專利名稱：電氣石的熱釋電系數測量方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種測量熱釋電系數的方法及其裝置，特別是電氣石的熱釋電系數測量方法及其裝置。
本發明的技術方案是電氣石的熱釋電系數測量方法，其特征是包括下述步驟1)、準備電流的檢測輸出裝置2個電極2分別通過導線與電流的集成運算和放大電路相連接，電流的集成運算和放大電路的輸出端與帶有數字表頭的靈敏萬用表相連接；2)、將電氣石樣品3在溫度控制裝置中加熱130℃-170℃；3)、從溫度控制裝置中起出加熱后的電氣石樣品3，電氣石樣品3的兩端面分別與2個電極2相接觸，數字化接觸式溫度計由傳感線與電氣石樣品3相接觸；4)、數字化接觸式溫度計、帶有數字表頭的靈敏萬用測得電氣石樣品3空冷時的相應數值，數據記錄時，以每個時間的變化區間10s端點為基準，記錄此時所對應的溫度和電流的值；以溫度的變化除以時間的變化區間，則得到溫度的變化梯度ΔT/Δt，再對應某溫度變化梯度較穩定時該區間內的電流值，通過計算，則可以得到電氣石的熱釋電系數值的大小；5)、電氣石的熱釋電系數計算表征電氣石熱釋電特性的參數是熱釋電系數P。其計算公式為P＝ΔPs/ΔT，即P＝1/A×I×dt/dT，其中，I為熱釋電的電流值，單位為A；A為電氣石試樣的面積，單位為m2；P為熱釋電系數，單位為C/cm2·K；dt/dT為時間和溫度改變量的比值，即溫度變化梯度。
所述的2個電極2，其上電極2上放置一玻璃片5，玻璃片5上放置一砝碼1；其下電極2放置在大理石板4上。
所述的電極2為鋁片電極，鋁片電極的大小和電氣石樣品的大小相同。
所述的溫度控制裝置為可控溫爐或電熱板。
電氣石的熱釋電系數測量裝置，其特征是它由溫度控制裝置和電流的檢測輸出裝置兩部分組成，電流的檢測輸出裝置主要由數字化接觸式溫度計、帶有數字表頭的靈敏萬用表、電流的集成運算和放大電路、電極2組成，2個電極2分別通過導線與電流的集成運算和放大電路相連接，電流的集成運算和放大電路的輸出端與帶有數字表頭的靈敏萬用表相連接；電氣石樣品3的兩端面與2個電極2相接觸，數字化接觸式溫度計由傳感線與電氣石樣品3相接觸；所述的電氣石樣品3為在溫度控制裝置中加熱130℃-170℃后取出空冷。
因電氣樣品溫度隨時間的降低在100℃以下基本上成線性關系，本發明的方法能對熱釋電電流很小的電氣石進行熱釋電系數測量，本發明結構簡單，使用方便。
如
圖1所示，電氣石的熱釋電系數測量裝置，它由溫度控制裝置和電流的檢測輸出裝置兩部分組成，電流的檢測輸出裝置主要由數字化接觸式溫度計、帶有數字表頭的靈敏萬用表、電流的集成運算和放大電路、電極2組成，2個電極2分別通過導線與電流的集成運算和放大電路相連接，電流的集成運算和放大電路的輸出端與帶有數字表頭的靈敏萬用表相連接；電氣石樣品3在溫度控制裝置中加熱130℃-170℃后取出空冷，并由其兩端面與2個電極2相接觸，數字化接觸式溫度計由傳感線與電氣石樣品3相接觸。所述的2個電極2，其上電極2上放置一玻璃片5，玻璃片5上放置一砝碼1，其下電極2放置在大理石板4上。所述的電極2為鋁片電極，鋁片電極的大小和電氣石樣品的大小相同。電流的集成運算和放大電路，為現有技術。
所述的溫度控制裝置為可控溫爐或電熱板，為現有技術。1、設計原理針對電氣石的熱釋電電流很小(10-15-10-12A)，且與其自身的溫度變化梯度dT/dt成正比的特點，可將其測試系統分為溫度控制部分和電流的檢測輸出部分。試樣的溫度變化用可控溫爐對其加熱，使其溫度的成線形增長。采用了與加熱升溫相反的方法——空冷法，以期得到比較穩定的冷卻溫度梯度。經實驗測試也證明在100℃以下，樣品溫度隨時間的降低在某個溫度區間內基本上成線性關系，故此變溫的方法可行。
對于熱釋電電流的檢測輸出部分，由于沒有現成的電流表可以測得數量級為10-12A的電流，本設計裝置經過對微弱電流信號的放大處理后，直接將電流結果輸出在數字萬用表上，故可得到對應的電流值大小。該系統的測量精度為10-12A，而實驗測定電流值的大小一般在10*10-12A以上，所以由于電路的不穩定因素對所產生的熱釋電電流的影響可以近似忽略不計，從而增加了測試結果的可靠性。2、組裝電氣石樣品為厚度5mm，d＝40mm的圓片，樣品干粉重13.5g。測試時用鋁片作為接觸電極，在電極上部玻璃片的上端放一砝碼，以使電極與樣品接觸良好。下端電極用大理石板相隔離。用可升溫300℃以上的電熱板對樣品加熱到150℃左右，后空冷。由于被測電流非常微弱，極易受外界干擾，故特意將鋁片電極的大小和樣品的大小相同，置于電氣石片的兩端，可起到部分屏蔽的作用，以減小實驗的誤差。如圖1所示。3、測試步驟先按照動態電流法的基本要求，連接好外圍測試電路(圖1)，將儀器調零，并穩定1分鐘以上。同時，將電氣石樣品放到電熱板上加熱，在溫度較高時(130℃以上)，迅速將樣品按圖1裝好，待電路穩定1分鐘以上，并且讀數比較穩定變化時開始記錄數據。數據記錄時，以每個時間的變化區間(10s)端點為基準，記錄此時所對應的溫度和電流的值。以溫度的變化除以時間的變化區間，則得到溫度的變化梯度ΔT/Δt，再對應某溫度變化梯度較穩定時該區間內的電流值，通過一定的計算，則可以得到電氣石的熱釋電系數值的大小。4、電氣石的熱釋電系數計算表征電氣石熱釋電特性的參數是熱釋電系數P。其計算公式為P＝ΔPs/ΔT，即P＝1/A×I×dt/dT，其中，I為熱釋電的電流值(單位為A)，A為電氣石試樣的面積(m2)，P為熱釋電系數(C/cm2·K)，dt/dT為時間和溫度改變量的比值(即溫度變化梯度)。
測量過程中，采取10s為一個時間段，記錄每個點瞬時的溫度和與其對應的電流值，從而得到電流隨溫度梯度的變化規律。熱釋電電流的測試實驗中，S的樣品I、II、III的平均粒徑依次為28.65m、19.15m和4.94m；N的樣品I、III的平均粒徑分別為25.14m、6.30m；X的樣品I、II、III的平均粒徑依次為14.81m、10.66m和6.66m，I、II、III三組樣品均為從粗到細的組合，通過多次反復測量，以最大可能減小測量的誤差，得到處理后的熱釋電系數數據如表1所示表1不同樣品的熱釋電系數測試結結果
從表1可知，在同一粒度范圍內比較，X電氣石的熱釋電系數最大，即對同樣的溫度變化梯度而言，X電氣石產生的熱釋電電流最大，即熱釋電效應最好，其次為N和S電氣石。5、不同粒度電氣石的熱釋電特性由表1可知，樣品在同一粒度范圍內，熱釋電系數由大到小依次為X、N和S。對于每組同一產地的電氣石而言(如圖2所示)，隨著粒度的變小，X、N和S三地電氣石的熱釋電系數都在增大，但增大的幅度，逐漸減緩。6、溫度對電氣石熱釋電性能的影響雖然熱釋電系數的值只與溫度的變化率呈正比，但通過實驗可以看到，溫度的高低，對電氣石熱釋電效應的影響是明顯的。在最初溫度變化很快時，熱釋電電流可達10-10A以上。實驗過程中，若將電氣石樣品加熱到最高溫度150-170℃時，在溫度下降到同一變化區間內時，熱釋電電流的值明顯高于加熱到最高溫度為110-130℃時，這可能是由于電流的電滯作用或電路的不穩定因素的影響。盡管測試電流時，盡量將初始的溫度和所有的條件保持一致，仍對電氣石的7組試樣(每組同種2個)，分別進行了多次反復的實驗，才確定了其熱釋電系數的大小。7、粒度對電氣石熱釋電性能的影響雖然在電氣石的超細粉碎過程中，電氣石的晶體結構變化不大。但對熱釋電系數而言，樣品粒度大小有一定的影響。從X、N和S電氣石的熱釋電系數測定結果來看，隨著粒度的變小，熱釋電系數基本上都在增大，但增大的幅度逐漸減慢，其中的原因可能要歸于電氣石超細粉碎后晶體結構的變化，這一深入電氣石晶體結構內部的原因還有待分析。
權利要求
1.電氣石的熱釋電系數測量方法，其特征是包括下述步驟1)、準備電流的檢測輸出裝置2個電極(2)分別通過導線與電流的集成運算和放大電路相連接，電流的集成運算和放大電路的輸出端與帶有數字表頭的靈敏萬用表相連接；2)、將電氣石樣品3在溫度控制裝置中加熱130℃-170℃；3)、從溫度控制裝置中起出加熱后的電氣石樣品(3)，電氣石樣品(3)的兩端面分別與2個電極(2)相接觸，數字化接觸式溫度計由傳感線與電氣石樣品(3)相接觸；4)、數字化接觸式溫度計、帶有數字表頭的靈敏萬用測得電氣石樣品(3)空冷時的相應數值，數據記錄時，以每個時間的變化區間10s端點為基準，記錄此時所對應的溫度和電流的值；以溫度的變化除以時間的變化區間，則得到溫度的變化梯度ΔT/Δt，再對應某溫度變化梯度較穩定時該區間內的電流值，通過計算，則可以得到電氣石的熱釋電系數值的大小；5)、電氣石的熱釋電系數計算表征電氣石熱釋電特性的參數是熱釋電系數P。其計算公式為P＝ΔPs/ΔT，即P＝1/A×I×dt/dT，其中，I為熱釋電的電流值，單位為A；A為電氣石試樣的面積，單位為m2；P為熱釋電系數，單位為C/cm2·K；dt/dT為時間和溫度改變量的比值，即溫度變化梯度。
2.根據權利要求1所述的電氣石的熱釋電系數測量方法，其特征是所述的2個電極(2)，其上電極(2)上放置一玻璃片(5)，玻璃片(5)上放置一砝碼(1)；其下電極(2)放置在大理石板(4)上。
3.電氣石的熱釋電系數測量裝置，其特征是它由溫度控制裝置和電流的檢測輸出裝置兩部分組成，電流的檢測輸出裝置主要由數字化接觸式溫度計、帶有數字表頭的靈敏萬用表、電流的集成運算和放大電路、電極(2)組成，2個電極(2)分別通過導線與電流的集成運算和放大電路相連接，電流的集成運算和放大電路的輸出端與帶有數字表頭的靈敏萬用表相連接；電氣石樣品(3)的兩端面與2個電極(2)相接觸，數字化接觸式溫度計由傳感線與電氣石樣品(3)相接觸；所述的電氣石樣品(3)為在溫度控制裝置中加熱130℃-170℃后取出空冷。
4.根據權利要求3所述的電氣石的熱釋電系數測量裝置，其特征是所述的2個電極(2)，其上電極(2)上放置一玻璃片(5)，玻璃片(5)上放置一砝碼(1)；其下電極(2)放置在大理石板(4)上。
5.根據權利要求3所述的電氣石的熱釋電系數測量裝置，其特征是所述的電極(2)為鋁片電極，鋁片電極的大小和電氣石樣品的大小相同。
全文摘要
本發明涉及一種測量熱釋電系數的裝置。電氣石的熱釋電系數測量方法，其特征是按下述步驟進行1)、準備電流的檢測輸出裝置2個電極(2)分別通過導線與電流的集成運算和放大電路相連接，電流的集成運算和放大電路的輸出端與帶有數字表頭的靈敏萬用表相連接；2)、將電氣石樣品3在溫度控制裝置中加熱130℃－170℃；3)、從溫度控制裝置中起出加熱后的電氣石樣品(3)，電氣石樣品(3)的兩端面分別與2個電極(2)相接觸，數字化接觸式溫度計由傳感線與電氣石樣品(3)相接觸；4)、數據記錄，通過計算公式，可以得到電氣石的熱釋電系數值的大小。本發明的方法能對熱釋電電流很小的電氣石進行熱釋電系數測量，本發明結構簡單，使用方便。
文檔編號G01N27/00GK1479093SQ0312829
公開日2004年3月3日 申請日期2003年7月8日 優先權日2003年7月8日
發明者珍 李, 李珍, 王雪琴, 楊蜜純, 付亞波 申請人:中國地質大學(武漢)