仪器信息网APP
选仪器、听讲座、看资讯
立即体验
APP内打开
回版面
评论
收藏
点赞
拍砖
举报
取消
发布
当前位置:
仪器社区
>
物性测试仪器
>
热分析仪
>
帖子详情
形状记忆合金相变温度测量中的TEC半导体加热制冷装置解决方案
上海依阳
2023/05/14
私聊
热分析仪
摘要:形状记忆合金(SMA)是一种先进的金属材料,其物理和机械性能本质上依赖于温度。为了快速和低成本的实现SMA相变温度和热滞后性能的测试表征,基于更灵敏的电阻温度依赖关系,本文提出了采用帕尔贴TEC加热制冷装置结合四电极电阻测量的解决方案。与传统的DSC法相变温度测试相比,这种帕尔贴形式的电阻温度法具有更高的灵敏度和快速变温速度,且被测样品装配简单,更适合MEMS的热表征,并且比DSC更具有成本优势。
1. 背景
形状记忆合金(Shape Memory Alloys:SMA)是一种先进的金属材料,其物理和机械性能本质上依赖于温度。这种温度依赖性使得SMA作为致动器和/或传感器在工程应用中有着巨大潜力,因此需要研究作为温度函数的SMA行为,这对于开发基于SMA的热机械致动器至关重要。
由于SMA中的相变是热触发,其行为与温度密切相关,任何的温度变化都会伴随着热性能和机械性能的显著变化,因此可以应用不同的技术来确定SMA中的相变温度。典型的相变温度测量使用的热分析技术主要包括差示扫描量热分析法(DSC)、差热分析法(DTA)和动态力学分析法(DMA),这些技术都有相应的商业化设备。然而,这些设备高昂的采购、安装和维护成本使得预算有限的机构无法实施。此外,这些设备需要使用消耗品,如载气(DSC)和冷却液(DMA中的液氮)。在SMA应用(如微致动器)的开发中,购买和专门使用这种商业设备来确定材料的相变温度可能会很昂贵,更不用说设备的使用率并不高。
针对上述情况,特别是根据客户的要求,希望在尽可能短的测试时间内和尽可能低的成本下,从定性和定量的角度寻找非商业的替代测试方法和测试仪器以获得合适的物理信息来确定形状记忆合金致动器的相变温度,为此本文提出了相应的解决方案。
2. 解决方案
对于形状记忆合金这类合金材料,其电阻值与温度有强烈的依赖性,大量研究表明通过测量电阻对温度的这种依赖性在一些影响晶格组织的结晶现象时往往会更加敏感,也就是说通过测量温度变化过程中的电阻变化来确定SMA相变温度,往往会比单纯测量温度和热流形式的DSC更加的灵敏。为此,本解决方案的核心是给SMA样品加载温度,并同时测量SMA样品电阻随温度的变化,由此来形状记忆合金的相变温度和热滞后。
另外,形状记忆合金的相变温度普遍不高,一般都在-50~150℃温度范围内。为了在此温度范围内实现样品的温度变化,加热装置需具备以下几方面的功能:
(1)温度控制要具有很高的控制精度和速度,加热温度能很快的传递给被测样品,并同时能使被测样品具有很好的温度均匀性。
(2)温度变化要具备可控速率的线性升温和降温能力。
(3)加热装置简单,并便于安装被测样品和便于测量样品的电阻值。
为满足上述加热装置的要求,本文提出的解决方案采用了TEC帕尔帖热电技术,即采用帕尔帖片对被测样品提供-50~150℃的温度变化,由此组成的测量装置结构如图1所示。
图1 形状记忆合金相变温度测量装置结构示意图
如图1所示,TEC模组的温度控制采用了一套TEC温度控制装置,包括TEC电源换向器和高精度PID可编程控制器,由此可实现TEC模组表面温度按照设定的程序曲线进行快速升温和降温。TEC模组的底面安装有散热器,图1中并未标出,为了提高散热效率一般采用循环水冷却散热器。
为了测量SMA的相变温度和考核其稳定性,需要使用相同的加热和冷却速度来进行热循环测试,这就需要TEC模组的温度控制具有较高的精度和重复性。为此,本解决方案采用了高精度PID可编程控制,完全可以满足SMA相变温度测试的需要。
如图1所示,被测SMA样品放置在TEC模组的表面,为减小接触热阻和保证温度均匀性,样品与TEC之间涂覆有相应的热界面材料。样品表面的温度由焊接在其上的热电偶进行测量,此热电偶作为控温热电偶,也可以同时再焊一根热电偶作为测温热电偶使用。SMA样品电阻测量采用了四电极法,即在样品上焊接四根铜电极分别作为内电极和外电极,四根电极连接到微欧计进行电阻测量,由此可以通过采集测温热电偶的温度数据和微欧计的电阻数据得到SMA样品的电阻温度变化曲线,并最终得到SMA样品的相变温度和热滞后性能。
3. 总结
本解决方案适用于形状记忆合金的电阻-温度特性曲线,并由此得到相应的相变温度和热滞后性能,帕尔贴模块能够在-50℃和150℃之间进行热循环,温度控制系统能够提供良好的冷却/加热响应。同时,本解决方案还具有以下特点:
(1)与相变温度的DSC表征相比,带有帕尔贴模块的电阻温度测量装置表现出更良好的性能,电阻对相变的响应更敏感和快速。
(2)帕尔贴模块具有更快和更准确的变温速度,这能够在使用不同的材料活化速率(加热/冷却速率)时对SMA的基本行为进行研究,这与典型的其他热分析技术相比,在具有同样的准确性和可靠性的同时,更能提供所需要的加热/冷却速度。
(3)采用帕尔贴模块形式的相变温度测量,其简单的结构可允许在有或没有机械应力的情况下表征铸态和纹理形状记忆合金,这在SMA微机电系统(MEMS)的热表征中有着重要作用。
(4)珀耳帖表征设备比典型的热技术成本低得多,而且这种TEC帕尔贴加热制冷方式还可用于形状记忆合金其他物理量的测量,如比热容、热导率和热膨胀系数测量。
~~~~~~~~~~~~~~~~
附件:
形状记忆合金相变温度测量中的TEC帕尔贴热电装置解决方案.pdf
相关话题
1
DSC法测玻璃态转变温度一定要消除热历史吗?
2
纳米分辨率高精度激光衍射法在碳纤维细丝直径测量中的应用
3
共晶dsc下出现2个不同的峰
4
想问下成都有能修日立热重差热综合热分析仪的工程师吗?
5
氧化诱导期测试
近期热榜
迎国庆送壕礼!十月发帖抢大疆云台
【官方邀请】高效液相色谱使用情况有奖调研
喜迎国庆!第十七届原创大赛超级原创日参赛奖励翻倍
丹纳赫四十周年寄语征集领大礼包
热门活动
【售后专场--招聘会】
第三届微课大赛投票进行中ing
猜你喜欢
最新推荐
热门推荐
更多推荐
【原创】新的一年来了,热分析会热起来吗?
2009/01/01
【求助】有关DSC信号分析问题
2010/11/10
【求助】做织物的DSC还用把它剪成粉末吗?
2011/06/22
【求助】热分析仪说明书
2008/12/08
求助:大家听说过能承受200MPa压力的温度传感器吗?
已应助
2015/04/10
请问有谁知道微量量热计
2005/09/06
【讨论】DSC图谱温度与软件标注温度不吻合
2010/01/06
【求助】对GB/T 13464-2008“物质热稳定性的热分析试验方法”中样品的选择?
2010/06/21
关于TG分析问题
原创
2024/09/25
哪位好心人能发我一份梅特勒的STARe软件
原创
2024/09/22
硫化胶DSC曲线分析
求助
2024/09/21
样品DSC、TGA图谱数据与熔点数据差距大是什么原因?
已应助
2024/09/12
尼龙盐的DSC曲线
已应助
2024/09/03
求助DSC,出现放热峰之后又出现吸热峰是为啥
新手求助
2024/09/02
炭素材料导热系数测定
分享
2024/08/16
做热重时候氧化铝坩埚和底部的氧化铝陶瓷天平粘住了,怎么解决,求教!
求助
2024/08/06
用实力证明 - 技术人员能力好坏“我说行就行”的时代过去了?
第十七届原创
2024/10/02
同一个部门的人进门还让登记,宝宝很生气!
第十七届原创
2024/10/03
气象色谱仪显示ALS 故障代码 153是什么情况
求助
2024/09/27
环境空气氮氧化物曲线斜率偏高怎么办
已应助
2024/09/27
出峰时间和分子离子峰一样,二级质谱图不一样是同种物质吗
求助
2024/09/28
玻璃器皿的质保期
求助
2024/09/28
关于CNAS-G001:2024里的条款理解?
求助
2024/09/30
岛津2014色谱TCD检测标气中的氧气和氮气,氧气不出峰怎么处理
求助
2024/09/29
10cm见方规格的PPA+GF零件最好的焊接工艺用哪种最合适?
原创
2023/05/14
固相微萃取测不出原因
已应助
2023/05/14
母亲节 节日快乐
原创
2023/05/14
如何将mmol/h换算成umol/h/g?
求助
2023/05/14
紫外灯照射的问题
已应助
2023/05/14
领着孩子去玩去
分享
2023/05/14
检测器,进样品,柱箱温度,色谱柱最高耐受温度
已应助
2023/05/14
设置检测器温度,进样口温度,程序升温温度,色谱柱最高耐受温度
已应助
2023/05/14
品牌合作伙伴
丹纳赫苏州基地 打工人的梦想
岛津
日立科学仪器
珀金埃尔默仪器(上海)有限公司(PerkinElmer)
日本电子株式会社
丹纳赫
安捷伦
赛默飞世尔科技
普析通用
欧波同
天美
天瑞仪器
德国耶拿
海能技术
马尔文帕纳科
磐诺科技
上海仪电科仪
梅特勒托利多
聚光科技
莱伯泰科
盛瀚
多宁生物
丹东百特
科哲
卓立汉光
屹尧科技
华谱科仪
宝德仪器
优莱博
HORIBA
布鲁克核磁
举报帖子
执行举报
点赞用户
好友列表
加载中...
正在为您切换请稍后...