專利名稱：導(dǎo)電復(fù)合材料阻－容－溫度－壓力的在線測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種導(dǎo)電復(fù)合材料阻-容-溫度-壓力的在線測量裝置。
背景技術(shù)：
導(dǎo)電復(fù)合材料可以通過共混、摻雜、原位復(fù)合等手段將導(dǎo)電填料填充入絕緣基體而獲得。由于基體和填料對外部刺激的反應(yīng)程度不同，溫度、機(jī)械外力、有機(jī)溶劑、電場、超聲場等許多外場的存在都可能使導(dǎo)電復(fù)合材料的電阻發(fā)生敏感變化。利用材料電阻的敏感響應(yīng)，可以制備出各種重要的傳感器、自監(jiān)測和自修復(fù)材料、自恢復(fù)保險絲和自限溫加熱帶以及其它智能元件。因此，各種導(dǎo)電復(fù)合材料已經(jīng)在學(xué)術(shù)和工程應(yīng)用上受到了廣泛關(guān)注。
機(jī)械外力對復(fù)合材料電阻率的影響，通常包括拉伸、壓縮、剪切和扭擺等情況，對壓縮則可進(jìn)一步分出單軸壓縮、三軸壓縮、等靜壓縮等不同方式。研究表明，加壓方式影響電阻響應(yīng)的情況，所以除了最常見的無邊界單軸壓縮，還有必要考查等靜壓以及有邊界單軸壓縮(準(zhǔn)等靜壓)等施壓方式對導(dǎo)電行為的影響，從而揭示復(fù)合材料的導(dǎo)電機(jī)制并在此基礎(chǔ)上開發(fā)高性能產(chǎn)品。更重要的是，基于等靜壓力的新型壓力傳感器有望用于地質(zhì)勘探及地震檢測等諸多領(lǐng)域，替代原有的高價產(chǎn)品。
另一方面，由于聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料對許多外場的存在都表現(xiàn)出敏感響應(yīng)，所以當(dāng)我們試圖利用某一種敏感特征而生產(chǎn)出高穩(wěn)定性、高靈敏度的智能產(chǎn)品時，必須努力消除其它外場對該響應(yīng)的副作用。這就要求研究者們必須探索出一種可以綜合考察外場對復(fù)合材料導(dǎo)電行為影響的實(shí)驗(yàn)手段或裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種導(dǎo)電復(fù)合材料阻-容-溫度-壓力的在線測量裝置，以便于綜合考察外場對復(fù)合材料導(dǎo)電行為的影響。
本發(fā)明的復(fù)合材料阻-容-溫度-壓力的在線測量裝置，包括由殼體和活塞構(gòu)成的密閉容腔，容腔內(nèi)設(shè)置有電加熱裝置和等靜壓容器，電加熱裝置的加熱纜引出殼體與溫控儀相連，等靜壓容器固定在與殼體相連的支架上，在活塞與殼體內(nèi)壁的接觸面上設(shè)有密封件，活塞上設(shè)有進(jìn)氣閥門和排氣閥門，殼體或活塞上固定有溫度傳感器、位移傳感器、壓力傳感器和電阻測量導(dǎo)線，溫度傳感器、位移傳感器和壓力傳感器的信號線引出殼體與計算機(jī)同步測量系統(tǒng)相連，電阻測量導(dǎo)線的一端置于等靜壓容器中，另一端引出殼體與數(shù)字萬用表相連。
使用時將待測導(dǎo)電復(fù)合材料試樣放入等靜壓容器中，在試樣的正反面布置電極并與電阻測量導(dǎo)線相連，電極可以采用壓入銅網(wǎng)、涂抹導(dǎo)電銀漿、鍍金、導(dǎo)電膠帶粘貼等方式。在等靜壓容器中填充硅油、蓖麻油等液體介質(zhì)后將其固定到密閉容腔中的支架上，向密閉容腔中填充具有一定預(yù)壓力的硅油、蓖麻油、液體石蠟、空氣、氮?dú)獾葔毫橘|(zhì)，通過密封滑子隔離等靜壓容器內(nèi)外的介質(zhì)，電阻測量導(dǎo)線穿過滑子和活塞并連接數(shù)字萬用表，由萬用表將試樣的電阻值讀入計算機(jī)。調(diào)整各傳感器，使處于工作狀態(tài)。由材料萬能試驗(yàn)機(jī)對在線測量裝置施壓，程序控制活塞位移，從而改變密閉容腔內(nèi)介質(zhì)壓力，等靜壓容器內(nèi)外的壓力差驅(qū)動毛細(xì)管中滑子自由滑動以保持內(nèi)外介質(zhì)壓力相等。同時通過位移傳感器記錄滑子位置變化(即毛細(xì)管中液面高度改變)，并轉(zhuǎn)換為介質(zhì)體積變化，扣除空白實(shí)驗(yàn)結(jié)果求出試樣的體積變化。用電加熱纜對密閉容腔中介質(zhì)進(jìn)行底部加熱，并由控溫儀根據(jù)溫度傳感器反饋回來的信號自動調(diào)整加熱速率，使得介質(zhì)在程序控制下進(jìn)行升降溫。由壓力傳感器、溫度傳感器、位移傳感器以及電阻測量導(dǎo)線將在線測量裝置內(nèi)的壓力、溫度、電阻甚至體積變化等電信號采集到計算機(jī)，用阻(R)-容(V)-溫度(T)-壓力(P)同步測量軟件加以記錄和分析。
本發(fā)明通過材料萬能試驗(yàn)機(jī)的一維施壓實(shí)現(xiàn)對試樣的均勻的等靜壓縮，所用等靜壓裝置能夠在較寬范圍內(nèi)由程序控制加載及升溫，并可實(shí)現(xiàn)恒溫及恒壓條件，用同一裝置實(shí)現(xiàn)了對導(dǎo)電復(fù)合材料電阻率的溫敏、氣敏、濕敏、壓敏等特性的考察，豐富了對導(dǎo)電復(fù)合材料外場依賴行為的研究內(nèi)容。
本發(fā)明采用內(nèi)外兩層等靜壓容器聯(lián)用的雙重等靜壓技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對壓力容器內(nèi)微小體積變化的測量。通過調(diào)節(jié)密閉容腔內(nèi)介質(zhì)的預(yù)壓力，毛細(xì)管內(nèi)的液面高度改變可以適應(yīng)很大范圍內(nèi)的溫度和壓力變化。


圖1是導(dǎo)電復(fù)合材料阻-容-溫度-壓力的在線測量裝置示意圖；圖中1為殼體、2為活塞、3為密封件、4為隔熱套、5為壓力傳感器、6為底座、7為溫控儀、8為電加熱裝置、9為支架、10為等靜壓容器、11為電阻測量導(dǎo)線、12為進(jìn)氣閥門、13為位移傳感器、14為拉環(huán)、15為溫度傳感器、16為排氣閥門、17為密封圈；圖2是是等靜壓容器示意圖。
具體實(shí)施例方式
參照圖1，導(dǎo)電復(fù)合材料阻-容-溫度-壓力的在線測量裝置包括由殼體1和活塞2構(gòu)成的密閉容腔，殼體1可以是整體結(jié)構(gòu)，或者如圖所示由底座6和無縫鋼管螺紋聯(lián)接組成，并在接觸面上設(shè)置氟橡膠O型密封圈17。無縫鋼管、底座、活塞所用材料均采用45#以上強(qiáng)度鋼。容腔內(nèi)設(shè)置有電加熱裝置8和等靜壓容器10，電加熱裝置8的加熱纜引出殼體與溫控儀7相連，等靜壓容器10固定在與殼體相連的支架9上。等靜壓容器是一個上部帶毛細(xì)管19，下部為樣品室的容器(如圖2所示)，毛細(xì)管內(nèi)設(shè)置密封滑子18，該密封滑子可用聚四氟乙烯等材料制成。毛細(xì)管和樣品室由同種材料制成，通過磨口或螺紋20相連接。所說的樣品室可以是金屬容器，也可以是玻璃燒瓶或安瓿瓶。圖例中，等靜壓容器是一個圓底燒瓶。在活塞2上設(shè)有進(jìn)氣閥門12和排氣閥門16，用以方便地泵入或排空內(nèi)部的氣體或介質(zhì)。在活塞2與殼體內(nèi)壁的接觸面上設(shè)密封件3，密封件3一般由嵌于活塞2周向槽中的聚四氟乙烯O型密封圈和支承環(huán)組成。在活塞桿上裝有拉環(huán)14，方便裝取活塞。由材料萬能試驗(yàn)機(jī)控制活塞移動并改變密閉容腔內(nèi)壓力。圖示具體實(shí)例中，在殼體外包有隔熱套4防止散熱過快，殼體底部固定壓力傳感器5，活塞上固定溫度傳感器15、位移傳感器13和電阻測量導(dǎo)線11，溫度傳感器15、位移傳感器13和壓力傳感器5的信號線引出殼體與計算機(jī)同步測量系統(tǒng)相連，電阻測量導(dǎo)線11穿過密封滑子，其一端置于等靜壓容器10中，用于與電極相連，另一端引出殼體與數(shù)字萬用表相連。這里所用的壓力傳感器為高溫壓力傳感器，所用溫度傳感器為耐壓的鎧裝溫度傳感器，所用位移傳感器為高精度反射式位移傳感器，所用萬用表為高采樣頻率的智能型數(shù)字萬用表，所用電加熱纜能在高壓液體、氣體介質(zhì)中工作且其形狀可任意彎曲，所說的計算機(jī)同步測量系統(tǒng)包括計算機(jī)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和相應(yīng)的阻-容-溫度-壓力同步測量軟件。
權(quán)利要求
1.導(dǎo)電復(fù)合材料阻-容-溫度-壓力的在線測量裝置，其特征在于包括由殼體(1)和活塞(2)構(gòu)成的密閉容腔，容腔內(nèi)設(shè)置有電加熱裝置(8)和等靜壓容器(10)，電加熱裝置(8)的加熱纜引出殼體與溫控儀(7)相連，等靜壓容器(10)固定在與殼體相連的支架(9)上，在活塞(2)與殼體內(nèi)壁的接觸面上設(shè)有密封件(3)，活塞(2)上設(shè)有進(jìn)氣閥門(12)和排氣閥門(16)，殼體或活塞上固定有溫度傳感器(15)、位移傳感器(13)、壓力傳感器(5)和電阻測量導(dǎo)線(11)，溫度傳感器(15)、位移傳感器(13)和壓力傳感器(5)的信號線引出殼體與計算機(jī)同步測量系統(tǒng)相連，電阻測量導(dǎo)線(11)的一端置于等靜壓容器(10)中，另一端引出殼體與數(shù)字萬用表相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電復(fù)合材料阻-容-溫度-壓力的在線測量裝置，其特征在于殼體(1)由底座(6)和無縫鋼管螺紋聯(lián)接組成，并在接觸面上設(shè)有橡膠O型密封圈(17)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電復(fù)合材料阻-容-溫度-壓力的在線測量裝置，其特征在于密封件(3)由嵌于活塞(2)周向槽中的O型密封圈和支承環(huán)組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電復(fù)合材料阻-容-溫度-壓力的在線測量裝置，其特征在于在活塞桿上裝有拉環(huán)(14)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電復(fù)合材料阻-容-溫度-壓力的在線測量裝置，其特征在于殼體外包有隔熱套(4)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電復(fù)合材料阻-容-溫度-壓力的在線測量裝置，其特征在于所說的等靜壓容器(10)是一個上部帶毛細(xì)管(19)，下部為樣品室的容器，毛細(xì)管內(nèi)設(shè)置密封滑子(18)，電阻測量導(dǎo)線(11)穿過密封滑子。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的導(dǎo)電復(fù)合材料阻-容-溫度-壓力的在線測量裝置，其特征在于所說的毛細(xì)管(19)和樣品室由同種材料制成，通過磨口或螺紋(20)相連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的導(dǎo)電復(fù)合材料阻-容-溫度-壓力的在線測量裝置，其特征在于所說的樣品室是金屬容器或是玻璃燒瓶或安瓿瓶。
全文摘要
本發(fā)明公開的復(fù)合材料阻－容－溫度－壓力的在線測量裝置，包括由殼體和活塞構(gòu)成的密閉容腔，容腔內(nèi)設(shè)置有電加熱裝置和等靜壓容器，電加熱裝置的加熱纜引出殼體與溫控儀相連，等靜壓容器固定在與殼體相連的支架上，在活塞與殼體內(nèi)壁的接觸面上設(shè)有密封件，活塞上設(shè)有進(jìn)氣閥門和排氣閥門，殼體或活塞上固定有溫度傳感器、位移傳感器、壓力傳感器和電阻測量導(dǎo)線，溫度傳感器、位移傳感器和壓力傳感器的信號線引出殼體與計算機(jī)同步測量系統(tǒng)相連，電阻測量導(dǎo)線的一端置于等靜壓容器中，另一端引出殼體與數(shù)字萬用表相連。本發(fā)明裝置簡易經(jīng)濟(jì)、結(jié)構(gòu)緊湊，利用雙重等靜壓技術(shù)，可以綜合考察外場對導(dǎo)電復(fù)合材料電阻率的影響。
文檔編號G01R29/22GK1773297SQ200510061500
公開日2006年5月17日 申請日期2005年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月9日
發(fā)明者鄭強(qiáng), 周劍鋒, 宋義虎, 朱姝, 徐文武 申請人:浙江大學(xué)