红外光加热宽温度范围、气氛可控、可视电学测试系统

1.本发明涉及电学测试技术领域，具体是一种红外光加热宽温度范围、气氛可控、可视电学测试系统。


背景技术：

2.随着现在科学技术的发展，电子设备的小型化、集成化和稳定化的需求日益显著。对于电子器件的电学性能研究也提出了新的要求。温度场对样品的电学性能具有非常重要的影响，也是研究材料首先考虑的“场因素”之一。在不同温度环境下，即使同一种样品表现出的电学性能、微结构和作用机制也会有一定的差别，甚至有的样品当温度到达临界点时，样品的相结构会发生突变，导致临界点温度前后样品的性能表现出巨大差异。因此宽温度范围的电学性能测量更有助于了解样品的性能。
3.航天航空，核反应堆等行业要求在较高温度下进行作业，在复杂的高温环境下，样品的性能测试存在较大的技术难度，目前最高的测量温度是在1900℃，但只能进行短暂的保温(见中国专利，申请号为201910243502.x)，温度很难长时间维持在1900℃。其次现有的大部分高温电学加热炉，是通过加热丝对样品进行加热，并将炉子密封完好(见中国专利，申请号为201920415639.4)，将使得无法观测到样品在当前所处温度下的状态，进而无法保证测试结果的可靠。此外，样品在高温下容易和气体接触发生反应，例如金属样品在高温下容易与空气中的氧反应，形成氧化膜。某些氧化物在高温下容易发生还原反应。因此要保证样品在高温时的稳定需要通入保护气体。另一方面引入气体更有利于探索在高温下气体与样品进行的化学反应，并检测反应对样品性能的影响。
4.现有变温电学测试系统，温度测试范围远不能满足日益对极端温度下材料性能的探索；常规测试手段不能同时观察测试中样品的颜色及形貌变化。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种红外光加热宽温度范围、气氛可控、可视电学测试系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种红外光加热宽温度范围、气氛可控、可视电学测试系统，包括：
8.保护壳，
9.测量夹具，安装在所述保护壳内，用于装载待测样品并使其处于气体保护氛围；
10.加热件，安装在所述保护壳内，用于对待测样品进行加热；
11.温度记录仪，与所述测量夹具相连，用于检测待测样品的温度；
12.电学测试仪，与所述测量夹具相连，用于检测待测样品的测试信号；
13.摄像头，用于实时监控待测样品的状态。
14.作为本发明的进一步技术方案，所述测量夹具包括上探头部分和与其相配合的下探头部分，所述上探头部分通过石英管与下探头部分相连。
15.作为本发明的更进一步技术方案，所述上探头部分包括：
16.上承重装置，固定安装在所述保护壳内；
17.上锁紧装置，安装在所述上承重装置内，所述上锁紧装置内安装有上棒；
18.上刚玉管，一端通过上连接装置与上棒相连，另一端安装有上电极片；
19.进气阀，安装在所述上连接装置上，用于向石英管充气。
20.作为本发明的更进一步技术方案，所述下探头部分包括：
21.下承重装置，固定安装在所述保护壳内；
22.下锁紧装置，安装在所述下承重装置内，所述下锁紧装置内安装有下棒；
23.下刚玉管，一端通过下连接装置与所述下棒相连，另一端安装有刚玉板；
24.下电极片，安装在所述刚玉板远离下刚玉管的一侧并与上电极片相配合；
25.出气阀，安装在所述下连接装置上，用于从石英管向外排气；
26.所述石英管一端与上连接装置相连，另一端与下连接装置相连，用于将上刚玉管和下下刚玉管密封在内部；。
27.作为本发明的再进一步技术方案，所述上连接装置包括：
28.上法兰，一侧与所述上棒相连，另一侧与所述石英管相连；
29.上连接头，安装在所述石英管内部，所述上连接头一端与所述上棒固定连接，另一端与所述上刚玉管固定连接。
30.作为本发明的再进一步技术方案，所述下连接装置包括：
31.下法兰，一侧与所述下棒相连，另一侧与所述石英管相连；
32.下连接头，安装在所述石英管内部，所述下连接头一端与所述下棒固定连接，另一端与所述下刚玉管固定连接
33.作为本发明的再进一步技术方案，所述加热件包括：
34.椭球反射镜，固定安装在所述下承重装置上；
35.卤灯，固定安装在所述椭球反射镜内，当卤灯工作时，发出的光通过椭球反射镜聚焦后来对待测样品进行加热
36.作为本发明的再进一步技术方案，所述椭球反射镜设置有多个，多个所述椭球反射镜均匀分布在石英管外部。
37.作为本发明的再进一步技术方案，所述上刚玉管和下刚玉管内均开设有通孔，所述通孔内安装有金属丝。
38.作为本发明的再进一步技术方案，所述保护壳上设有用于对加热件进行换热的风扇。
39.作为本发明的再进一步技术方案，所述保护壳底部设有用于连接外部供电接头和内部用电器的探针组件。
40.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
41.1、通过在椭球反射镜焦点处安装卤灯，经椭球反射镜的汇聚后将光聚焦在样品上，进而对样品进行加热，加热温度高达2200℃；这种加热方式温度梯度较大，在离待测样品一定距离的位置上安装摄像头，可实时监控样品在高温时的颜色及形貌变化，对于样品的高温实时状态有进一步的了解。
42.2、在待测样品外套入石英管，控制进气阀和出气阀，可通入不同气氛(真空、氧气、
氢气、氩气等)，进而保证样品的稳定性或可探索在高温下气体与样品进行的化学反应，并检测反应对样品性能的影响；
43.3、可在高达2200℃的同时保证样品的稳定性和实时可监测性。
附图说明
44.图1为红外光加热宽温度范围、气氛可控、可视电学测试系统的俯视图；
45.图2为红外光加热宽温度范围、气氛可控、可视电学测试系统的主视图；
46.图3为红外光加热宽温度范围、气氛可控、可视电学测试系统的内部结构示意图；
47.图4为红外光加热宽温度范围、气氛可控、可视电学测试系统的局部结构示意图。
48.图中：1-保护壳、2-卤灯、3-石英管、4-待测样品、5-温度记录仪、6-电学测试仪、7-金属丝、8-摄像头、9-上承重装置、10-上锁紧装置、11-上棒、12-进气阀、13-上连接装置、14-椭球反射镜、15-上刚玉管、16-下刚玉管、17-下承重装置、18-下连接装置、19-出气阀、20-下锁紧装置、21-下棒、22-上法兰、23-上连接头、24-下连接头、25-下法兰、26-上电极片、27-刚玉板、28-下电极片、a-上探头部分、b-下探头部分。
具体实施方式
49.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
50.本发明实施例是这样实现的，如图1至图4所示的红外光加热宽温度范围、气氛可控、可视电学测试系统，包括:
51.保护壳1，
52.测量夹具，安装在所述保护壳1内，用于装载待测样品4并使其处于气体保护氛围；
53.加热件，安装在所述保护壳1内，用于对待测样品4进行加热；
54.温度记录仪5，与所述测量夹具相连，用于检测待测样品4的温度；
55.电学测试仪6，与所述测量夹具相连，用于检测待测样品4的测试信号；
56.摄像头8，用于实时监控待测样品4的状态。
57.本发明在实际应用时，将待测样品4放在测量夹具上，然后控制气氛通入，保持样品稳定，再通过加热件进行加热，此时在温度记录仪5的作用下实时监测温度，电学测试仪6检测测试信号，并通过摄像头8实时监控样品状态；还可以探索在高温下不同气氛(真空、氧气、氢气、氩气等)与待测样品4进行化学反应，并检测反应对待测样品4性能的影响，实现了待测样品4的高温稳定性和实时可监测性，更加实用。
58.如图2至图4所示，作为本发明一个优选的实施例，所述测量夹具包括上探头部分a和与其相配合的下探头部分b，所述上探头部分a通过石英管3与下探头部分b相连，所述上探头部分a包括：
59.上承重装置9，固定安装在所述保护壳1内；
60.上锁紧装置10，安装在所述上承重装置9内，所述上锁紧装置10内安装有上棒11；
61.上刚玉管15，一端通过上连接装置13与上棒11相连，另一端安装有上电极片26；
62.进气阀12，安装在所述上连接装置13上，用于向石英管3充气。
63.所述下探头部分b包括：
64.下承重装置17，固定安装在所述保护壳1内；
65.下锁紧装置20，安装在所述下承重装置17内，所述下锁紧装置20内安装有下棒21；
66.下刚玉管16，一端通过下连接装置18与所述下棒21相连，另一端安装有刚玉板27；
67.下电极片28，安装在所述刚玉板27远离下刚玉管16的一侧并与上电极片26相配合；
68.出气阀19，安装在所述下连接装置18上，用于从石英管3向外排气；
69.所述石英管3一端与上连接装置13相连，另一端与下连接装置18相连，用于将上刚玉管15和下下刚玉管16密封在内部。
70.在本实施例的一种情况中，上探头部分a是将上刚玉管15与上棒11固定，金属丝7一端穿过上刚玉管15的通孔与上刚玉管15下端的上电极片26连接，另一端与电学测试仪6相连；下探头部分b是将下刚玉管16与下棒21固定，并在下刚玉管16的上端放一片刚玉板27，用来承接待测样品4，在刚玉板27上端放下电极片28，一根金属丝7一端穿过下刚玉管16中的一个通孔以及刚玉板27与电极片连接，另一端与电学测试仪6相连，另一根金属丝7一端穿过下刚玉管16中的另一个通孔与刚玉板27连接，另一端与温度记录仪5连接；当工作时，在待测样品4外装入石英管3，并在两端设置进气阀12和出气阀19，以便控制不同气氛的通入，这是由于材料在高温下容易和气体接触发生反应，例如金属材料在高温下容易与空气中的氧反应，形成氧化膜，某些氧化物在高温下容易发生还原反应，因此通入不同气氛保证材料在高温时的稳定；此外引入气体可以探索在高温下气体与待测样品4进行化学反应，并检测反应对待测样品4性能的影响；进一步的，待测样品4制备过程，根据待测样品4目标温度去布置电极，如若样品要测到400℃，上电极片26和下电极片28的材质可以是银片，金属丝7为银丝；若待测样品4要测到1500℃，则选用铂金片做上电极片26和下电极片28，金属丝7为铂金丝。
71.如图3所示，作为本发明另一个优选的实施例，所述上连接装置13包括：
72.上法兰22，一侧与所述上棒11相连，另一侧与所述石英管3相连；
73.上连接头23，安装在所述石英管3内部，所述上连接头23一端与所述上棒11固定连接，另一端与所述上刚玉管15固定连接；
74.所述下连接装置18包括：
75.下法兰25，一侧与所述下棒21相连，另一侧与所述石英管3相连；
76.下连接头24，安装在所述石英管3内部，所述下连接头24一端与所述下棒21固定连接，另一端与所述下刚玉管16固定连接。
77.在本实施例的一种情况中，通过上法兰22和上连接头23连接提高上端的连接稳定性并保持密封性，通过下法兰25和下连接头24连接提高下端的连接稳定性并保持密封性，整体结构更加稳定，密封效果好。
78.如图2、图3所示，作为本发明另一个优选的实施例，所述加热件包括：
79.椭球反射镜14，固定安装在所述下承重装置17上；
80.卤灯2，固定安装在所述椭球反射镜14内，当卤灯2工作时，发出的光通过椭球反射镜14聚焦后来对待测样品4进行加热。
81.在本实施例的一种情况中，所述椭球反射镜14设置有多个，多个所述椭球反射镜14均匀分布在石英管3外部，本实施例为四个，卤灯2位于椭球反射镜14的焦点上，由光源发
出光，经过椭球反射镜14聚焦后汇聚在待测样品4上，作为热源，对待测样品4进行加热，加热温度高达2200℃，优选的，该保护壳1上设有用于对所述加热件进行换热的风扇，且保护壳1的底部设有用于连接外部供电接头和内部用电器的探针组件；工作时，启动卤灯2，缓慢增加功率，实时记录下温度记录仪5以及电学测试仪6的示数。
82.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
83.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。