CN101051031A - 爆炸物品线胀系数测量装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种安全可靠测量爆炸物品线胀系数的装置和方法。它主要由加热带、温度控制器、保温筒、位移传感器、保护筒和外筒组成，被测量的试件放在具有一定的强度和厚度的保护筒和外筒中，有效消除了因试件意外爆炸而引起的破坏作用。温度传感器和位移传感器测得信号分别送入计算机，由专用处理程序对该数据进行分析计算并储存，测量结果实时显示。本发明不但可以用于爆炸物品线胀系数的精确测量，也可以用于非爆炸物品线胀系数的精确测量。
Description
技术领域
本发明专利涉及一种爆炸物品线胀系数测量装置和方法，实现对爆炸物品线胀系数安全可靠的测量。
背景技术
目前测量一般材料线胀系数已经是一个比较成熟的领域。对应不同材料的特性，有不同的测量方法和相应的测量仪器。
图10为一种典型的金属线胀系数测量装置(文献来自：金属线胀系数的测定，武汉工业学院学报，第23卷第2期，2004年6月)。此装置先将一硬性套管垂直固定在一带有阀门的容器中，将待测金属杆和两个石英棒叠放入套管中，然后使容器充装冰水混合物。再将一光学玻璃板与一支架连成整体，使玻璃板的一端放在另一光学玻璃板上，另一端被固联在石英棒上端一刀口稍稍顶起。调节平台调节螺丝，使两光学玻璃板迭在一起，这时显微镜将看不到干涉条纹。随后，打开容器阀门，放出冰水混合物，随着温度的升高，金属杆受热膨胀伸长，将顶起与上玻璃板连成一整体的支架，两光学玻璃板会张开一定角度，形成空气劈尖。这种方式是靠环境热量加热试件至室温，利用显微镜观测数据求得试件的线胀系数。
对于爆炸物品的线胀系数测量，往往对试件有一个加热的过程，为了确保测量人员和设施的安全，不可能采用无防护的装置和方法进行测量。目前尚未有专门用于测量爆炸物品线胀系数的仪器或设备。现行爆炸物品线胀系数的测量方法是首先测量常温下试件长度，然后将试件放入恒温箱加热试件至要求的温度并保持一段时间，然后立刻拿出试件并对加热后试件长度快速人工测量，进而计算出试件的线胀系数。这一方法测量精度低，不能记录温度、长度变化的历史数据，并且操作危险，容易烫伤测量人员，并对高温下试件可能产生的爆炸无任何防护措施，存在重大安全隐患。
发明内容
本发明的目的是提供一种爆炸物品线胀系数的安全测量装置。该装置可以有效防止因试件的意外爆炸而伤及周围的人员和设施，测量结果可以在计算机上实时动态显示。
本发明是这样实现的：
在含有试件孔和测温孔的保护筒外侧缠绕加热带和保温材料，并安装在保温筒中；将耐高温玻璃管装入试件孔；将温度传感器在测温孔沿轴向均匀布置；保温筒的两端各有一个装有位移传感器(2)的位移传感器支架；上述所有零件全部安装在外筒(24)中；一个温度传感器通过信号线依次与外筒外部的变送器、PID温度控制仪、晶闸管、加热带连接以控制加热温度，其余的温度传感器通过信号线依次与外筒外部的变送器、温度巡检仪、JR485、计算机连接将温度测试结果送入计算机；位移传感器通过信号线依次与外筒外部的位移计和计算机连接将位移信号送入计算机；计算机中专用软件对温度和位移信号进行处理，实时显示测量结果。
如果被测试件在测试过程中具有爆炸的可能，那么保护筒的壁厚按爆炸力学或高压容器设计理论进行设计，使其足以抵抗试件意外爆炸产生的爆炸荷载。
试件孔和测温孔位于同一圆周上。
位移传感器支架各向位置可任意调整，使位移传感器与试件孔同轴对中，并便于安装和取出试件。
使用时包括下述步骤：
1)将试件表面包裹一层耐不低于测试目标温度的高温材料，防止试件因高温融化而与石英玻璃管粘连；
2)试件被放置在保护筒(8)中进行防护；
3)试件被加热之前，关闭外筒，锁紧锁扣；
4)测量数据和信号被计算机自动采集，由专用程序进行处理，结果实时显示，测量过程中的历史数据被自动保存为数据文件，以便后期调用再分析。
方案中，如果不用JR485、计算机和专用软件，也可以通过温度巡检仪和位移计的读数手工计算试件的线胀系数。
本发明的有益效果是，可以准确测量爆炸物品的线胀系数，也可用于其他固体材料线胀系数的测量，操作安全可靠。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1-本发明的整体组装图，其中：1-位移传感器支架，2-位移传感器，3-锁扣，4-保温筒端部法兰，5-保温筒，6-保温材料，7-加热带，8-保护筒，9-耐高温玻璃管，10-螺栓，11-螺栓，12-保护筒端部法兰，14-滚轮，19-螺栓，24-外筒。
图2-整体组装图的A-A剖视图，其中：20-测温孔，21-试件孔，23-试件。
图3-石英玻璃管内试件、石英棒和位移传感器的相对关系图，其中：22-石英玻璃棒。
图4-保温筒组装图。
图5-保温筒的B-B剖视图。
图6-保护筒组装图。
图7-保护筒的左视图。
图8-温度控制信号传输流程图。
图9-位移信号传输流程图。
图10-对比文件附图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
在图中1、图2中，保护筒端部法兰12和保温筒端部法兰4均开有3个试件孔21和3个测温孔20，6根石英玻璃管9分别放入三个试件孔中，温度传感器在测温孔中沿轴向均匀布置。保护筒8外侧缠绕电加热带7用于对石英玻璃管内的试件升温，电加热带的外表面包覆有保温材料6，利用螺栓11将保护筒固定在保温筒5内。试件孔21和测温孔20位于同一圆周上，此圆周与保护筒8、保温筒5具有同一个圆心。
保温筒的两侧各有一个位移传感器支架1，每个位移传感器支架上各安装3个位移传感器2，位移传感器支架1上设有位置调整装置，可以在30cm的范围内沿空间三个方向的位置任意调整，以保证每个位移传感器都能与试件孔同轴对中和方便试件的安装与取出。位移传感器支架1的两个水平方向的位置调整是靠滑轨实现的，竖直方向是通过滑块实现的，为保证测量过程中位移传感器的稳定，设有3个定位螺栓可以分别对3个方向定位。
以上各部件全部安装在外筒24内。外筒由两个端部和一个中部构成，每个端部的底部都有3个滚轮14，便于人工开合，测试过程中为便于将两个端部关闭和锁紧，外筒上设置锁扣3。
图3是采用接触式位移传感器的情形，一根试件23和两端紧连的石英玻璃棒22放入石英玻璃管9中，石英玻璃棒与位移传感器2紧连，当试件长度产生变化时，通过石英玻璃棒将位移传递给位移传感器，使得位移传感器产生一个信号变化。若采用非接触式位移传感器，则不用石英玻璃棒。
图4、图5中，保温筒5两端各有一个保温筒端部法兰4，通过保温筒端部法兰固定螺栓19连接起来。为了将装有试件的玻璃管放入保护筒中保护和加热，保温筒端部法兰上开有3个试件孔。为了安装温度传感器，开有3个测温孔20。
图6、图7中，保护筒8两端各有一个保护筒端部法兰12，通过保护筒端部法兰固定螺栓11连接起来。为了将装有试件的玻璃管放入保护筒中保护和加热，保护筒端部法兰上开有3个试件孔。为了安装温度传感器，开有3个测温孔20。如果被测试件在测试过程中具有爆炸的可能，保护筒和保护筒端部法兰由钢材或强度更高的金属制作而成，其厚度按爆炸力学或高压容器设计理论进行设计，使其足以抵抗试件因意外爆炸而产生的爆炸荷载。此外，保护筒外部的保温层和保温筒也对爆炸荷载起到缓冲和抵抗的作用。
图8表明了温度传感器测得的信号经变送器、巡检仪和JR485送入计算机的流程以及温度传感器测得的信号经变送器、PID温度控制器、晶闸管和电加热带控制温度的流程，PID温度控制器根据温度传感器测得的信号，反馈给晶闸管，控制加热带通、断电的时间，以控制试件被加热到指定的测试目标温度并保持一定的时间。
图9中，若采用接触式位移传感器，试件端部的位移经石英玻璃棒传递给位移传感器测得信号后经数字位移计送入计算机的流程；若采用非接触式位移传感器，则上述流程中取消石英玻璃棒。
测量时，打开外筒，为了防止因高温而使试件表面融化而与石英玻璃管粘连，将规定长度试件的表面包裹一层耐不低于测试目标温度的高温材料，放入每个试件孔的中部位置，两端各放入一根石英棒与之对接，此时石英棒露出试件孔外一定的长度，调整位移传感器支架各向位置，使每端的三个位移传感器分别与露出的三根石英玻璃棒同轴对接。如果采用的是非接触式位移传感器，则取消石英玻璃棒，直接将位移传感器与试件孔同轴对中。
固定位移传感器支架，关闭外筒，锁紧锁扣。各装置加电，位移计、温度传感器、温度控制器、JR485及计算机等处于正常工作状态，运行专用软件程序，打开加热带电源，试件开始被加热，测试过程中程序自动实时记录时间、温度、试件端部位移，并实时计算和显示每时刻各试件的长度变化量及线胀系数。
不难看出，本测量装置不但可以用于爆炸物品线胀系数的测量，也可以用于其它固体线胀系数的测量。
Claims (6)
1.一种爆炸物品线胀系数测量装置，其特征在于：在含有试件孔(21)和测温孔(20)的保护筒(8)外侧缠绕加热带(7)和保温材料(6)，并安装在保温筒(5)中；将耐高温玻璃管(9)装入试件孔；将温度传感器在测温孔沿轴向均匀布置；保温筒(5)的两端各有一个装有位移传感器(2)的位移传感器支架(1)；上述所有零件全部安装在外筒(24)中；一个温度传感器通过信号线依次与外筒(24)外部的变送器、PID温度控制仪、晶闸管、加热带(7)连接以控制加热温度，其余的温度传感器通过信号线依次与外筒(24)外部的变送器、温度巡检仪、JR485、计算机连接将温度测试结果送入计算机；位移传感器(2)通过信号线依次与外筒(24)外部的位移计和计算机连接将位移信号送入计算机；计算机中专用软件对温度和位移信号进行处理，实时显示测量结果。
2.按照权利要求1所述的一种爆炸物品线胀系数测量装置，其特征在于：保护筒(8)及保护筒端部法兰(12)的壁厚可以按爆炸力学理论进行设计，使其足以抵抗试件意外爆炸产生的爆炸荷载。
3.按照权利要求1所述的一种爆炸物品线胀系数测量装置，其特征在于：试件孔(21)和测温孔(20)位于同一圆周上。
4.按照权利要求1所述的一种爆炸物品线胀系数测量装置，其特征在于：位移传感器支架(1)各向位置可任意调整，使位移传感器(2)与试件孔(21)同轴对中，并便于安装和取出试件。
5.按照权利要求1所述的一种爆炸物品线胀系数测量装置，其特征在于：可用于所有固体材料线胀系数的测量。
6.按照权利要求1所述的一种爆炸物品线胀系数测量装置，其特征在于：使用时包括下述步骤：
1)将试件表面包裹一层耐不低于测试目标温度的高温材料，防止试件因高温融化而与石英玻璃管(9)粘连；
2)试件被放置在保护筒(8)中进行防护；
3)试件被加热之前，关闭外筒(24)，锁紧锁扣(3)；
4)测量数据和信号被计算机自动采集，由专用程序进行处理，结果实时显示，测量过程中的历史数据被自动保存为数据文件，以便后期调用再分析。
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