CN102175335B - 测量材料内部温度场和压力场的方法、系统和承压装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种测量材料内部温度场和压力场的方法、系统和承压装置，本发明的系统与被测材料一起被置于密闭容器中，且包括承压装置、数据采集存储器、测量导线和至少一个的传感器。本发明的方法是：由置于承压装置外部的传感器采集被测材料中的数据，将采集到的被测材料内部的数据通过测量导线发送给承压装置内部的数据采集存储器；所述数据采集存储器保存所述传感器发来的数据。本发明的承压装置包括承压筒体；承压平盖；密封件；紧固所述承压平盖和所述承压筒体的紧固件。本发明实现了在全密闭高温超高压环境中实时检测和记录材料在成型过程中的内部温度场和压力场。
Description
技术领域
本发明涉及材料成型温度场和压力场测量技术，尤其是一种测量材料内部温度场和压力场的方法、系统和承压装置。
背景技术
在材料成型工艺中，一般把材料放于内部充满液体(如油)介质的全密闭高温超高压的环境进行产品制作，其中材料的内部温度场和压力场是成型工艺的重要参数，为工艺人员掌握不同材料、不同温度和不同升压卸压速率对产品性能的影响方面提供了具有重要参考价值的数据。因此材料成型技术领域的研究人员希望在材料成型过程中能够实时检测并记录材料的内部温度场和压力场，从而为材料成型工艺研究提供真实可靠的数据。但由于材料在成型过程中始终处在全密闭空间，并且为高温超高压环境，如果使用现有的数据采集检测仪器直接放置在这种环境中，数据采集检测仪器将无法采集和检测数据，甚至丧失测量能力，使仪器损坏。因此在材料成型的密闭高温超高压环境里一直没出现可以对材料内部温度场和压力场进行测量的方法和设备，以至于不能实现对成型材料的内部温度场和压力场实时检测和记录的目的。
发明内容
本发明提供一种测量材料内部温度场和压力场的方法、系统和承压装置，目的是为了在全密闭高温超高压环境中能够实时检测和记录材料在成型过程中的内部温度场和压力场。
本发明的技术方案是提供一种承压装置，包括，
承压筒体，包括壳体和至少一层隔离层；
承压平盖，包括引线出口；
密封件，包括橡胶密封圈，该橡胶密封圈设置在承压筒体和承压平盖之间的连接处；所述密封件还包括金属挡环，该金属挡环设置在所述橡胶密封圈内侧；
紧固所述承压平盖和所述承压筒体的紧固件。
进一步地，所述隔离层包括真空层和绝热材料层。
进一步地，所述真空层还包括密封接口，该密封接口具有连通外部空气的通孔和常闭开关；和/或，
所述绝热材料层由纳米孔绝热材料制成。
进一步地，所述承压平盖的所述引线出口的数量至少为两个；
所述承压平盖中的每个所述引线出口分别设置有密封塞组合件，该密封塞组合件包括两端分别连接测量导线的锥塞和包裹该锥塞的衬套，并且该密封塞组合件贯穿于所述承压平盖的引线出口。
进一步地，所述紧固件为螺柱及螺母，数量至少为一对。
进一步地，所述承压筒体中的所述壳体和所述承压平盖为合金钢材料；和/或，
所述承压装置接有吊钩。
本发明还提供一种测量材料内部温度场和压力场的系统，该系统与被测材料一起被置于密闭容器中，且该系统包括如上述的承压装置，以及，数据采集存储器、测量导线和至少一个的传感器；其中，
所述传感器置于承压装置外部，将采集到的被测材料内部的数据通过所述测量导线发送给承压装置内部的数据采集存储器；
所述数据采集存储器保存所述传感器发来的数据。
进一步地，所述传感器放置于被测材料内部。
本发明中利用上述的测量材料内部温度场和压力场的系统测量材料内部温度场和压力场的方法为：
由置于承压装置外部的传感器采集被测材料中的数据，将采集到的被测 材料内部的数据通过测量导线发送给承压装置内部的数据采集存储器；
所述数据采集存储器保存所述传感器发来的数据。
进一步地，所述传感器的个数为多个，且在被测材料中不同位置预埋该多个传感器。
通过本发明提供的测量材料内部温度场和压力场的方法、系统和承压装置，实现了在全密闭高温超高压环境中实时检测和记录材料在成型过程中的内部温度场和压力场的有益效果。
附图说明
为了进行描述并有助于更好地理解本发明的特性，根据本发明实用优选实施例，提供一组附图作为这些描述的组成部分，其中，示例性的和非示例性的特征被呈现如下：
图1为承压装置的立体图。
图2为承压装置的剖视图。
图3为承压装置中A部的放大图
图4为承压装置中B部的局部放大图
图5为本发明系统组成示意图。
图6为本发明方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图，详细描述根据本发明的实施方式。需要指出的是，这些附图仅仅是示意性的，而且也不一定是按照比例绘制的，不构成对本发明的保护范围的限定。
本发明提供一种承压装置，如图1的承压装置的立体图和图2的承压装置的剖视示意图。该承压装置包括，
承压筒体1，包括壳体11和至少一层隔离层12；
承压平盖2，包括引线出口21；
密封件，包括橡胶密封圈31，该橡胶密封圈31设置在承压筒体1和承压平盖2之间的连接处；所述密封件还包括金属挡环32，该金属挡环32设置在所述橡胶密封圈31内侧；
紧固所述承压平盖和所述承压筒体的紧固件4。
如图5所示，本发明还提供一种测量材料内部温度场和压力场的系统，该系统与被测材料一起被置于密闭容器中，且该系统包括如上述的承压装置，以及，数据采集存储器、测量导线和至少一个的传感器；其中，
所述传感器置于承压装置外部，将采集到的被测材料内部的数据通过所述测量导线发送给承压装置内部的数据采集存储器；所述数据采集存储器保存所述传感器发来的数据。
由于材料成型工艺通常需要将材料放于内部充满液体(如油)介质的全密闭高温超高压的设备中，由于以前没有保护装置，无法将现有测试仪器中进行保存记录的数据采集存储器放置在这样的高温超高压环境里工作。并且设备为全密闭环境，不适宜设置引线出口，所以也不能依靠引出导线来接收内部温度和压力数据。
本发明提供的承压装置为测试仪器中的数据采集存储器(包括测试仪器的电源)提供保护，将数据采集存储器放置在承压装置内，使数据采集器可以依靠承压装置承受高压和隔绝高热的性能在全密闭高温超高压的设备中进行正常工作，并且该承压装置为数据采集存储器和用于接收温度场和压力场信息的传感器之间提供引线出口，从而能够保证数据采集存储器安全地接收到材料在高温超高压设备中成型过程中的内部温度和压力数据，为实现某材料成型检测提供可靠的保障。
如图6所示，本发明中利用上述的测量材料内部温度场和压力场的系统测量材料内部温度场和压力场的方法为：
S1、由置于承压装置外部的传感器采集被测材料中的数据，将采集到的被测材料内部的数据通过测量导线发送给承压装置内部的数据采集存储器；
S2、所述数据采集存储器保存所述传感器发来的数据。
进一步地，为达到承压装置承受高压的效果，本发明优选所述承压筒体中的所述壳体和所述承压平盖为合金钢材料，尤其是低合金超高强度钢35CrMnSiA。
进一步地，所述隔离层12包括真空层121和绝热材料层122。
隔离层12将承压装置外部的高温隔离，其中真空层121和绝热材料层122都能起到降低热传导速率的隔热作用，使隔离层围成的内部空间温度不会随外部温度升高而升高，将数据采集存储器放置在这个内部空间中就可以正常稳定的工作了。为达到更好的隔热效果，隔离层12可以设置为多层，本发明的具体实施例优选从外到内设置两层隔离层12，因此，在承压装置的壳体11内，从外到内可以依次为真空层、绝热材料层、真空层和绝热材料层，最里层的绝热材料层就围成了数据采集存储器放置所在的内部空间。其中，所述绝热材料层122优选由纳米孔绝热材料，比如纳米孔气凝胶类制成，从而能够承受高温。纳米孔绝热材料的气孔尺寸小于空气平均分子自由程(≤70nm)且具有很低的体积密度，材料在常温和设定的温度下有比空气更低的绝热系数，利用这种材料能够有效解决对流传热的问题，使对流传热降到最低。
进一步地，所述真空层121还包括密封接口123，该密封接口123具有连通外部空气的通孔和常闭开关；
由于本发明的承压装置在多次使用后承压筒体1中的真空层121均会有一定的泄漏量，会降低隔热效果，为了让真空层121在承压装置放入高温环境时仍维持绝热状态，需要保证真空层121始终具有一定的真空程度，因此该真空层121经常需要进行抽真空处理。因此本发明设置了该密封接口123，使真空层121内漏进的空气能够通过通孔由真空泵抽出，抽真空之后又能依靠常闭开关较长时间的保持内部的真空程度。本发明的优选实施例中利用自密封快插接头来同时实现通孔和常闭开关，这样既可以接真空泵的插头，使内部空气被抽出真空层，又可以在拔下插头后立即关闭通孔自动密封，从而达到一举两得的作用。上述的自密封快插接头和真空泵为现有技术，本 文不再赘述。
进一步地，为了对材料内部温度场和压力场进行更精确的测量，传感器放置于被测材料内部。所述传感器的个数可以为多个，且在被测材料中不同位置预埋该多个传感器。这样可以在材料成型的同时获取多组数据，方便进行更准确的分析和处理。
由于每个传感器都需要引出两根导线与数据采集器相接从而形成回路。因此根据图1和图3，所述承压平盖2的所述引线出口21的数量至少为两个。进一步地，如图3所述承压平盖2中的每个所述引线出口21分别设置有密封塞组合件22，该密封塞组合件包括两端分别连接测量导线的锥塞221和包裹该锥塞221的衬套222，并且该密封塞组合件22贯穿于所述承压平盖2的引线出口21。
上述锥塞221为导电材料制成，将锥塞221在引线出口21靠近承压装置外部的位置设计为锥状从而起到密封引线出口21的作用，在引线出口21内部则设计为柱状，使锥塞21贯穿承压平盖2的内外，从而使其两端可以分别连接导线以实现内部的数据采集存储器和外部的传感器电性相通。本实施例优选利用导电金属作为锥塞221的材料，尤其是锡青铜。
根据本发明的方法，在被测材料中多个位置预埋多个传感器，本实施例中优选在被测材料中预埋六个传感器，每个测量点都由传感器引出两根测量导线，因此在本实施例的承压平盖2的引线出口21上的密封塞组合件22的数量优选为十二个，每个密封塞组合件22的锥塞221两端分别连接一根外部测量导线和一根内部测量导线。其中，传感器与外部测量导线相接，数据采集存储器与内部测量导线相接，通过导电的锥塞221实现电性接通。
另外，密封塞组合件22还包括了衬套222，该衬套222以与锥塞221相应的形状将锥塞包裹，并与锥塞221配合共同实现了对引线出口21的密封。同时为了起到隔热作用，并且将引线出口21中的锥塞221与合金钢制成的承压平盖2绝缘，整个衬套222均由聚四氟乙烯制成。当然，该衬套222除了可以作为一个整体加工成形外，也可以分为锥形段和圆柱段两部分 进行分别加工成形，而其中的圆柱段的材料也可以由热塑管替代。只要使衬套222能够配合锥塞221起到密封和绝缘效果的任何材料，都可以作为替代材料。
上述在引线出口21的密封塞组合件22的设计既实现了材料成型的全密闭环境也不妨碍承压装置内部数据采集存储器与外部传感器的电性相接。
另一方面，在承压平盖2在承压装置内部的部分也可以设置隔离层，尤其是绝热材料层，这样进一步增加了隔热效果也减少了承压平盖2和承压筒体1之间的缝隙。
进一步地，如图2所示，承压平盖2的引线出口21靠近内部的位置可以为多根内部测量导线设置放置空间和/或通孔，起到对多根导线的聚拢收纳作用。
根据图4，密封件，包括橡胶密封圈31，该橡胶密封圈31设置在承压筒体1和承压平盖2之间的连接处；所述密封件还包括金属挡环32，该金属挡环32设置在所述橡胶密封圈31内侧；
橡胶密封圈31为具有密封隔热作用，本实施例橡胶密封圈31采用氟橡胶材料，在隔热的同时具有更好的弹性和密封作用。金属挡环32材料选用黄铜，在高压状态下，橡胶密封圈31被压紧从而将金属挡环32与承压筒体1和承压平盖2之间的连接处的缝隙减小，进一步加强密封性，同时也防止了更大压力下橡胶密封圈31受压会挤入承压平盖2和承压筒体1之间的缝隙最终导致的密封效果丧失的后果。
根据图2，承压装置还包括紧固所述承压平盖和所述承压筒体的紧固件4。进一步地，所述紧固件4为螺柱及螺母，数量至少为一对。
利用多个螺栓可以使承压筒体1和承压平盖2保持紧密连接，对整个承压装置的密封起到了至关重要的作用。将螺柱及螺母围绕承压平盖2边缘设置一周，使承压筒体1和承压平盖2连接处均匀受力并得到更好的密封。
进一步地，所述承压装置接有吊钩5。
为本发明的承压装置易于从全密闭设备中取出或放入以及搬运提供着 力点。本实施例设置了吊钩5，并且该吊钩可以沿承压平盖2的外缘设置多个，在本实施例中设置了三个或四个。
本发明经过试验，已经成功用于被测材料在温度为120℃、压力为100MPa的油介质中连续4小时成型过程的内部温度场的数据采集和存储；以及材料在温度为100℃、压力为150MPa的油介质中连续6小时成型过程的内部温度场的数据采集和存储。
另外，本发明中的测量材料内部温度场和压力场的系统中的传感器可以是检测除温度、压力以及之外的各种其他类型的数据，数据采集存储器也可以保存记录相应的其他类型数据。
承压装置的固定件也可以是本领域技术人员可以想到的各种固定方式固定。
本实施例中的绝热材料优选纳米孔绝热材料但并不仅限于这种材料，本领域技术人员能够想到的其他各种替换方式均落入本发明的权利要求书保护范围之内。
Claims (10)
1.一种承压装置，其特征在于，包括，
承压筒体(1)，包括壳体(11)和至少一层隔离层(12)；
承压平盖(2)，包括引线出口(21)；
密封件，包括橡胶密封圈(31)，该橡胶密封圈(31)设置在承压筒体(1)和承压平盖(2)之间的连接处；所述密封件还包括金属挡环(32)，该金属挡环(32)设置在所述橡胶密封圈(31)内侧；
紧固所述承压平盖(2)和所述承压筒体(1)的紧固件(4)。
2.根据权利要求1所述的承压装置，其特征在于，
所述隔离层(12)包括真空层(121)和绝热材料层(122)。
3.根据权利要求2所述的承压装置，其特征在于，
所述真空层(121)还包括密封接口(123)，该密封接口(123)具有连通外部空气的通孔和常闭开关；和/或，
所述绝热材料层(122)由纳米孔绝热材料制成。
4.根据权利要求1所述的承压装置，其特征在于，
所述承压平盖(2)的所述引线出口(21)的数量至少为两个；
所述承压平盖(2)中的每个所述引线出口(21)分别设置有密封塞组合件(22)，该密封塞组合件包括两端分别连接测量导线的锥塞(221)和包裹该锥塞(221)的衬套(222)，并且该密封塞组合件(22)贯穿于所述承压平盖(2)的引线出口(21)。
5.根据权利要求1所述的承压装置，其特征在于，
所述紧固件(4)为螺柱及螺母，数量至少为一对。
6.根据权利要求1所述的承压装置，其特征在于，
所述承压筒体(1)中的所述壳体(11)和所述承压平盖(2)为合金钢材料；和/或，
所述承压装置接有吊钩(5)。
7.测量材料内部温度场和压力场的系统，其特征在于，该系统与被测材料一起被置于密闭容器中，且该系统包括如权利要求1至5中任意一项所述的承压装置，以及，数据采集存储器、测量导线和至少一个的传感器；其中，
所述传感器置于承压装置外部，将采集到的被测材料内部的数据通过所述测量导线发送给承压装置内部的数据采集存储器；
所述数据采集存储器保存所述传感器发来的数据。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述传感器放置于被测材料内部。
9.利用权利要求7所述的测量材料内部温度场和压力场的系统测量材料内部温度场和压力场的方法，其特征在于，
由置于承压装置外部的传感器采集被测材料中的数据，将采集到的被测材料内部的数据通过测量导线发送给承压装置内部的数据采集存储器；
所述数据采集存储器保存所述传感器发来的数据。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述传感器的个数为多个，且在被测材料中不同位置预埋该多个传感器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20121219 Termination date: 20210210 |