專利名稱：一種膜層熱膨脹系數測試儀的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于測量技術領域，更進一步涉及一種用于測量材料表層性能的膜層熱膨脹系數測試儀。
目前，對于材料表層性能的膜層熱膨脹系數進行測量的儀器種類很多，按加熱時膨脹量的檢測方法，可以分為光學放大式、機械放大式及電磁放大三種類型。它們的測量原理均是把試樣作成細長棒形或絲狀形，通過測量長度隨溫度變化曲線求得線膨脹系數。這種方法無法測量膜層膨脹系數，其原因有二，一是測量原理行不通，因為膜層較薄，一般厚度為微米級或亞微米級，而膨脹量為納米級。二是測量精度要求高到納米級，儀器受熱后，其系統尺寸的變化會大大超出納米級，甚至超過膜層厚度微米級的范圍。
本實用新型的目的在于提供一種適用于微米級或亞微米級膜層厚度縱向熱膨脹系數測試儀。
本實用新型包括樣品室、調節試樣架、電加熱器、測溫熱電偶，防震工作臺以及測量機構。樣品室為保溫材料制成的箱體，調節試樣架由X、Y、Z軸組成三維座標，并分別用三只電機帶動，Z軸裝于機架下部，電加熱器和測溫熱電偶以及X軸、Y軸的電機分別固定于樣品室的箱體上。測量機構由兩根石英測桿及其中部的差動電容組成雙微位移測量機構。整個主機置于防震工作臺上。
以下結合附圖對本實用新型作進一步的描述。
圖1為本實用新型的結構示意圖。
本實用新型的調節試樣架2由X軸、Y軸和Z軸組成三維座標，每軸由一只電機帶動，Z軸23裝于機架12的下部。樣品室3為一透明保溫材料制成的六面箱體，其底面與Z軸23連成一體。在樣品室3的左側和后箱壁上分別裝有Y軸5的電機4和X軸21的電機19。樣品室3上箱壁裝有電加熱器6和熱電偶17。調整Z軸23，整個樣品室3隨樣品架2上下動作。雙微位移測量機構的兩根石英測桿7的中部各裝一個幾何形狀和尺寸相同的差動電容。其差動電容的動片14位于兩定片13和16之間的正中位置。其中動片14為一金屬環形片。它的內孔與石英測桿7緊固成一體，隨桿動作。兩差動電容定片13和16通過絕緣臂固定在機械調零裝置8上，定片環與測桿同心，且內孔與測桿有一定的間隙。扭動旋鈕15，調零裝置8可在機架12上滑動，以調整定片13和16與動片14上下相對位置。動片14及兩定片13和16分別用電纜與插座9相接。放在調節樣品架X軸21上的樣品20處于兩測桿7的正下方，樣品20可以是圓片形，也可以是扁長方體，其上表面涂覆有約占該表面二分之一面積的各種膜層18。三維調節樣品架2分別由電機19和4帶動，以調整樣品20在X與Y軸方向的位置。樣品架2通過Z軸23調整樣品上下位置。機架12為一E字形金屬鑄件，樣品室3及樣品架2位于其下部空檔，差動電容位于其上部空檔。兩石英測桿7呈細長棒形，它與樣品20接觸的下端呈球形，其上端設有凸臺，并自機架12頂端兩對稱孔中，穿過機架上部空檔，直接伸入樣品室3，調節機架12兩孔中的螺釘11，可通過彈簧10來調整測桿7與樣品20的接觸力。機架12底面裝有三只自位絲頂22，用來調整主機的水平位置。整個主機放在帶有氣墊的防震工作臺1上面。
本實用新型的雙微位移測量機構，可以與控制儀構成了一個自校正系統。不論是環境溫度的變化，還是樣品室加熱后溫度的變化，對處于同一系統中的兩石英測桿7的影響效果是完全相等的，即兩測徽機構差動電容輸出的差值始終等于零。在放樣品前，首先通過Z軸23使樣品臺21上基準面與兩石英測桿7同時接觸后，再調整差動電容調零裝置15，讓兩差動電容輸出之差為零而處于平衡位置，然后降下樣品臺，打開樣品室3前門，把樣品20放置在樣品臺面上，其樣品基體與涂覆有膜層的面分別處在兩測桿正下方，關閉前門，將樣品升至兩表面勻與兩測桿接觸后，所測得的兩測微差動電容輸出之差就等于膜層的厚度。測出膜層厚度后，調整15使兩差動電容輸出之差再為零。此時若樣品室開始加溫，則樣品基體在膨脹、膜層也在膨脹，整個主機各部件均因溫度變化，各自均在發生不同程度的膨脹或收縮，但對于處于同一系統，相同環境中的兩微位移測量機構的影響是相同的，其唯的差別就是膜層的膨脹量。這一膨脹量是通過兩測微位移機構差動電容輸出之差測得的。整個主機在各種儀器及微計算機的控制下，可以實現控制、數據采集、數據處理、結果輸出全過程自動化。
本實用新型由于采用了雙微位移機構，它與控制儀可組成自校正系統，因此可對表面工程技術領域實現微米級或亞微米級膜層熱膨脹系數的高精度測量。膨脹量測量的分辨率達0.1nm。
權利要求1.一種膜層熱膨脹系數測試儀，它包括樣品室、調節試樣架、電加熱器、測溫熱電偶、防震工作臺以及測量機構，其特征在于所述的樣品室為保溫材料制成的箱體，所述的調節試樣架由X、Y、Z軸組成三維座標，并分別用三只電機帶動，Z軸裝于所述的機架下部，所述的電加熱器和測溫熱電偶以及X軸、Y軸的電機分別固定于樣品室的箱體上。所述的測量機構由兩根石英測桿及其中部的差動電容組成雙微位移測量機構。
2.如權利要求1所述的膜層熱膨脹系數測試儀，其特征在于所述的雙微位移測量機構的兩只石英測桿的下端為球頭狀，上端設一凸臺，凸臺上方有彈簧，并經螺釘調節測桿對試樣的接觸力。
3.根據權利要求1所述的膜層熱膨脹系數測試儀，其特征在于所述的差動電容為環片狀，動片位于兩定片之間的正中位置，其中動片為一金屬環形片，內孔與測桿緊固成一體，定片環與測桿同心，且內孔與測桿有一定的間隙，定片上裝有調零裝置。
專利摘要本實用新型公開一種測量技術領域的膜層熱膨脹系數測試儀，它包括樣品室、調節試樣架、電加熱器、測溫熱電偶，防震工作臺以及測量機構。調節試樣架的X、Y、Z軸分別由三臺電機帶動，Z軸裝于機架下部。電加熱器和測溫熱電偶以及X、Y軸的電機分別固定于保溫材料制成的箱體上，測量機構由兩根石英測桿及中部的差動電容組成雙微位移測量機構。本儀器可實現微米級或亞微米級膜層熱膨脹系數的高精度測量，其分辨率可達0.1nm。
文檔編號G01N25/16GK2196301SQ9421299
公開日1995年5月3日 申請日期1994年5月27日 優先權日1994年5月27日
發明者劉軍海, 何家文, 蘇啟生, 陸明珠 申請人:西安交通大學
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