專利名稱：一種極端條件下測量材料應變特性的方法及系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明新型涉及一種物理性能測試方法及系統(tǒng)，尤其涉及一種在極端條件下測 量材料應變特性的方法及系統(tǒng)。
背景技術：
在眾多材料機理研究中通常需要測量樣品在極低溫、強磁場條件下的靜態(tài)應變 特性，如熱致伸縮、磁致伸縮等進而確定其材料性質(zhì)。一般的應變測量設備，因其提供 的溫度和磁場精度不夠以及變化范圍過窄，不能滿足現(xiàn)代材料的基礎研究需求；而專業(yè) 的測量設備價格昂貴且功能單一。美國 Quantum Design 公司的綜合物性測量系統(tǒng)(Physics Property Measurement System, PPMS)提供了一個完美控制低溫和強磁場平臺，集成全自動的電學、磁學、熱 學、光電、形貌等各種物性測量手段；目前，其已經(jīng)成為實驗數(shù)據(jù)可靠性的標志，被廣 泛應用于物理、化學及材料科學的眾多研究領域，遍布幾乎所有世界一流相關實驗室。 在“綜合物性測量系統(tǒng)(PPMS)簡易產(chǎn)品說明手冊，美國Quantum Design公司”中報 道，PPMS本身具有絕大多數(shù)常規(guī)物性測量功能，但是其拓展功能選件中不具備應變特性 測量功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種極端條件下測量材料應變特性的方法能夠在極低溫和 強磁場條件下測量樣品靜態(tài)應變特性。本發(fā)明的又一目的是針對現(xiàn)有技術的缺陷，提供一種極端條件下測量材料應變 特性的系統(tǒng)能夠在極低溫和強磁場條件下測量樣品靜態(tài)應變特性。為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明采用下述技術方案—種極端條件下測量樣品應變特性的方法，其特征在于操作步驟如下a.綜合物性測量系統(tǒng)(PPMS)為測試提供所需的極低溫和強磁場條件，以及調(diào)節(jié) 樣品與磁場夾角方向；待測樣品用膠水粘固于應變片上，再用雙面膠及夾具固定于樣品 托或旋轉桿上，樣品托或旋轉桿置于液氦杜瓦樣品腔內(nèi)；b.應變測量采用惠斯通半橋法，具體操作方法是一應變片貼于樣品上，另一應 變片作為參考以消除溫度磁場的影響。為了提高測量靈敏度，樣品與應變儀連線采用電 阻率比較小的鍍銀銅線三芯屏蔽電纜；C.在樣品溫度和磁場值達到預設值后，利用靜態(tài)應變儀測量樣品應變；d.消除誤差，為了扣除掉引線電阻帶來測量上的誤差，在測量剛開始時測量一 個數(shù)值，后面每測量一個值都用第一個值的相對變化來表示，這樣就可以得到材料相對 應變值。所述極端條件的極低溫度溫度范圍為2-380K，強磁場范圍為0-9T。一種極端條件下測量樣品應變特性的系統(tǒng)，包括一個綜合物性測量系統(tǒng)、一個 靜態(tài)應變儀、一個微機終端、一個數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)等。
所述測量樣品靜態(tài)應變特性的系統(tǒng)中，綜合物性測量系統(tǒng)、靜態(tài)應變儀分別通 過GPIB接口總線和RS232接口與微機終端相連，微機終端包含一個數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)。 通過綜合物性測量系統(tǒng)控制軟件MultiVu對整個測量任務編寫腳本程序。MultiVu通過 GPIB總線將腳本程序寫入綜合物性測量系統(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和樣品方位以及發(fā)送命令Advise Number控制應變測量。數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)包括一個軟件程序，所述程序用以采集包括溫度和磁場在內(nèi) 的樣品測量環(huán)境參數(shù)，控制應變測量，并且能夠實時顯示各種數(shù)據(jù)和繪圖，實現(xiàn)數(shù)據(jù)存 盤功能。具體而言，所述軟件程序名稱為Strain with PPMS，所述程序通過綜合物性測量 系統(tǒng)SCPI(可編程儀器標準命令集)命令訪問綜合物性測量系統(tǒng)控制模塊M6000獲取樣 品腔內(nèi)溫度和磁場等數(shù)據(jù)，并接受M6000發(fā)送的命令AdviseNumben控制靜態(tài)應變儀測 量應變。所述程序具備實時數(shù)據(jù)監(jiān)視、繪圖和存盤功能。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術具有以下優(yōu)點1.適用范圍廣，可以大范圍變溫和變磁場測量樣品靜態(tài)應變特性，可調(diào)節(jié)樣品 與磁場夾角測量樣品各向異性。2.克服了應變片本身特性隨溫度和磁場變化對應變測量帶來的影響，采用了引 線電阻糾正程序，大幅度提高測量精確度。3.使用操作方便，自動化程度高，可長時間運作。測量前設定好相應測量任務 腳本程序，測量時僅需同時運行數(shù)據(jù)采集軟件和綜合物性測量系統(tǒng)控制軟件MultiVu即可。4.在成熟的平臺上拓展新的功能，成本低，技術可靠。


圖1本發(fā)明系統(tǒng)結構框圖。圖2測量電路連接圖。圖3應變測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測量腳本程序示例圖。
具體實施例方式本發(fā)明的優(yōu)選實施例結合

如下實施例一參見圖1和圖2，本極端條件下測量材料應變特性的方法，操作步驟如下a.綜合物性測量系統(tǒng)2為測試提供所需的極低溫和強磁場條件，以及調(diào)節(jié)樣品與 磁場夾角方向；待測樣品4用膠水粘固于應變片5上，再用雙面膠及夾具固定于樣品托6 或旋轉桿上，樣品托6或旋轉桿置于液氦杜瓦7樣品腔內(nèi)；b.應變測量采用惠斯通半橋法，為了提高測量靈敏度，樣品4與應變儀3連線采 用電阻率比較小的鍍銀銅線三芯屏蔽電纜9 ；c.在樣品溫度磁場值達到預設值后，利用靜態(tài)應變儀測量樣品應變；d.消除誤差為了扣除掉引線電阻帶來測量上的誤差，在測量剛開始時測量一個數(shù)值，后面每測量一個值都用第一個值的相對變化來表示，這樣就可以得到材料相對
應變值。所述極端條件的極低溫度溫度范圍為2-380K，強磁場范圍為0_9T。實施例二 本實施例與實施例一基本相同，特別之處如下極端條件的極低溫度范圍為2-380Κ。極端條件的強磁場范圍為0_9Τ。所述應變測量惠斯通半橋方法是一應變片5貼于樣品上，另一應變片8作為參考 以消除溫度磁場的影響。實施例三參見圖1和圖2，本極端條件下測量材料應變特性的系統(tǒng)是一個綜合物性測量 系統(tǒng)2、一個靜態(tài)應變儀3和一個微機終端1，其特征在于所述綜合物性測量系統(tǒng)2和 所述靜態(tài)應變儀3分別通過GPffi接口總線和RS232接口與所述微機終端1相連，該微機 終端1包含一個數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)。所述數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)具有采集整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)，包 括樣品4的溫度和磁場值及靜態(tài)應變儀測量結果以及實時顯示各項數(shù)值，數(shù)據(jù)繪圖，完 成數(shù)據(jù)存盤功能。所述數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)通過綜合物性測量系統(tǒng)控制軟件MultiVu設定 測量腳本程序，接收綜合物性測量系統(tǒng)發(fā)送的消息代碼控制靜態(tài)應變儀測量。實施例四本實施例詳述如下1.測量電路連接待測量樣品應變片和參考應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，應變片引線通過焊接與樣品托連結，采用三引線法，與樣品托上通道1的 I+、I-兩個端子及通道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)部有導線連接樣品托至專用插口，通過三芯屏蔽電纜接至靜態(tài)應變儀。2.設定測量腳本程序利用綜合物性測量系統(tǒng)控制軟件MultiVu編寫測量腳本程序，如圖5所示，第1 行到第3行為變溫測應變。第1行為掃描溫度命令，其含意為，從350Κ開始以1.5Κ/分 鐘的速度降溫，并且在350Κ至290Κ間的1201個等溫度間隔點上發(fā)送命令Advise Number 61，即執(zhí)行應變測量任務。第4行到第9行為變磁場測應變。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324K，第6行為等待溫度穩(wěn)定600秒。第 7至9行為掃描磁場，并且在0奧斯特至90000奧斯特間的1801個等磁場間隔點上發(fā)送命 令Advise Number 61,即執(zhí)行應變測量任務。3.測量打開靜態(tài)應變儀電源，連接RS232串口通信線，待儀器初始化預熱完畢后，運 行數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)軟件Strain with PPMS,最后運行第2步設定的腳本程序。4.數(shù)據(jù)處理實時監(jiān)示測量數(shù)據(jù)，繪圖，保存數(shù)據(jù)，如圖4所示。
權利要求
1.一種極端條件下測量材料應變特性的方法，其特征在于操作步驟如下a.綜合物性測量系統(tǒng)(2)為測試提供所需的極低溫和強磁場條件，以及調(diào)節(jié)樣品與磁 場夾角方向；待測樣品(4)用膠水粘固于應變片(5)上，再用雙面膠及夾具固定于樣品托 (6)或旋轉桿上，樣品托(6)或旋轉桿置于液氦杜瓦(7)樣品腔內(nèi)；b.應變測量采用惠斯通半橋法，為了提高測量靈敏度，樣品(4)與應變儀(3)連線采 用電阻率比較小的鍍銀銅線三芯屏蔽電纜(9)；c.在樣品溫度磁場值達到預設值后，利用靜態(tài)應變儀測量樣品應變；d.消除誤差為了扣除掉引線電阻帶來測量上的誤差，在測量剛開始時測量一個數(shù) 值，后面每測量一個值都用第一個值的相對變化來表示，這樣就可以得到材料相對應變 值。
2.如權利1要求所述一種極端條件下測量材料應變特性的方法，其特征在于極端 條件的極低溫溫度范圍2-380K。
3.如權利1要求所述一種極端條件下測量材料應變特性的方法，其特征在于極端 條件的強磁場范圍0-9T。
4.如權利1要求所述一種極端條件下測量材料應變特性的方法，其特征在于應變 測量范圍-240000-+240000 μ ε。
5.如權利1要求所述一種極端條件下測量材料應變特性的方法，其特征在于所述 應變測量惠斯通半橋方法是一應變片(5)貼于樣品上，另一應變片(8)作為參考以消除溫 度磁場的影響。
6.—種極端條件下測量材料應變特性的系統(tǒng)，包括一個綜合物性測量系統(tǒng)(2)、一個 靜態(tài)應變儀(3)和一個微機終端(1)，其特征在于所述綜合物性測量系統(tǒng)(2)和所述靜 態(tài)應變儀(3)分別通過GPIB接口總線和RS232接口與所述微機終端(1)相連，該微機終 端(1)包含一個數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)。
7.如權利要求6所述一種極端條件下測量材料應變特性的系統(tǒng)，其特征在于所述 數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)具有采集整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)，包括樣品的溫度和磁場值及靜態(tài)應變儀測量 結果以及實時顯示各項數(shù)值，數(shù)據(jù)繪圖，完成數(shù)據(jù)存盤功能。
8.如權利要求6所述一種極端條件下測量材料應變特性的系統(tǒng)，其特征在于所述 數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)通過綜合物性測量系統(tǒng)控制軟件MultiVu設定測量腳本程序，接收綜合 物性測量系統(tǒng)發(fā)送的消息代碼控制靜態(tài)應變儀測量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種極端條件下測量材料應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量系統(tǒng)中安置樣品；2.利用惠斯通半橋法測量應變；3.利用靜態(tài)應變儀在預設溫度磁場值下測量樣品應變；4.消除誤差。本系統(tǒng)是一個綜合物性測量系統(tǒng)和一個靜態(tài)應變儀分別通過GPIB接口總線和RS232接口與一個微機終端相連，該微機終端包含一個數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)。本發(fā)明能夠在極低溫和強磁場條件下測量樣品靜態(tài)應變特性。
文檔編號G01B7/16GK102012416SQ201010291200
公開日2011年4月13日 申請日期2010年9月21日 優(yōu)先權日2010年9月21日
發(fā)明者康保娟, 張金倉, 敬超, 曹世勛, 李哲, 沈少喜, 陳臘 申請人:上海大學