[發(fā)明專利]用于極端物體條件下的電容測量裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410552627.8
• 申請日: 2014-10-20
• 公開（公告）號: CN104316772A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李哲;張元磊;徐坤;曹義明
• 申請（專利權(quán)）人: 曲靖師范學(xué)院
• 主分類號: G01R27/26
• 分類號: G01R27/26
• 代理公司: 云南省曲靖市專利事務(wù)所 53104
• 代理人: 許永昌;郎正德

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于極端物體條件下的電容測量裝置；是實現(xiàn)多物理場（如低溫，強磁場）下對材料的電容特性進行測量的裝置。

背景技術(shù)

眾所周知，在實驗?zāi)蹜B(tài)物理和材料學(xué)的研究中，將多鐵材料、介電材料以及氧化物等材料置于特殊物理場(如低溫，強磁場等)下對其電容特性進行測量，有利于對該類材料的電學(xué)性能進行研究和開發(fā)利用。然而，在實際的研究工作中，對材料電容特性的測量通常需要在給定溫度或者給定磁場等特殊條件下完成，這種特殊的測試條件致使單一的電容測量設(shè)備無法滿足測試需求，難于實現(xiàn)現(xiàn)代材料基礎(chǔ)研究的測試手段。

就目前最新物性測量系統(tǒng)而言，美國量子設(shè)計公司(Quantum?Design,?Inc.)研發(fā)的物性測量系統(tǒng)(Physics?Property?Measurement?System，PPMS)提供了能夠在低溫和強磁場環(huán)境中對材料或電子器件的電學(xué)、磁學(xué)、熱學(xué)、光電、形貌等各種物理性能測量的手段；英國Cryogenic公司研發(fā)和生產(chǎn)的無液氦低溫強磁場物性測量系統(tǒng)同樣也能在低溫和強磁場環(huán)境中對材料的電學(xué)、磁學(xué)、熱學(xué)等性能進行測量。然而，上述這些公司所報道的系列產(chǎn)品中并不包含多物理場下電容特性的測量功能。因此，研發(fā)一種實現(xiàn)多物理場下的電容測量技術(shù)以滿足材料在不同環(huán)境下的電容特性研究具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種用于極端物體條件下的電容測量裝置，這種測量裝置能夠?qū)崿F(xiàn)低溫和強磁場條件下材料電容特性的測量，具有溫度環(huán)境穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)相對簡單、實施過程容易、建設(shè)成本相對較低、并且具有全自動地實現(xiàn)多物理場下的電容特性測量等優(yōu)點。

技術(shù)方案：一種用于極端物體條件下的電容測量裝置，包括NF-ZM2353型LCR測量儀3、微機終端1、變溫變磁裝置；其中變溫變磁裝置有杜瓦套8、低溫腔體24、樣品導(dǎo)管10、杜瓦蓋11、超導(dǎo)線圈22、樣品臺接頭21和樣品臺23。

所述杜瓦蓋11通過第一法蘭19密封地安裝于杜瓦套上端面從而形成一外腔體，此外腔體內(nèi)有杜瓦瓶9；在杜瓦蓋11中央開有一通孔，低溫腔體24下端嵌入杜瓦蓋11的通孔內(nèi)并位于杜瓦瓶9內(nèi)，一真空模塊13位于低溫腔體24上端，此真空模塊13與低溫腔體24之間通過密封環(huán)12連接，所述真空模塊13上設(shè)置了用于沖入氦氣以清洗低溫腔24的氦氣供氣端接口17和控磁電路接口14的抽氣的真空泵接口16，超導(dǎo)線圈22纏繞于低溫腔體24下部的外側(cè)面，沿著低溫腔24的內(nèi)壁設(shè)有防護層保護下的超導(dǎo)線圈控制電路20，這些密封的超導(dǎo)線圈控制電路20緊貼腔體壁并連接至位于真空模塊13處的控磁線路接口14。

所述樣品導(dǎo)管10下端穿過真空模塊13與密封環(huán)12進入到低溫腔體24內(nèi)，樣品導(dǎo)管10的上端設(shè)有屏蔽電纜接口15，屏蔽電纜接口15用于將樣品導(dǎo)管10內(nèi)部的信號傳輸線路連接至溫度與磁場控制模塊6。

所述樣品臺23分為三層結(jié)構(gòu)，第一層結(jié)構(gòu)26包括樣品安裝區(qū)域、線路連接通道A和拓展線路連接通道B，第二層結(jié)構(gòu)27中裝配有用于控制樣品的實驗溫度的發(fā)熱片32和用于測溫的熱電偶31，第三層結(jié)構(gòu)28中設(shè)計有針腳孔34。

所述微機終端1通過GPIB轉(zhuǎn)換接口2分別與溫度磁場控制模塊6、LCR測量儀3連接，溫度磁場控制模塊6連接到超導(dǎo)線圈22和熱電偶31，LCR測量儀3通過三通屏蔽電纜4連接到線路連接通道A的負極端(V-)、正極端(V+)；第一層結(jié)構(gòu)26上的樣品安裝區(qū)36中安裝樣品平板電容器37，樣品平板電容器37的2個側(cè)表面刷制有兩個銀電極40，兩個銀電極40上分別焊接有第一、第二引線42，此第一、第二引線42通道A的負極端(V-)、正極端(V+)。

杜瓦瓶9內(nèi)部裝有超過三分之二的液氦，這些液氦足以完全浸泡超導(dǎo)線圈22；所述密封環(huán)12與低溫腔和真空模塊之間的接觸區(qū)域涂抹有真空硅脂層。

變溫變磁裝置中還有限位環(huán)18，此限位環(huán)18側(cè)面具有螺紋面，限位環(huán)18位于杜瓦蓋11和低溫腔體24之間，通過旋轉(zhuǎn)限位環(huán)18可以使低溫腔體24在豎直方向上下移動，并帶動超導(dǎo)線圈22移動從而調(diào)整超導(dǎo)線圈22浸入液氦的深度。

變溫變磁裝置中的低溫腔24內(nèi)安裝有樣品導(dǎo)管10、在低溫腔24下部外圍安裝有超導(dǎo)線圈22，在樣品導(dǎo)管10的頂端設(shè)有傳輸電容信號的屏蔽電纜接口15，設(shè)有樣品臺接頭21，樣品臺接頭21的下端開有樣品臺安裝槽25，裝接有樣品臺23；低溫腔24內(nèi)壁鋪設(shè)有超導(dǎo)線圈控制電路20。