CN100573097C

CN100573097C - 一种测定非金属材料扭矩的设备

Info

Publication number: CN100573097C
Application number: CNB2007100537986A
Authority: CN
Inventors: 葛山; 尹玉成
Original assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Current assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Priority date: 2007-11-08
Filing date: 2007-11-08
Publication date: 2009-12-23
Anticipated expiration: 2027-11-08
Also published as: CN101183060A

Abstract

本发明涉及一种测定非金属材料扭矩的设备。其方案是：在水冷密封室3一侧设置的石英玻璃窗14的外部设有红外测温仪15，红外测温仪15接收端对准待测试样5，输出端与计算机2接，计算机2内的控温程序与感应炉7的控制端连接。水冷密封室3一侧设置有扭矩机13，扭矩轴11通过水冷活动支座10与水冷活动夹样座9联接，待测试样5的两端分别置入水冷活动夹样座9和水冷固定夹样座4，扭矩机13的控制端与计算机连接。待测试样5的外部同心设置有石墨环6、感应线圈8，感应线圈8与感应炉7的输出端连接。本发明结构简单，加热装置小，升温速率快，使用温度高，维护工作量少、能在或空气、或真空、或保护性气体气氛下测定非金属材料的扭矩。

Description

一种测定非金属材料扭矩的设备

技术领域：

本发明属于测定非金属材料力学性能的设备。具体涉及一种测定非金属材料常温或高温扭矩的设备。

背景技术：

非金属材料的常温、高温扭矩性能是非金属材料的一项力学指标。用传统的方法加热材料以测定材料的扭矩值，如使用电炉丝作为发热体，其升温速率慢，测定温度低；如用贵金属做发热体，如铂金丝、铂铑带，价格昂贵，测试温度可以提高，升温速率依然很慢，并且贵金属发热体极易损坏。如用碳化硅棒或硅钼棒做测定材料的加热源，由于发热体结构的原因，加热设备需做的很大。

上述设备由于发热体的原因，只能在氧化气氛下工作，不能在真空或保护性气体气氛下工作，因此由上述发热元件制成的高温扭矩设备限制了设备的使用范围，使许多在高温下易氧化的材料或需要在真空或保护性气体气氛下工作的材料无法测定高温扭矩性能。

发明内容：

本发明旨在解决上述问题，目的是提供一种结构简单、加热装置小、升温速率快、使用温度高、维护工作量少、能在空气气氛下工作同时也能在真空或保护性气体气氛下工作的测定高温扭矩的设备。

为实现上述任务，本发明采用的技术方案是：在水冷密封室的一侧设置有石英玻璃窗，石英玻璃窗的外部设有红外测温仪，红外测温仪的接收端对准待测试样，红外测温仪的输出端与计算机连接，计算机内的控温程序与感应炉的控制端连接，抽真空装置、气源分别与水冷密封室的内部相通。

在水冷密封室箱体的一侧设置有扭矩机，扭矩机的扭矩轴通过水冷密封室的密封圈和水冷密封室内的水冷活动支座与水冷活动夹样座联接；待测试样的两端分别置入水冷活动夹样座和水冷固定夹样座并夹紧，扭矩机的控制端与计算机连接；待测试样的外部同心设置有石墨环，在石墨环外同心套有感应线圈，石墨环与感应线圈的轴向长度相等，感应线圈通过水冷密封室的绝缘垫圈与感应炉的输出端连接。其中：

所述的扭矩机或为机械式电动游码扭矩机、或为电动扭矩机；所述的石墨环的壁厚为2～20mm，在石墨环的环壁中部的一侧开有一直径为10～15mm的圆孔；石墨环的长度为待测试样横截面边长的1～2倍，待测试样的四角与石墨环内壁的间隙为1～5mm；石墨环与感应线圈的间隙为2～10mm。

所述的感应炉或为中频感应炉、或为超音频感应炉，功率为1～100KW，工作电压为380V，升温速率为1～150℃/分，加热温度为室温～2000℃；中频感应炉的工作频率为200～2600HZ；超音频感应炉的工作频率为10～45KHZ。

本发明的使用方法是：非金属材料扭矩的测定或在空气常压常温、或在空气常压高温、或在高温真空，或在高温保护性气氛下进行；测定非金属材料扭矩或在指定温度下测定、或在给定预扭矩并在指定温度下测定、或在给定预扭矩并在指定温度下保温设定的时间后测定。

测定非金属材料扭矩的过程是：先打开水冷密封室，在感应线圈内放入石墨环，在石墨环内装入待测试样，水冷固定夹样座和水冷活动夹样座分别夹紧待测试样；再关闭水冷密封室的水冷密封门，打开冷却水进水管和冷却水出水管；然后启动计算机内的控温程序，接通感应炉和红外测温仪的电源开关，以5～120℃/分的升温速率对待测试样进行加热，红外测温仪监控升温过程，当温度达到指定温度和保温时间时，开启计算机控制的扭矩机测定扭矩，记录并保存测定结果，与计算机连接的显示器显示测定的过程和结果。其中：

保护性气氛的气源16为N₂、Ar、CO₂气体中的一种或一种以上；真空为水冷密封室内的剩余压力小于2500Pa。

由于采用上述技术方案，本发明具有结构简单，加热装置小、升温度速率快、使用温度高、维护工作量少、能在空气气氛下工作同时也能在真空或保护性气体气氛下工作的测定高温扭矩的特点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中固定夹样座、试样、石墨加热环、感应线圈、活动夹样座的放大示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明

实施例1

一种测定非金属材料扭矩的设备，其结构如图1所示：在水冷密封室3的一侧设置有石英玻璃窗14，石英玻璃窗14的外部设有红外测温仪15，红外测温仪15的接收端对准待测试样5，红外测温仪15的输出端与计算机2连接，计算机2内的控温程序与感应炉7的控制端连接，抽真空装置17、气源16分别与水冷密封室3的内部相通。

在水冷密封室3箱体的一侧设置有扭矩机13，扭矩机13的扭矩轴11通过水冷密封室3的密封圈12和水冷密封室3内的水冷活动支座10与水冷活动夹样座9联接，待测试样5的两端分别置入水冷活动夹样座9和水冷固定夹样座4并夹紧，扭矩机13的控制端与计算机2连接；待测试样5的外部同心设置有石墨环6，在石墨环6外同心套有感应线圈8，石墨环6与感应线圈8的轴向长度相等，感应线圈8通过水冷密封室3的绝缘垫圈与感应炉7的输出端连接。其中：

石墨环6的壁厚为8～10mm，在石墨环6的环壁中部的一侧开有一直径为10mm的圆孔，石墨环6的长度为待测试样5的横截面边长的1.2～1.5倍，待测试样5为40×40×160mm的长方体、材质为镁碳质，该长方体横截面四角与石墨环6内壁的间隙为2～4mm石墨环6与感应线圈8的间隙为3～5mm。

所述的感应炉7为中频感应炉，其功率为30～50KW、工作频率为2000～2500HZ、工作电压为380V、升温速率为10～120℃/分、加热温度为1600℃。

本实施例的使用方法是：非金属材料扭矩的测定在高温真空下进行，扭矩机13为机械式电动游码扭矩机。测定非金属材料扭矩是在给定的预扭矩为1N.m、指定温度为1600℃时测定。其测定过程是：先打开水冷密封室3的水冷密封门，在感应线圈8内放入石墨环6，在石墨环6内装入待测试样5，水冷固定夹样座4和水冷活动夹样座9夹紧待测试样5；再关闭水冷密封室3的水冷密封门，开启抽真空装置17，抽真空至水冷密封室3内剩余压力小于2500Pa，打开冷却水进水管和冷却水出水管。然后启动计算机2内的控温程序，接通感应炉7和红外测温仪15的电源开关，以10～50℃/分的升温速率对待测试样5进行加热，红外测温仪15监控升温过程。当温度达到1600℃时，开启计算机2控制的扭矩机13测定扭矩，记录并保存测定结果，与计算机2连接的显示器1显示测定的过程和结果。

实施例2

一种测定非金属材料扭矩的设备，其结构如图1所示。该设备的使用方法是：非金属材料扭矩的测定在空气常温下进行，待测试样5为40×40×160mm的长方体、材质为粘土质。其测定过程是：先打开水冷密封室3，水冷固定夹样座4和水冷活动夹样座9夹紧待测试样5。然后开启计算机2控制的机械式电动游码扭矩机测定扭矩，计算机2记录并保存测定结果，与计算机2连接的显示器1显示测定的过程和结果。其他同实施例1所述。

实施例3

一种测定非金属材料扭矩的设备，其结构如图1所示。本实施例的使用方法是：非金属材料扭矩的测定在保护性气氛下进行，待测试样5为40×40×160mm的长方体、材质为铝碳化硅碳质浇注料。测定非金属材料扭矩是在给定的预扭矩为1N.m并在1450℃保温1小时时测定，扭矩机13为机械式电动游码扭矩机。其测定过程是：先打开水冷密封室3，在感应线圈8内放入石墨环6，在石墨环6内装入待测试样5，水冷固定夹样座4和水冷活动夹样座9夹紧待测试样5，再关闭水冷密封室3的水冷密封门。抽真空至水冷密封室3内的剩余压力小于2500Pa，充入保护性气氛N2，打开冷却水进水管和冷却水出水管。然后启动计算机2内的控温程序，接通感应炉7和红外测温仪15的电源开关，以10～50℃/分的升温速率对待测试样5进行加热，红外测温仪15监控升温过程。当温度达到1450℃保温1小时时，开启计算机2控制的扭矩机13进行扭矩的测定，记录并保存测定结果，与计算机2连接的显示器1显示测定的过程和结果。

其中：石墨环6的壁厚为5～8mm，在石墨环6的环壁中部的一侧开有一直径为10mm的圆孔，石墨环6的长度为待测试样5横截面边长的1.2～1.5倍；该长方体横截面四角与石墨环6内壁的间隙为2～4mm；石墨环6与感应线圈8的间隙为3～5mm；感应炉7为超音频感应炉，其功率为30～50KW、工作频率为25～35KHZ、工作电压为380V。其他同实施例1所述。

实施例4

一种测定非金属材料扭矩的设备，其结构如图1所示。本实施例的使用方法是：扭矩机13为机械式电动游码扭矩机，待测试样5为40×40×160mm的长方体、材质为镁碳质，非金属材料扭矩是在指定温度下测定。其测定过程是：先打开冷密封室3的水冷密封门，在感应线圈8内放入石墨环6，在石墨环6内装入待测试样5，水冷固定夹样座4和水冷活动夹样座9夹紧待测试样5。再关闭水冷密封室3的水冷密封门，打开冷却水进水管和冷却水出水管。然后启动计算机2内的控温程序系统，接通感应炉7和红外测温仪15的电源开关，以10～50℃/分的升温速率对待测试样5进行加热，红外测温仪15监控升温过程。当温度达到1300℃时，开启计算机2控制的扭矩机进行扭矩的测定，记录并保存测定结果，与计算机2连接的显示器1显示测定的过程和结果。

其中：所述的感应炉7为中频感应炉，其功率为30～50KW、工作频率为2000～2500HZ、工作电压为380V、升温速率为10～50℃/分、加热温度为1300℃。其他同实施例1所述。

Claims

1、一种测定非金属材料扭矩的设备，在水冷密封室[3]的一侧设置有石英玻璃窗[14]，石英玻璃窗[14]的外部设有红外测温仪[15]，红外测温仪[15]的接收端对准待测试样[5]，红外测温仪[15]的输出端与计算机[2]连接，计算机[2]内的控温程序与感应炉[7]的控制端连接，抽真空装置[17]、气源[16]分别与水冷密封室[3]的内部相通，其特征在于在水冷密封室[3]箱体的一侧设置有扭矩机[13]，扭矩机[13]的扭矩轴[11]通过水冷密封室[3]的密封圈[12]和水冷密封室[3]内的水冷活动支座[10]与水冷活动夹样座[9]联接，待测试样[5]的两端分别置入水冷活动夹样座[9]和水冷固定夹样座[4]，扭矩机[13]的控制端与计算机[2]连接；待测试样[5]的外部同心设置有石墨环[6]，在石墨环[6]外同心套有感应线圈[8]，石墨环[6]与感应线圈[8]的轴向长度相等，感应线圈[8]通过水冷密封室[3]的绝缘垫圈与感应炉[7]的输出端连接。

2、根据权利要求1所述的测定非金属材料扭矩的设备，其特征在于所述的扭矩机[13]或为机械式电动游码扭矩机、或为电动扭矩机。

3、根据权利要求1所述的测定非金属材料扭矩的设备，其特征在于所述的石墨环[6]的壁厚为2～20mm，在石墨环[6]的环壁中部的一侧开有一直径为10～15mm的圆孔；石墨环[6]的长度为待测试样[5]横截面边长的1～2倍。

4、根据权利要求1所述的测定非金属材料扭矩的设备，其特征在于所述的待测试样[5]的四角与石墨环[6]内壁的间隙为I～5mm；石墨环[6]与感应线圈[8]的间隙为2～10mm。

5、根据权利要求1所述的测定非金属材料扭矩的设备，其特征在于所述的感应炉[7]或为中频感应炉、或为超音频感应炉，功率为1～100KW，工作电压为380V，升温速率为1～150℃/分，加热温度为室温～2000℃；中频感应炉的工作频率为200～2600HZ；超音频感应炉的工作频率为10～45KHZ。

6、一种如权利要求1～5之一的测定非金属材料扭矩的设备使用方法，其特征在于非金属材料扭矩的测定或在空气常压常温、或在空气常压高温、或在高温真空、或在高温保护性气氛下进行；测定非金属材料扭矩或在指定温度下测定、或在给定的预扭矩并在指定温度下测定、或在给定的预扭矩并在指定温度下保温设定的时间后测定；

测定非金属材料扭矩的过程是，先打开水冷密封室[3]，在感应线圈[8]内放入石墨环[6]，在石墨环[6]内装入待测试样[5]，水冷固定夹样座[4]和水冷活动夹样座[9]夹紧待测试样[5]；再关闭水冷密封室[3]的水冷密封门，打开冷却水进水管和冷却水出水管；然后启动计算机[2]内的控温程序，接通感应炉[7]和红外测温仪[15]的电源开关，以5～120℃/分的升温速率对待测试样[5]进行加热，红外测温仪[15]监控升温过程；当温度达到指定温度和保温时间时，开启计算机[2]控制的扭矩机[13]测定扭矩，记录并保存测定结果，与计算机[2]连接的显示器[1]显示测定的过程和结果。

7、根据权利要求6所述的非金属材料扭矩的设备使用方法，其特征在于所述的保护性气氛为N₂、Ar、CO₂气体中的一种或一种以上。

8、根据权利要求6所述的非金属材料扭矩的设备使用方法，其特征在于所述真空为水冷密封室[3]内的剩余压力小于2500Pa。