在充满高压气体的密封的高压容器80中，两颗金刚石台面留有一定的缝隙，高压气体可以通过缝隙进入到金属垫片的样品孔，通过一定方式，压紧金刚石12台面将高压气体锁住，再取出就可以完成高压气体取样。即所述装有金刚石对顶砧10的筒体装置70位于高压容器80内，所述高压容器80上设有旋转手轮81，所述旋转手轮81通过六角头杆件82与所述加压螺钉31连接配合。所述高压容器80内外连通的结构应尽可能的简单，本例所述的锁紧过程通过旋转位于高压容器80外的旋转手轮81，高压容器80内设有一个六角头杆件82，所述六角头杆件82由旋转手轮81驱动旋转并带动加压螺钉31动作，产生压紧金刚石对顶砧样品的动作。该结构可以实现对高压气体的密封取样，且操作简单，本发明可以根据需要设定金刚石对顶砧样品的锁紧初始驱动力，以便于获得高压气体样品在低力段的实验数据。
[0036]实施例2
[0037]利用上述锁紧装置对金刚石对顶砧样品进行锁紧的监测方法。
[0038]利用驱动装置对金刚石对顶砧10进行施压，根据力传感器40的采集数据来控制驱动装置的施压操作是否结束；
[0039]所述力传感器40的采集数据按时间先后顺序包括HT3、T4四个阶段的数据:
[0040]其中Ti阶段的数据:处在高压气体中的力传感器会受到一定的预加力，力的大小为一个恒定值，在实际操作中，采集软件可以对其进行归零处理，方便后续的运算。
[0041]其中T2阶段的数据:随着压紧螺钉31的拧紧，压紧螺钉31开始对金刚石对顶砧10施压，但由于金刚石对顶砧10的上下两部分，即活塞15和导向筒14处于紧配合状态，接触面存在较大的摩擦力，两者尚未发生相对移动，因此随着压紧螺钉31的拧紧驱动力呈线性趋势增大；
[0042]其中T3阶段的数据:在驱动力达到某个值时，克服了活塞15和导向筒14之间的静摩擦而促使两者运动时，所述T3段活塞15和导向筒14之间克服了动摩擦力而相对运动，其驱动力为摩擦系数和接触面力的乘积，对于加工良好的压机，驱动力近似稳定，考虑到加工的精度，力传感器的误差等，驱动力在一定范围内的波动是正常的，为了后续的计算，可以把本阶段驱动力大小的平均值作为摩擦力的值；
[0043]其中T4阶段的数据:驱动力产生了第二个大的转折点，驱动力再次呈线性趋势增大，且在一定范围内都保持这样的趋势，而非波动，对于该趋势，其产生的原因是由于金刚石对顶砧的台面与取样的金属垫片11发生了接触挤压；
[0044]当驱动力进入所述T4阶段即可判断金刚石对顶砧样品与金刚石台面发生接触挤压，为保证可靠锁紧，继续施压，当金刚石对顶砧样品的锁紧初始驱动力到达设定驱动力时即可停止施压操作，所述设定驱动力为停止施压操作时T4阶段的驱动力与T3阶段的驱动力之差。在高压气体检测实验中，除了要保证高压气体样品被锁紧密封外，还要保证其锁紧初始力足够小，以便于获得高压气体在低压段的数据，所以对金刚石对顶砧样品的锁紧初始驱动力进行设定是必要的。
[0045]图3是一组针对高压气体进行取样的监测结果，其中使用的金刚石台面直径为500微米，气体样品的压强大小为0.lGPa，从驱动力变化图中可以清晰观察到驱动力的四个阶段，由简单的压强公式容易计算，要产生0.1GPa大小的压强，驱动装置在金刚石台面上施加的力约为20N。如果想要控制样品的初始压强为0.3GPa，考虑到高压气体本身气压的大小，金刚石台面只需被施加能够产生0.2GPa压强的驱动力，S卩40N。考虑到摩擦力的影响，驱动装置施加的总驱动力应为活塞22、导向筒21之间的摩擦力和施加在金刚石台面上力的总和，其中摩擦力的大小可以从力趋势线稳定的T3段近似得到，以图3来说，其值约为80N，则驱动装置施加的总驱动驱动力约为120N，即当力传感器采集到驱动驱动力为120N时就可以停止加压，金刚石对顶砧里样品被锁紧且此时的压强大小约为0.3GPa。
【主权项】
1.一种金刚石对顶砧样品锁紧装置，其特征在于:包括对金刚石对顶砧样品进行锁紧的金刚石对顶砧(10)、以及驱动金刚石对顶砧(10)实施压紧动作的驱动装置，所述驱动装置与金刚石对顶砧(10)之间设有用于测量驱动力的力传感器(40)。2.如权利要求1所述的金刚石对顶砧样品锁紧装置，其特征在于:所述金刚石对顶砧(10)包括一对金刚石(12)与压机，所述压机包括分别用于固定所述金刚石(12)的导向筒(14)和活塞(15)，所述活塞(15)由驱动装置驱动向导向筒(14)实施压紧动作;所述力传感器(40)与驱动装置之间设有确保受力均匀的弹性部件(50)，所述弹性部件(50)与驱动装置之间设有第一压片(60a)、所述力传感器(40)与活塞(15)之间设有第二压片(60b)。3.如权利要求1所述的金刚石对顶砧样品锁紧装置，其特征在于:所述力传感器(40)与安装有采集软件的计算机通过采集卡或单片机电路连接。4.如权利要求1所述的金刚石对顶砧样品锁紧装置，其特征在于:该样品锁紧装置还包括用于放置金刚石对顶砧的筒体装置(70)，所述活塞(15)与导向筒(14)沿筒体装置(70)长度方向布置，所述筒体装置(70)的两端固定设有盖板(71)，所述驱动装置包括加压螺钉(31)，所述加压螺钉(31)贯穿靠近活塞(22)的盖板(71)并与盖板(71)螺纹配合，所述加压螺钉(31)抒动后驱动活塞(15)向导向筒(14)运动。5.如权利要求2所述的金刚石对顶砧样品锁紧装置，其特征在于:所述弹性部件(50)为橡胶垫;所述第一压片(60a)、第二压片(60b)为金属压片。6.如权利要求4所述的金刚石对顶砧样品锁紧装置，其特征在于:该样品锁紧装置还包括高压容器(80)，所述装有金刚石对顶砧(20)的筒体装置(70)位于高压容器(80)内，所述高压容器(80)上设有旋转手轮(81)，所述旋转手轮(81)通过六角头杆件(82)与所述加压螺钉(31)连接配合。7.—种利用上述锁紧装置对金刚石对顶砧样品进行锁紧的监测方法，其特征在于: 利用驱动装置对金刚石对顶砧(20)进行施压，根据力传感器(40)采集的数据来控制驱动装置的施压操作是否结束； 所述力传感器(40)的采集数据按时间先后顺序包括H T3、T4四个阶段的数据: 其中T1阶段的数据:驱动力的大小恒定； 其中T2阶段的数据:驱动力呈线性趋势增大； 其中T3阶段的数据:驱动力近似稳定； 其中T4阶段的数据:驱动力再次呈线性趋势增大； 当驱动力进入所述T4阶段即可判断金刚石对顶砧样品与金刚石台面发生接触挤压，为保证可靠锁紧，继续施压，当金刚石对顶砧样品的锁紧初始驱动力到达设定驱动力时即可停止施压操作，所述设定驱动力为停止施压操作时T4阶段的驱动力与T3阶段的驱动力之差。
【专利摘要】本发明涉及超高压物理实验领域，具体是涉及一种金刚石对顶砧样品锁紧装置及其监测方法。该金刚石对顶砧样品锁紧装置包括对样品进行锁紧的金刚石对顶砧、以及驱动金刚石对顶砧实施压紧动作的驱动装置，所述驱动装置与金刚石对顶砧之间设有用于测量驱动力的力传感器。本发明通过力传感器，可以实时采集和监测驱动装置对金刚石对顶砧的施压情况，根据力传感器采集的驱动力情况判断驱动装置是否需要继续进行施压操作，比如当金刚石对顶砧样品的锁紧初始驱动力到达设定驱动力时即可停止施压操作。
【IPC分类】G01N1/22, G01N1/28
【公开号】CN105527140
【申请号】CN201510997922
【发明人】蒋华超, 王媛, 肖令平, 张慧超, 杨雪, 曾雉, 陈晓嘉
【申请人】中国科学院合肥物质科学研究院
【公开日】2016年4月27日
【申请日】2015年12月24日