星用介質(zhì)材料溫度梯度下體電導(dǎo)率的測量裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種星用介質(zhì)材料溫度梯度下體電導(dǎo)率的測量裝置，涉及介質(zhì)材料電導(dǎo)率測量裝置領(lǐng)域；包括熱源、溫度采集裝置、電壓電流采集電路和采用多層電路板加工工藝沿厚度方向設(shè)置在被測的介質(zhì)材料內(nèi)的至少四層金屬層；每層金屬層上至少設(shè)有一片金屬片，上下兩層金屬層間的金屬片結(jié)構(gòu)相同且位置對(duì)應(yīng)；每個(gè)金屬片邊緣引出一根引線，引線與電壓電流采集電路連接，相鄰的上下兩個(gè)金屬片形成一對(duì)測試電極；熱源位于被測的介質(zhì)材料的上部；溫度采集裝置包括溫度傳感器、溫度采集電路、溫度顯示電路，所述溫度傳感器放置在相鄰的上下兩個(gè)金屬片所形成的測試電極的中間介質(zhì)層中，溫度傳感器與溫度采集電路連接，溫度采集電路與溫度顯示電路連接。
【專利說明】星用介質(zhì)材料溫度梯度下體電導(dǎo)率的測量裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及介質(zhì)材料電導(dǎo)率測量裝置【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 航天器的在軌失效案例告訴我們，介質(zhì)內(nèi)帶電效應(yīng)已經(jīng)成為妨害航天器高可靠、 長壽命運(yùn)行的重要潛在威脅。航天器內(nèi)帶電是指空間高能帶電粒子擊穿航天器保護(hù)層，打 入并沉積在介質(zhì)內(nèi)部，從而引發(fā)介質(zhì)產(chǎn)生高電位和強(qiáng)電場。內(nèi)帶電容易導(dǎo)致介質(zhì)材料性能 退化，干擾電路系統(tǒng)正常工作，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生介質(zhì)擊穿放電，很可能造成航天器永久失效。介 質(zhì)電導(dǎo)率是決定內(nèi)帶電效應(yīng)的關(guān)鍵參數(shù)，電導(dǎo)率越小，介質(zhì)內(nèi)帶電充電時(shí)間常數(shù)越大，對(duì)應(yīng) 的放電威脅越嚴(yán)重。溫度是影響電導(dǎo)率的敏感參數(shù)，而且空間環(huán)境溫度變化范圍大，因此， 分析材料電導(dǎo)率對(duì)溫度的依賴關(guān)系，對(duì)準(zhǔn)確評(píng)估內(nèi)帶電危害具有重要意義。
[0003] 目前，已有研宄集中在介質(zhì)材料在單一溫度下的內(nèi)帶電效應(yīng)，這是因?yàn)橹饕紤] 的是星內(nèi)介質(zhì)帶電，而星內(nèi)存在溫控，可以忽略溫度起伏變化。針對(duì)航天器的外露介質(zhì)結(jié) 構(gòu)，如衛(wèi)星天線支撐物，有必要分析存在溫度梯度下的內(nèi)帶電規(guī)律。航天器用高分子絕緣 介質(zhì)材料本身是熱的不良導(dǎo)體，其處在空間冷黑環(huán)境中，在光照與陰暗面之間勢必存在溫 度梯度分布，相應(yīng)的，介質(zhì)電導(dǎo)率出現(xiàn)空間分布，這與單一溫度下的內(nèi)帶電情況顯然是不同 的。然而，這方面研宄仍屬空白，相應(yīng)的測試裝置也未見報(bào)道。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0004] 本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種星用介質(zhì)材料溫度梯度下體電導(dǎo)率 的測量裝置，能實(shí)現(xiàn)介質(zhì)材料溫度梯度下不同位置的體電導(dǎo)率的測量，能夠考察不同光照 傾角時(shí)的溫度變化范圍，測試直觀、方便、準(zhǔn)確，測試效率高、結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)。為考察介 質(zhì)材料的導(dǎo)電性能及熱性能提供可行的試驗(yàn)方案，為衛(wèi)星外露介質(zhì)內(nèi)帶電效應(yīng)評(píng)估提供可 靠的輸入?yún)?shù)，對(duì)準(zhǔn)確評(píng)估內(nèi)帶電危害具有重要意義。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案是：
[0006] 一種星用介質(zhì)材料溫度梯度下體電導(dǎo)率的測量裝置，包括熱源、溫度采集裝置、電 壓電流采集電路和采用多層電路板加工工藝沿厚度方向設(shè)置在被測的介質(zhì)材料內(nèi)的至少 四層金屬層；每層金屬層上至少設(shè)有一片金屬片，上下兩層金屬層間的金屬片結(jié)構(gòu)相同且 位置對(duì)應(yīng)海個(gè)金屬片邊緣引出一根引線，所述引線與電壓電流采集電路連接，相鄰的上下 兩個(gè)金屬片形成一對(duì)測試電極；所述熱源位于被測的介質(zhì)材料的上部，以一定角度照射被 測的介質(zhì)材料上表面；所述溫度采集裝置包括溫度傳感器、溫度采集電路、溫度顯示電路， 所述溫度傳感器放置在相鄰的上下兩個(gè)金屬片所形成的測試電極的中間介質(zhì)層中，所述溫 度傳感器與溫度采集電路連接，所述溫度采集電路與溫度顯示電路連接。
[0007] 進(jìn)一步的技術(shù)方案，被測的介質(zhì)材料的四周還包覆有隔熱層。
[0008] 進(jìn)一步的技術(shù)方案，被測的介質(zhì)材料底部還鋪有低溫層。
[0009] 進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述低溫層為干冰層。
[0010] 進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述金屬片為銅片。
[0011] 進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述熱源為紅外加熱燈陣或太陽模擬器。
[0012] 進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述被測的介質(zhì)材料為環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺或聚四氟乙烯中 的一種或者其中一種的改性介質(zhì)材料，所述改性主要是通過摻雜玻璃粉、玻璃布等其他材 料形成的新介質(zhì)材料。
[0013] 采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：實(shí)現(xiàn)了介質(zhì)材料溫度梯度下電導(dǎo)率的 測量，能夠考察不同溫度梯度下的介質(zhì)材料內(nèi)部溫度和電導(dǎo)率實(shí)時(shí)變化情況，考察不同光 照傾角時(shí)的溫度變化范圍，為考察介質(zhì)材料的導(dǎo)電性能及熱性能提供可行的試驗(yàn)方案，為 衛(wèi)星外露介質(zhì)內(nèi)帶電效應(yīng)評(píng)估提供可靠的輸入?yún)?shù)；分析材料電導(dǎo)率對(duì)溫度的依賴關(guān)系， 對(duì)準(zhǔn)確評(píng)估內(nèi)帶電危害具有重要意義；本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)，與現(xiàn)有的單一溫度 下測試體電導(dǎo)率的方法中測試電極暴露在空氣中相比，由于采用多層電路板加工工藝，使 得測試電極片位于介質(zhì)材料內(nèi)部，避免了電極受濕度、空氣等影響而形成干擾電流，電極的 抗干擾性好，測試結(jié)果更加準(zhǔn)確；且熱源對(duì)被測的介質(zhì)材料進(jìn)行照射，使得被測的介質(zhì)材料 具有溫度梯度，并在被測的介質(zhì)材料內(nèi)加設(shè)溫度傳感器，一次實(shí)驗(yàn)即可測量多種溫度下的 介質(zhì)材料電導(dǎo)率，減少了測試步驟，節(jié)省了測試時(shí)間，提高了測試效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015] 圖2是圖1中金屬片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖3是圖1中電壓電流采集電路的電路原理圖；
[0017] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例2中金屬層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 在附圖中：1、介質(zhì)材料，2、金屬片，3、隔熱層，4、導(dǎo)熱板，5、熱源，6、干冰層，7、弓丨 線，8、溫度傳感器，9、引腳。

【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0020] 實(shí)施例1
[0021] 如圖1所示，星用介質(zhì)材料溫度梯度下體電導(dǎo)率的測量裝置，包括熱源5、溫度采 集裝置、電壓電流采集電路和采用多層電路板加工工藝沿厚度方向設(shè)置在被測的介質(zhì)材料 內(nèi)的6層金屬層。被測的介質(zhì)材料為環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺或聚四氟乙烯中的一種或者其中 一種的改性介質(zhì)材料，改性介質(zhì)材料主要是通過摻雜玻璃粉、玻璃布等其他材料形成的新 介質(zhì)材料，將被測的介質(zhì)材料制作成正方體形。每層金屬層上設(shè)有一片面積為S的金屬片 2,每個(gè)金屬片2均為大小相同的圓形銅片，金屬片2的圓心在一條直線上，金屬片2的直徑 接近被測的介質(zhì)材料1的邊長，以加大金屬片2與被測的介質(zhì)材料1的接觸面積，提高金屬 片2的利用率。銅片極薄，且具有良好的導(dǎo)熱性能，因此，可以保證與銅片接觸的介質(zhì)材料 溫度均勻，而在深度方向銅片對(duì)被測的介質(zhì)材料的導(dǎo)熱影響可以忽略。相鄰的上下兩個(gè)金 屬片2形成一對(duì)測試電極。
[0022] 如圖2所示，每個(gè)金屬片2邊緣設(shè)有一引腳9,引腳9與引線7連接，引線7與電壓 電流采集電路連接，引腳9邊緣光滑，防止測試電壓形成末端強(qiáng)電場，每層的引腳9朝向不 同，保證金屬片2形成的有效的電極面積仍是圓片面積。
[0023] 熱源5位于被測的介質(zhì)材料1的上部，以一定角度照射被測的介質(zhì)材料1上表面。 熱源5采用紅外燈陣照射被測的介質(zhì)材料上表面。被測的介質(zhì)材料的四周包覆隔熱層3,隔 熱層3可采用泡沫、石棉等材料，隔熱層3的厚度要均勻，以使得被測的介質(zhì)材料前后左右 的隔熱性相同。底部設(shè)有導(dǎo)熱板4,導(dǎo)熱板4底部再鋪設(shè)干冰層6。這樣被測的介質(zhì)材料的 熱傳導(dǎo)方向沿厚度方向垂直向下，形成垂直向下的溫度梯度。
[0024] 溫度采集裝置包括溫度傳感器8、溫度采集電路、溫度顯示電路，溫度傳感器8 放置在相鄰的上下兩個(gè)金屬片2所形成的測試電極的中間介質(zhì)層中，溫度傳感器8與 溫度采集電路連接，溫度采集電路與溫度顯示電路連接。溫度傳感器8采用DS18B20， DS18B20具有體積?。?mm)，硬件開銷低，抗干擾能力強(qiáng)，精度高的特點(diǎn)。DS18B20在使 用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路 內(nèi)，其測溫范圍為55 °C?+125 °C，在-10 °C?+85 °C時(shí)精度為±0. 5 °C ;可編程的分辨率 為9?12位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0. 5°C、0. 25°C、0. 125°C和0. 0625°C，從而可實(shí)現(xiàn) 高精度測溫，而且在9位分辨率時(shí)最多在93. 75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時(shí) 最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，即響應(yīng)時(shí)間在微秒量級(jí)。放置傳感器時(shí)，為了盡量 避免傳感器對(duì)試樣溫度傳遞的影響，傳感器從上至下依次錯(cuò)落排開，相鄰兩個(gè)傳感器在 深度方向（z方向）間隔為定值，而在x-y平面上對(duì)應(yīng)的投影距離盡量拉大。因?yàn)槠涑叽?在3mm左右，要實(shí)現(xiàn)<3mm的垂直空間分辨率，需要在垂直方向有一定重疊，S卩類似于結(jié)構(gòu) A\'\。
[0025] 電壓電流采集電路如圖3所示，圖中黑色圓點(diǎn)代表6個(gè)金屬片2,即6個(gè)測試電極， 上下相鄰的金屬片2構(gòu)成一對(duì)測試電極，總共5對(duì)測試電極。金屬片2采用并聯(lián)方式與電 源連接，每對(duì)金屬片2兩端的電壓相同，由電壓表測量得出。每對(duì)金屬片2間流過的電流， 可由電流表測量數(shù)據(jù)換算得到，即

【權(quán)利要求】
1. 一種星用介質(zhì)材料溫度梯度下體電導(dǎo)率的測量裝置，其特征在于包括熱源（5)、溫 度采集裝置、電壓電流采集電路和采用多層電路板加工工藝沿厚度方向設(shè)置在被測的介質(zhì) 材料內(nèi)的至少四層金屬層；每層金屬層上至少設(shè)有一片金屬片（2)，上下兩層金屬層間的 金屬片（2)結(jié)構(gòu)相同且位置對(duì)應(yīng)；每個(gè)金屬片（2)邊緣引出一根引線（7)，所述引線（7)與 電壓電流采集電路連接，相鄰的上下兩個(gè)金屬片（2 )形成一對(duì)測試電極；所述熱源（5 )位于 被測的介質(zhì)材料（1)的上部，W-定角度照射被測的介質(zhì)材料（1)上表面；所述溫度采集裝 置包括溫度傳感器（8)、溫度采集電路、溫度顯示電路，所述溫度傳感器（8)放置在相鄰的 上下兩個(gè)金屬片（2)所形成的測試電極的中間介質(zhì)層中，所述溫度傳感器（8)與溫度采集 電路連接，所述溫度采集電路與溫度顯示電路連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的星用介質(zhì)材料溫度梯度下體電導(dǎo)率的測量裝置，其特征在于 被測的介質(zhì)材料的四周還包覆有隔熱層（3 )。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的星用介質(zhì)材料溫度梯度下體電導(dǎo)率的測量裝置，其特征在于 被測的介質(zhì)材料底部還鋪有低溫層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的星用介質(zhì)材料溫度梯度下體電導(dǎo)率的測量裝置，其特征在于 所述低溫層為干冰層（6)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的星用介質(zhì)材料溫度梯度下體電導(dǎo)率的測量裝置，其特征在于 所述金屬片（2)為銅片。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的星用介質(zhì)材料溫度梯度下體電導(dǎo)率的測量裝置，其特征在于 所述熱源（5)為紅外加熱燈陣或太陽模擬器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的星用介質(zhì)材料溫度梯度下體電導(dǎo)率的測量裝置，其特征在于 所述被測的介質(zhì)材料（1)為環(huán)氧樹脂、聚酷亞胺或聚四氣己締中的一種或者其中一種的改 性介質(zhì)材料。
【文檔編號(hào)】G01R27/02GK204228824SQ201420752000
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月4日
【發(fā)明者】王松, 孫永衛(wèi), 武占成, 唐小金, 曹鶴飛, 張希軍 申請(qǐng)人:中國人民解放軍軍械工程學(xué)院