CN102353582B - 超导材料力学性能测试用低温实验箱 - Google Patents
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Abstract
超导材料力学性能测试用低温实验箱，本发明涉及超导材料测量技术，具体是指其测量过程中的温度控制箱。超导材料力学性能测试用低温实验箱，包括箱体，所述箱体内为双层空间结构，其一层与液氮罐连接，并设有风循环系统和热补偿系统，另一层设有力学性能测试组件和温度传感器，温度传感器与温度控制箱电连接；双层空间结构之间通过风循环系统贯通连接。本发明超导材料力学性能测试用低温实验箱可以提供更加宽范围的温度力学测试环境，具有适用范围大、测量精度高、成本低与试验时间短的优点。
Description
技术领域
本发明涉及超导材料测量技术，具体是指其测量过程中的温度控制箱。
背景技术
目前，在超导材料测量技术中，浸泡式低温下力学性能测试技术，是针对于特殊环境下超导材料的力学性能测试技术。
上述浸泡式低温下力学性能测试技术，具体包括：将试件放置到盛有低温冷却剂的杜瓦瓶内，运用外部的试样、并对试样进行拉伸，以测试试样在某一特定温度下试样的力学性能。
在实现本发明的过程中，发明人发现，上述浸泡式低温下力学性能测试技术，至少存在以下缺陷：
⑴适用范围小：只能在特定温度环境下进行试验，不能在变温度环境下进行试验；
⑵测量精度低：若采用浸泡式，样品需泡到冷却剂（如液氮）中，冷却剂会产生一定的浮力，影响变形传感器（应变仪）的测量精度；另外，浸泡式试验降温速率是一个未知的量，试样中无法精确控制，因此，对于那些对降温速率敏感的材料，大大影响其测量精度；
⑶成本高：浸泡式试验前需要把测试试样浸泡到冷却剂中，试验结束后，冷却剂不能回收，造成一定的经济损失；
⑷试验时间长：测试试样与试验夹具连接时，由于人为的因素，难免会发生试样脱落，若采用浸泡式，当试样脱落时，重新连接试验时，需要相当繁琐的过程，大大的浪费了试验时间。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有超导材料力学性能测试验设备的缺陷，提供了一种低温实验箱，以实现适用范围大、测量精度高、成本低与试验时间短的优点。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
超导材料力学性能测试用低温实验箱，包括箱体，所述箱体内为双层空间结构，其一层与液氮罐连接，并设有风循环系统和热补偿系统，另一层设有力学性能测试组件和温度传感器，温度传感器与温度控制箱电连接；双层空间结构之间通过风循环系统贯通连接。
所述风循环系统包括循环风机，其通过轴承与风机电机连接。
所述循环风机包括采用环氧材料制成的风机叶片，其出风口为双层空间结构的连接口。
所述热补偿系统包括补偿热电偶，补偿热电偶与温度控制箱电连接。
所述力学性能测试组件包括分别夹持在超导材料试样两端的上夹具体与下夹具体，设在所述下夹具体下端的下拉杆，以及自下向上依次配合设置在所述上夹具体上端的上拉杆、连接件与负荷传感器。
所述箱体为双层不锈钢体，层间填充有低导热系统发泡型绝缘体。
本发明超导材料力学性能测试用低温实验箱可以提供更加宽范围的温度力学测试环境，温度测试范围为从100℃～-196℃，包含了高温区(100℃)、低温区（<-120℃），超低温区（<-150℃）等多个温区；从而可以克服现有技术中适用范围小、测量精度低、成本高与试验时间长的缺陷，以实现适用范围大、测量精度高、成本低与试验时间短的优点。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为根据本发明超导材料力学性能测试用低温实验箱的结构示意图；
结合附图，本发明实施例中附图标记如下：
1-低温实验箱；2-风机电机；3-轴承；4-下拉杆；5-下夹具体；6-超导材料试样；7-上拉杆；8-连接件；9-负荷传感器；10-温度传感器；11-补偿热点偶；12-温度控制箱；13-液氮罐；14-液氮喷雾量控制装置；15-液氮热电偶。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1所示，根据本发明超导材料力学性能测试用低温实验箱，包括箱体1，所述箱体内为双层空间结构，其一层通过液氮喷雾量控制装置14与液氮罐13连接，并设有风循环系统和热补偿系统，另一层设有力学性能测试组件和温度传感器10，温度传感器10与温度控制箱12电连接，本实施例的温度传感器为PT100热电阻温度传感器；双层空间结构之间通过风循环系统贯通连接。箱体1为双层不锈钢体，层间填充有低导热系统发泡型绝缘体，这样可以使温度保持均匀，热波动较小，同时，大大节约了试验成本。
风循环系统包括循环风机16，其通过轴承3与风机电机2连接，循环风,16包括采用环氧材料制成的风机叶片，其出风口为双层空间结构的连接口。热补偿系统包括补偿热电偶11，补偿热电偶11与温度控制箱12电连接。
力学性能测试组件包括分别夹持在超导材料试样6两端的上夹具体与下夹具体5，设在下夹具体5下端的下拉杆4，以及自下向上依次配合设置在上夹具体上端的上拉杆7、连接件8与负荷传感器9。
在本实施例中，在液氮罐13的内部，设有与液氮罐13的输出口配合连接的液氮喷雾量控制装置14；在液氮罐13的内部，还设有液氮热电偶15，液氮热电偶15通过导线与温度控制箱12的连接。
箱体的前后双层结构设计，箱体的一层为超导材料试样以及温度传感器的放置空间，可检测箱体内的温度情况；在箱体的后面一层设置功率可调的风循环系统，在降温过程中，启动高功率的风循环系统，可以在短时间内使前层箱体的温度达到均匀，由于风循环系统在超导材料试样测试中会影响测试精度，因此在试验测试开始时，改调低功率的风循环，这样就可以既不影响试验的精度，又可以继续保持箱体内的温度。
通过温度控制箱，可以操控液氮罐中的热电耦加热，使液氮气化，达到加压的目的，进而使液氮罐中的液氮通过波纹管被喷雾到箱体中，并由循环风机输送到测试区，使得超导材料试样处于一个均匀温度场内。
测试时，温度控制箱可以根据温度传感器所测温度与给定的降温温度进行比对，并进行实时自动调节，以达到恒定降温速率。当达到设定工作温度后，液氮喷雾的工作状态势必不会立即停止，液氮的余量还会继续喷入箱体，这样，就会造成箱体内的温度会继续降低，而无法到达设定温度。区别于传统降温装置，本温度控制箱采用双补偿控制方式，即在箱体内安装有补偿热电偶，温度控制箱可以同时控制液氮罐中的液氮热电耦和箱体内的补偿热电偶，当达接近指定温度时，启动补偿热电耦加热，并且通过程序设定补偿热电偶的功率低于液氮喷雾的功率，因此可以很好的控制降温温度，防止了温度的过冲。
综上所述，本发明低温箱可以提供更加宽范围的温度力学测试环境，温度测试范围为从100℃～-196℃，包含了高温区(100℃)、低温区（<-120℃），超低温区（<-150℃）等多个温区；从而可以克服现有技术中适用范围小、测量精度低、成本高与试验时间长的缺陷，以实现适用范围大、测量精度高、成本低与试验时间短的优。。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.超导材料力学性能测试用低温实验箱，包括箱体，其特征在于：所述箱体内为双层空间结构，其一层与液氮罐连接，并设有风循环系统和热补偿系统，另一层设有力学性能测试组件和温度传感器，温度传感器与温度控制箱电连接；双层空间结构之间通过风循环系统贯通连接。
2.根据权利要求1所述的超导材料力学性能测试用低温实验箱，其特征在于：所述风循环系统包括循环风机，其通过轴承与风机电机连接。
3.根据权利要求2所述的超导材料力学性能测试用低温实验箱，其特征在于：所述循环风机包括采用环氧材料制成的风机叶片，其出风口为双层空间结构的连接口。
4.根据权利要求1所述的超导材料力学性能测试用低温实验箱，其特征在于：所述热补偿系统包括补偿热电偶，补偿热电偶与温度控制箱电连接。
5.根据权利要求1所述的超导材料力学性能测试用低温实验箱，其特征在于：所述力学性能测试组件包括分别夹持在超导材料试样两端的上夹具体与下夹具体，设在所述下夹具体下端的下拉杆，以及自下向上依次配合设置在所述上夹具体上端的上拉杆、连接件与负荷传感器。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的超导材料力学性能测试用低温实验箱，其特征在于：所述箱体为双层不锈钢体，层间填充有低导热系统发泡型绝缘体。
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