用于对电荷储存器件进行测试的测量仪器制造技术

一种用于具有多个导电接触焊盘的样本的测试仪器，所述仪器包括：可控的、可变的力线性致动器；由线性致动器操作的探头组件，所述的探头组件一端的探头具有表面，用于接触样本；可移动的接触器组件包括多个触点，用于电接触样本上的多个接触焊盘；线性致动器和接触器组件安装在壳体上，所述壳体具有用于在测试期间夹持样本的标识区域；位置传感器组件，用于测量探头位置的变化；以及用于测量探头施加到样本上的力的传感器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本申请根据35U.S.C§119(e)要求2014年7月24日提交的、标题为“InstrumentedPacketsforTestingChargeStorageDevices(用于对电荷储存器件进行测试的测量仪器)”的临时申请第62/028,431号的权益，该申请的整个内容通过引用的方式并入本文。
本专利技术一般地涉及用于测量并且电气地且机械地表征测试器件的测试仪器和相关设备，所述测试器件比如制动器、电池、电容器、超级电容器(supercapacitors)、超电容器(ultracapacitors)、混合电容器、准电容器、生物样本、电介质、凝胶、液体、固体等。
技术介绍
高能量密度储存器件的发展可以是费力且耗时的过程。典型的能量储存器件可以包括第一聚合物电极、与第一电极电化学通信的第二电极、这两个电极之间的分离器材料、以及与两个电极接触的可以解离成阴离子和阳离子的电解质或其他流动相。存在可以用于这些元件中的每个元件的许多不同的化学材料。所以，可能需要被测试的组合的可能的数量可以是巨大的。为了对这些组合进行测试，必须本质上为每个材料组合构建代表性器件，然后遍历期望测试集运行该器件以表征该材料组合。因而，找到最佳材料组合可以涉及构造代表许多不同的材料和电解质的组合的成千上万个器件并且对这些器件进行电测试。令人满意地测量器件的电特性所需的测试方案可能也是相当大的。例如，测试可以包括测量电容、电阻、能量输入对能量输出、库仑效率、能量密度、功率密度、比能、比功率、IR压降、IR增益、电流密度等。
技术实现思路
这里所描述的实施例特别是当相互组合使用时提供快速的、高效的、一致的且可靠的对测试器件进行测试的方式。总的来说，在一个方面，本专利技术的特征在于一种用于具有多个导电接触焊盘(contactpads)的样本的测试仪器，所述仪器包括：可控的、可变的力线性致动器；由线性致动器操作的探头组件，所述的探头组件一端的探头具有表面，用于接触样本；可移动的接触器组件包括多个触点，用于电接触样本上的多个接触焊盘；线性致动器和接触器组件安装在壳体上，所述壳体具有用于在测试期间夹持样本的标识区域；位置传感器组件，用于测量探头位置的变化；以及用于测量探头施加到样本上的力的传感器。其它实施例包括以下一个或多个特征。所述线性致动器是气动致动器，气动致动器包括空气轴承气缸，用于测量探头施加在样本上的力的传感器是压力传感器，压力传感器被布置用于测量施加到气动致动器的气体压力。可替代地，线性致动器是电磁致动器，用于测量施加到样本上的力的传感器位于在操作期间样本夹持处的标识区域的壳体上。所述测试仪器也包括：一个或多个管道，靠近并与所述标识位置附近的壳体部分热连通，所述一个或多个管道用于输送用于测试期间控制样本温度的温度控制流体；以及温度传感器，用于测量在操作期间样本所在位置处的标识区域附近的壳体的温度。所述温度传感器是热敏电阻或是电阻温度检测器。其它实施例包括以下一个或多个特征。位置传感器组件是非接触式的，光学位置传感器包括光学读取头和带有标记的标尺。光学读取头安装在壳体上，标尺安装在可移动的探头组件上。多个触点是多个接触端子，所述多个接触端子是弹簧承载的。所述的测试仪器，也包括在操作期间样本所在位置附近的壳体上的加热元件。加热元件是Peltier器件或电阻加热器元件。本文中描述的至少一些实施例使执行测试设备上的测试的人能够对在其进行电气测试的各种环境条件进行精确控制。例如，在测试期间，测试人员可以，没有限制：施加受控的静态或动态压力到样本；选择性地控制特定的静态温度进行测试；选择性地控制施加在装置上的动态温度；在测试期间，精确测量线性(垂直)的加载单元的位移；进行样本的等长测试(即控制位置同时测量力)；对样本进行动力试验(即控制力的同时测量位置)。附图说明图1示出测试仪器的左侧。图2从右侧示出了图1的测试仪器的部分截面。图3A和3B示出图1的测试仪器的正面，其中一个在部分截面中更清楚地揭示相关的内部特征。图4示出作为图1所示的测试仪器的一部分的平台。图5示出可替代的探头设计。图6示出处于其完全打开的位置上的袋。图7示出处于关闭构造的图6的袋。图8是包括上述测试仪器的测试系统的框图。具体实施方式本文中所描述的测试系统包括测试仪器100(在图1中示出)以及特殊设计的样本夹持器或袋500(在图6中示出)，样本夹持器或袋500刚好放入测试仪器100中，并且夹持其电性质将被测试的不同的电化学材料。测试仪器参照图1，测试仪器100能够控制在测量样本的电性质期间施加于样本的压力以及样本的温度。它能够在测试样本的电特性正被测量的同时在测试样本维持在恒定压力下时对测试样本的物理膨胀进行测量。它能够控制测试样本在这些测量期间的温度。并且它能够测量测试样本产生的压力，因为测试样本的厚度在电测试期间被约束为恒定值。测试仪器100包括安装在机加工的铝支撑平台104上的机加工铝主体102。主体102为线性致动器106提供支撑，线性致动器106控制附连到致动器106的工作端的探头108的向上和向下移动。在致动器106的致动器轴112朝向支撑平台104向下延伸的情况下，致动器106被用螺丝拧到主体102的顶侧中。探头108被用螺丝拧到致动器轴112的末端上，并且在其最低端上具有平坦的工作表面114，工作表面114在操作期间接触测试样本(未示出)。致动器106用于在测试期间向定位在支撑平台104上的平坦的凹进区域110中的样本(未示出)施加受控力/压力。注意确保，致动器106的纵轴垂直于凹进区域110的平面，并且当探头108被组装到致动器106的工作端上时，探头108的工作表面114平行于凹进区域110的平坦表面。这将确保，施加于测试样本的力/压力在样本的整个接触区域上是均匀的。在所描述的实施例中，线性致动器是AirportCorporation的Airpel空气轴承汽缸。由于该汽缸的静摩擦小，该汽缸是能够进行高精度力控制的气动致动器。它包括石墨活塞和硼硅玻璃缸，在活塞和玻璃缸之间有空气轴承。它能够对小到仅几克的力和小于0.2psi的压力做出响应。空气汽缸施加的力是供应给汽缸的空气的压力的已知函数。所以，通过用内联压力、模拟输出传感器监视空气压力，可以容易地确定探头施加于测试样本的力/压力。也可以使用其他类型的致动器，比如，举例来说，标题为“ControlledNeedle-freeTransport(受控无针输送)”的U.S.7,833,189中所描述的类型的电磁洛仑兹力致动器，该申请通过引用的方式并入本文。然而，考虑到测试的灵敏度有可能将需要被执行，一般可取的是使用具有低静摩擦的那些类型的致动器。精密空气轴承汽缸的使用具有优于许多替代方案的优点。它使通常与传统的线性元件相关联的摩擦力最小化。减小的摩擦继而使厚度测量的精度最大化，并且优化器件的动态范围和灵敏度。此外，长持续时间测试得益于气动致动器的使用，因为它们通常不需要恒定能量输入(即，功率)来实现一致的且均匀的力施加。具有高带宽或大动态范围的短持续时间测试可以得益于洛仑兹力致动器。如果使用与本文中所描述的致动器不同的致动器，则测试仪器还将需要包括单独的力传感器件，该器件可选地设于探头和致动器轴之间。如图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于具有多个导电接触焊盘的样本的测试仪器，所述仪器包括：可控的、可变的力线性致动器；由线性致动器操作的探头组件，所述的探头组件一端的探头具有表面，用于接触样本；可移动的接触器组件包括多个触点，用于电接触样本上的多个接触焊盘；线性致动器和接触器组件安装在壳体上，所述壳体具有用于在测试期间夹持样本的标识区域；位置传感器组件，用于测量探头位置的变化；以及用于测量探头施加到样本上的力的传感器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.24 US 62/028，4311.一种用于具有多个导电接触焊盘的样本的测试仪器，所述仪器包括：可控的、可变的力线性致动器；由线性致动器操作的探头组件，所述的探头组件一端的探头具有表面，用于接触样本；可移动的接触器组件包括多个触点，用于电接触样本上的多个接触焊盘；线性致动器和接触器组件安装在壳体上，所述壳体具有用于在测试期间夹持样本的标识区域；位置传感器组件，用于测量探头位置的变化；以及用于测量探头施加到样本上的力的传感器。2.根据权利要求1所述的测试仪器，其中，所述线性致动器是气动致动器。3.根据权利要求2所述的测试仪器，其中，所述气动致动器包括空气轴承气缸。4.根据权利要求3所述的测试仪器，其中，用于测量探头施加在样本上的力的传感器是压力传感器，压力传感器被布置用于测量施加到气动致动器上的气体压力。5.根据权利要求1所述的测试仪器，其中，所述线性致动器是电磁致动器。6.根据权利要求5所述的测试仪器，其中，用于测量施加到样本上的力的传感器位于在操作期间样本夹持处的标识区域...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊恩·W·汉特，格兰特·W·科瑞斯托弗克，迪安·柳比西奇，
申请(专利权)人：核科学股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US