線(xiàn)法，與樣品托上通道1的 I+、I-兩個(gè)端子及通道3的I-端子相連，如圖2所示。樣品托置于杜瓦樣品托架上，杜 瓦內(nèi)部有導(dǎo)線(xiàn)連接樣品托至專(zhuān)用插口，通過(guò)三芯屏蔽電纜接至靜態(tài)應(yīng)變儀。2.設(shè)定測(cè)量腳本程序利用綜合物性測(cè)量系統(tǒng)控制軟件MultiVu編寫(xiě)測(cè)量腳本程序，如圖5所示，第1 行到第3行為變溫測(cè)應(yīng)變。第1行為掃描溫度命令，其含意為，從350Κ開(kāi)始以1.5Κ/分 鐘的速度降溫，并且在350Κ至290Κ間的1201個(gè)等溫度間隔點(diǎn)上發(fā)送命令A(yù)dvise Number 61，即執(zhí)行應(yīng)變測(cè)量任務(wù)。第4行到第9行為變磁場(chǎng)測(cè)應(yīng)變。第4行為等待溫度穩(wěn)定 300秒，第5行為溫度以1.5K/分鐘速度抵達(dá)324K，第6行為等待溫度穩(wěn)定600秒。第 7至9行為掃描磁場(chǎng)，并且在0奧斯特至90000奧斯特間的1801個(gè)等磁場(chǎng)間隔點(diǎn)上發(fā)送命 令A(yù)dvise Number 61,即執(zhí)行應(yīng)變測(cè)量任務(wù)。3.測(cè)量打開(kāi)靜態(tài)應(yīng)變儀電源，連接RS232串口通信線(xiàn)，待儀器初始化預(yù)熱完畢后，運(yùn) 行數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)軟件Strain with PPMS,最后運(yùn)行第2步設(shè)定的腳本程序。4.數(shù)據(jù)處理實(shí)時(shí)監(jiān)示測(cè)量數(shù)據(jù)，繪圖，保存數(shù)據(jù)，如圖4所示。
權(quán)利要求
1.一種極端條件下測(cè)量材料應(yīng)變特性的方法，其特征在于操作步驟如下a.綜合物性測(cè)量系統(tǒng)(2)為測(cè)試提供所需的極低溫和強(qiáng)磁場(chǎng)條件，以及調(diào)節(jié)樣品與磁 場(chǎng)夾角方向；待測(cè)樣品(4)用膠水粘固于應(yīng)變片(5)上，再用雙面膠及夾具固定于樣品托 (6)或旋轉(zhuǎn)桿上，樣品托(6)或旋轉(zhuǎn)桿置于液氦杜瓦(7)樣品腔內(nèi)；b.應(yīng)變測(cè)量采用惠斯通半橋法，為了提高測(cè)量靈敏度，樣品(4)與應(yīng)變儀(3)連線(xiàn)采 用電阻率比較小的鍍銀銅線(xiàn)三芯屏蔽電纜(9)；c.在樣品溫度磁場(chǎng)值達(dá)到預(yù)設(shè)值后，利用靜態(tài)應(yīng)變儀測(cè)量樣品應(yīng)變；d.消除誤差為了扣除掉引線(xiàn)電阻帶來(lái)測(cè)量上的誤差，在測(cè)量剛開(kāi)始時(shí)測(cè)量一個(gè)數(shù) 值，后面每測(cè)量一個(gè)值都用第一個(gè)值的相對(duì)變化來(lái)表示，這樣就可以得到材料相對(duì)應(yīng)變 值。
2.如權(quán)利1要求所述一種極端條件下測(cè)量材料應(yīng)變特性的方法，其特征在于極端 條件的極低溫溫度范圍2-380K。
3.如權(quán)利1要求所述一種極端條件下測(cè)量材料應(yīng)變特性的方法，其特征在于極端 條件的強(qiáng)磁場(chǎng)范圍0-9T。
4.如權(quán)利1要求所述一種極端條件下測(cè)量材料應(yīng)變特性的方法，其特征在于應(yīng)變 測(cè)量范圍-240000-+240000 μ ε。
5.如權(quán)利1要求所述一種極端條件下測(cè)量材料應(yīng)變特性的方法，其特征在于所述 應(yīng)變測(cè)量惠斯通半橋方法是一應(yīng)變片(5)貼于樣品上，另一應(yīng)變片(8)作為參考以消除溫 度磁場(chǎng)的影響。
6.—種極端條件下測(cè)量材料應(yīng)變特性的系統(tǒng)，包括一個(gè)綜合物性測(cè)量系統(tǒng)(2)、一個(gè) 靜態(tài)應(yīng)變儀(3)和一個(gè)微機(jī)終端(1)，其特征在于所述綜合物性測(cè)量系統(tǒng)(2)和所述靜 態(tài)應(yīng)變儀(3)分別通過(guò)GPIB接口總線(xiàn)和RS232接口與所述微機(jī)終端(1)相連，該微機(jī)終 端(1)包含一個(gè)數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)。
7.如權(quán)利要求6所述一種極端條件下測(cè)量材料應(yīng)變特性的系統(tǒng)，其特征在于所述 數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)具有采集整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，包括樣品的溫度和磁場(chǎng)值及靜態(tài)應(yīng)變儀測(cè)量 結(jié)果以及實(shí)時(shí)顯示各項(xiàng)數(shù)值，數(shù)據(jù)繪圖，完成數(shù)據(jù)存盤(pán)功能。
8.如權(quán)利要求6所述一種極端條件下測(cè)量材料應(yīng)變特性的系統(tǒng)，其特征在于所述 數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)通過(guò)綜合物性測(cè)量系統(tǒng)控制軟件MultiVu設(shè)定測(cè)量腳本程序，接收綜合 物性測(cè)量系統(tǒng)發(fā)送的消息代碼控制靜態(tài)應(yīng)變儀測(cè)量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種極端條件下測(cè)量材料應(yīng)變特性的方法及系統(tǒng)。本方法操作步驟為1.在具有極端條件的綜合物性測(cè)量系統(tǒng)中安置樣品；2.利用惠斯通半橋法測(cè)量應(yīng)變；3.利用靜態(tài)應(yīng)變儀在預(yù)設(shè)溫度磁場(chǎng)值下測(cè)量樣品應(yīng)變；4.消除誤差。本系統(tǒng)是一個(gè)綜合物性測(cè)量系統(tǒng)和一個(gè)靜態(tài)應(yīng)變儀分別通過(guò)GPIB接口總線(xiàn)和RS232接口與一個(gè)微機(jī)終端相連，該微機(jī)終端包含一個(gè)數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)。本發(fā)明能夠在極低溫和強(qiáng)磁場(chǎng)條件下測(cè)量樣品靜態(tài)應(yīng)變特性。
文檔編號(hào)G01B7/16GK102012416SQ201010291200
公開(kāi)日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2010年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月21日
發(fā)明者康保娟, 張金倉(cāng), 敬超, 曹世勛, 李哲, 沈少喜, 陳臘 申請(qǐng)人:上海大學(xué)