一种不同压力、温度、面积下流体电性能的测试装置及方法

1.本发明涉及材料测试技术领域，特别是涉及一种不同压力、温度、面积下流体电性能的测试装置及方法。


背景技术：

2.雷达是现代战争中的“千里眼”，移相器是雷达的核心部件。随着现代战争日益向着数字化、自适应化、智能化和多功能化的方向发展，研制出一种集铁氧体和铁电移相器的优点于一身的新型移相器迫在眉睫。利用多铁性材料的磁电耦合效应有望制作出性能优异的新型磁电移相器。实现该技术的前提和基础是室温下具有强磁电耦合效应的材料。核壳结构磁电复合材料因核壳界面占比大而更易实现强耦合，但其磁/极化方向难以改变，制约了磁电耦合效应的增强。本团队独辟蹊径，利用液体中磁/电偶极子在外场下可转动进而改变其磁/极化方向这一特点，将核壳结构磁电复合微粒分散于液体中构建多铁性液体，通过电/磁场作用改变微粒磁/极化方向以增强磁电耦合。
3.所谓的多铁性液体(或者叫多铁性流体)(multiferroic fluids，multiferroic liquid)，并非是指严格意义上的“液态”multiferroic性材料，而是指由粒径在10nm左右的具有多铁性的微粒均匀分散在基液中(fluid carrier)，通过吸附离子(电荷排斥力)或在表面带上长链分子(位力)达到抗团聚而形成的稳定的胶体体系。纳米微粒通常是指具有多铁性的纳米微粒或纳米线，基液通常是水、有机液体或者有机水溶液。
4.相对于固态的多铁材料而言，多铁液体具有如下特点：1、多铁材料具有可流动性，其形态是无定形的；2、多铁性微粒由于同时具有铁电性和磁性，因此在电场或磁场作用下，具有多铁性的微粒能够发生转动，而且由于在液体中，所以其矫顽场会比较小，由于布朗运动，在电场或磁场下的转向更容易。3、在电场或磁场作用下，固态多铁材料中电畴的取向只能沿着接近于电场方向的某些取向，并不一定沿着电场方向，而对于铁电性液体而言，由于铁电微粒可以在液体中自由转动，因此其电畴的取向可以完全沿着电场方向。
5.虽然多铁性液体同时具有铁电性、磁性和流动性，因此也许会具有许多独特的电学、磁学、流体力学、光学和声学特性，但是由于多铁性液体同时具有固体多铁性材料的磁电性能、又具有液体的流动性。因此，测量多铁性液体的性能不但需要测量电学性能，还需要测量磁学性能，同时，还需要考虑到液体的流动性。因此，不能照搬普通固体材料的测量装置。虽然我们之前发明了一种测试多铁性液体性能的装置，然而之前的装置无法不同压力、温度下测试它的电性能以及磁电耦合效应。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种不同压力、温度、面积下流体电性能的测试装置及方法，可改变电极距离、可以改变流体的面积，可在不同压力、温度下测试多铁性液体材料或其他流体的电性能。
7.本发明的目的是这样实现的：
8.一种不同压力、温度、面积下流体电性能的测试装置，
9.包括呈筒状的绝缘壳体，所述绝缘壳体的内腔下部配合有呈凸形的绝缘底座，所述绝缘底座的上段套有橡胶密封套，所述橡胶密封套与绝缘底座、绝缘壳体贴合形成密封，所述绝缘底座沿轴向设有内孔，所述绝缘底座上方密封连接有加热台，所述加热台的导线从绝缘底座的内孔引出；
10.所述绝缘壳体的侧部设有电极座、测试密封连接座、密封塞，测试密封连接座连接有压强测试装置、温度测试装置，用于测试绝缘壳体内流体的压强、温度；所述密封塞用于加入/放出流体；所述电极座的内侧端伸入绝缘壳体内，且连接有电极筒，所述电极筒固定在绝缘壳体的内壁上，电极筒的导线通过电极座引出；
11.所述绝缘壳体的内腔上部设有呈倒凸形的绝缘上盖，所述绝缘上盖的小径段上从上到下依次套有大径橡胶套、小径橡胶套，所述大径橡胶套与绝缘壳体贴合形成密封、滑动配合，所述绝缘上盖的小径段穿过小径橡胶套的下端并密封固定电极柱，所述绝缘上盖沿轴向设有内孔，电极柱的导线从绝缘上盖的内孔引出，所述电极柱位于第一位置时，电极柱与电极筒的对应有效面积为零；所述电极柱位于第二位置时，电极柱正对电极筒，电极柱、电极筒之间形成电容器结构，电极柱、电极筒之间的正对面积为电容器的面积，用于测试电极柱、电极筒之间流体的电性能。
12.优选地，所述绝缘壳体包括不锈钢套外壳、绝缘聚四氟乙烯内衬。
13.优选地，所述测试密封连接座包括呈凸形的绝缘材料的连接底座，所述连接底座的小径段套有绝缘材料的连接密封套，所述连接密封套与绝缘壳体侧部对应设置的安装孔壁贴合形成密封，所述连接底座沿轴向设有内孔，所述连接底座内侧端密封连接所述压强测试装置、温度测试装置，所述压强测试装置、温度测试装置的导线从所述连接底座的内孔引出。
14.优选地，所述电极座包括呈凸形的绝缘材料的电极底座，所述电极底座的小径段套有绝缘材料的电极密封套，所述电极密封套与绝缘壳体侧部对应设置的安装孔壁贴合形成密封，所述电极底座沿轴向设有内孔，所述电极底座内侧端密封连接所述电极筒，所述电极筒的导线从电极底座的内孔引出。
15.优选地，所述密封塞为具有绝缘硬质芯材的橡胶密封塞。
16.优选地，所述绝缘上盖上刻有标尺，用于表征液体中上下电极的距离。
17.优选地，所述绝缘上盖的小径段端部穿过电极柱，并螺纹配合有绝缘板，形成对电极柱的轴向定位，绝缘板、小径橡胶套与电极柱的两端贴合，形成密封。
18.一种不同压力、温度下流体电性能的测试方法，包括一种不同压力、温度、面积下流体电性能的测试装置，
19.配合密封塞，通过移动绝缘上盖调节电极柱与电极筒之间的正对面积，电极柱、电极筒连接电源，形成电场，通过加热台加热，形成不同的温度场，通过绝缘上盖对流体施加压力，压强测试装置、温度测试装置测试绝缘壳体内流体的压强、温度，进而测试流体的电性能。
20.由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
21.可在多场(压力、温度)下测试多铁性液体材料的电性能以及磁电耦合效应。此装置还可以用于测试多物理场下其它液体(溶液、磁性液体、电流变液等)以及气体的性能，适
用范围很广，尤其在多铁性液体材料测试方面得到推广和应用。
22.结构简单，方便组合、拆卸。
附图说明
23.图1为绝缘底座的装配示意图；
24.图2为绝缘上盖的装配示意图；
25.图3为测试密封连接座的装配示意图；
26.图4为电极座的装配示意图；
27.图5为密封塞的装配示意图；
28.图6为绝缘壳体的装配示意图；
29.图7为本发明的结构示意图。
30.附图标记
31.附图中，1为绝缘壳体，2为绝缘底座，3为橡胶密封套，4为加热台，5为压强测试装置、温度测试装置，6为密封塞，7为电极筒，8为绝缘上盖，9为大径橡胶套，10为小径橡胶套，11为电极柱，12为连接底座，13为连接密封套，14为电极底座，15为电极密封套，16为绝缘板，17导电片。
具体实施方式
32.一种不同压力、温度、面积下流体电性能的测试装置，
33.包括呈筒状的绝缘壳体，所述绝缘壳体包括不锈钢套外壳、绝缘聚四氟乙烯内衬。所述绝缘壳体的内腔下部配合有呈凸形的绝缘底座，所述绝缘底座的上段套有橡胶密封套，所述橡胶密封套与绝缘底座、绝缘壳体贴合形成密封，所述绝缘底座沿轴向设有内孔，所述绝缘底座上方密封连接有加热台，所述加热台的导线从绝缘底座的内孔引出。
34.所述绝缘壳体的侧部设有电极座、测试密封连接座、密封塞，测试密封连接座连接有压强测试装置、温度测试装置，用于测试绝缘壳体内流体的压强、温度；所述密封塞用于加入/放出流体；所述电极座的内侧端伸入绝缘壳体内，且连接有电极筒，所述电极筒固定在绝缘壳体的内壁上，电极筒的导线通过电极座引出。
35.所述绝缘壳体的内腔上部设有呈倒凸形的绝缘上盖，所述绝缘上盖的小径段上从上到下依次套有大径橡胶套、小径橡胶套，所述大径橡胶套与绝缘壳体贴合形成密封、滑动配合，所述绝缘上盖的小径段穿过小径橡胶套的下端并密封固定电极柱，所述绝缘上盖沿轴向设有内孔，电极柱的导线从绝缘上盖的内孔引出，所述电极柱位于第一位置时，电极柱与电极筒的对应有效面积为零；所述电极柱位于第二位置时，电极柱正对电极筒，电极柱、电极筒之间形成电容器结构，电极柱、电极筒之间的正对面积为电容器的面积，用于测试电极柱、电极筒之间流体的电性能。
36.所述测试密封连接座包括呈凸形的绝缘材料的连接底座，所述连接底座的小径段套有绝缘材料的连接密封套，所述连接密封套与绝缘壳体侧部对应设置的安装孔壁贴合形成密封，所述连接底座沿轴向设有内孔，所述连接底座内侧端密封连接所述压强测试装置、温度测试装置，所述压强测试装置、温度测试装置的导线从所述连接底座的内孔引出。
37.所述电极座包括呈凸形的绝缘材料的电极底座，所述电极底座的小径段套有绝缘
材料的电极密封套，所述电极密封套与绝缘壳体侧部对应设置的安装孔壁贴合形成密封，所述电极底座沿轴向设有内孔，所述电极底座内侧端密封连接所述电极筒，所述电极筒的导线从电极底座的内孔引出。本实施例中，电极底座内侧端密封连接导电片，导电片与电极筒抵触，形成电连接。
38.所述密封塞为具有绝缘硬质芯材的橡胶密封塞。所述绝缘上盖上刻有标尺，用于表征液体中上下电极的距离。所述绝缘上盖的小径段端部穿过电极柱，并螺纹配合有绝缘板，形成对电极柱的轴向定位，绝缘板、小径橡胶套与电极柱的两端贴合，形成密封。所述密封塞可采用阶梯结构与绝缘壳体配合，形成密封塞轴向定位，然后在密封塞、绝缘壳体的对应阶梯上设置过流孔，通过转动密封塞使密封塞、绝缘壳体上过流孔对准，进而放出或加入流体，使密封塞、绝缘壳体上过流孔错位，形成密封。不移动的密封连接处可通过粘接、螺纹等方式固定，防止脱出。
39.一种不同压力、温度下流体电性能的测试方法，包括一种不同压力、温度、面积下流体电性能的测试装置，配合密封塞，通过移动绝缘上盖调节电极柱与电极筒之间的正对面积，电极柱、电极筒通过导线连接电源，形成电容器产生电场，通过加热台加热，形成不同的温度场，通过绝缘上盖对流体施加压力，压强测试装置、温度测试装置测试绝缘壳体内流体的压强、温度，将上电极板、下电极板通过导线连接测试仪器，测试流体的电性能。
40.制作方法：
41.本发明可以改变液体的面积(电容器的面积)，而不是厚度。如图1所示。
42.图2所示装置中顶部盖子的制作(制作过程不分先后)。这部分的盖子主要用于施加压力、密封、外接电路、检测液体厚度(带标尺，根据标尺可以表征液体中电极柱与电极筒的距离)。按照图2的步骤，将绝缘空心的凸字形圆柱(绝缘上盖)、带孔的大圆柱型橡胶(大径橡胶套)、带孔的小圆柱形橡胶(小径橡胶套)、带孔的导电圆板(电极柱)、带凹槽的绝缘圆板(绝缘板)组合起来，就得到上盖，如图2所示。将上盖中的电极柱通过空心的绝缘上盖用导线与外部连起来，就可以测试电性能。盖子上刻上标尺，可以表征液体中电极柱的位置，电极柱与电极筒之间的正对面积就是由液体构成电容器的面积。顶部盖子没有施加压力的时候(第一位置)，电极柱与电极筒之间的有效面积为零，随着盖子往下压，电极柱与电极筒之间的正对面积越来越大，最后达到最大值(第二位置)。
43.图4中，电极座的制作过程：这部分的功能是密封、带电极可外接电源，测试电性能，或施加电场。
44.图3中，测试密封连接座的制作过程：这部分的功能是密封、带可测试压强、温度的原件。
45.图5中密封塞的制作过程：这部分主要用来密封，以给液体施加不同的压力。然而，如果只想改变液体面积(可通过改变左右电极的正对面积实现)而又能保持压力不变，最上面的盖子往下压的时候，势必会导致液体中的压强变化。所示，此时只需要将右侧的塞子打开，让装置内部多余的液体或气体流出来即可保持里面的压强与外部大气压力一致。这个密封装置很简单，按照图5的步骤，将凸字形绝缘底座、带孔的圆柱形橡胶、带凹槽的绝缘片装置组装起来。
46.绝缘外壳的制作按照图6套起来。
47.最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通
过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。