CN102507642A - 非金属材料耐热性测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非金属材料耐热性测试装置，包括底座、夹持机构、电加热装置、数据采集系统和中央处理器；数据采集处理系统包括温度传感组件、可见光传感器和烟雾传感器，中央处理器用于采集温度传感组件、可见光传感器和烟雾传感器的数据信号并向电加热装置的控制电路发出控制信号，本发明能够采集到非金属材料的燃烧温度，同时可以采集到非金属材料只产生烟雾(无明火)、爆燃(以明火为主)、烟火并存的三种燃烧状态，能够精确的得到非金属材料受热到燃烧的时间以及燃烧程度，并且能够综合的精确的采集到非金属材料的耐热数据，并对该数据进行分析，得出定性定量的测试结果，为非金属材料用于高温环境提供准确的理论依据。

Description

非金属材料耐热性测试装置

技术领域

本发明涉及一种材料测试装置，特别涉及一种用于对非金属材料进行耐热性测试的装置。

背景技术

非金属材料由非金属元素或化合物构成的材料，随着生产和科学技术的进步，尤其是无机化学和有机化学工业的发展，制造和合成了许多新型非金属材料，非金属材料因具有各种优异的性能，很多性能为金属材料所不及，从而在近代工业中的用途不断扩大，且应用范围迅速发展；广泛应用于化工、机械、医药以及军事、航天和国防领域等高温、高压、腐蚀、易燃易爆的场合；具有成本低、重量轻等优点。

非金属材料虽然具有上述优点，但是有些非金属材料对于使用环境的温度要求较高，在高温环境或者低温环境下使用，会出现物理性质的改变；特别是在有些使用场合，高温下的要求更为严格；比如用于制作炮弹药筒，在炮膛多次使用后会具有较高的温度，采用非金属材料制作的炮弹药筒如果不能耐受足够的高温或者耐受足够长时间的高温则会出现危险，酿成安全事故。因此，现有技术中，利用非金属材料制作用于高温环境下的部件，则需进行耐温时间等性能的测试，以保证非金属材料在应用中可靠，有足够的耐热时间。

现有技术中，对于非金属材料的耐热性测试较为普遍的采用加热后球压测试，得其物理性质的变化；或者，直接测试其在高温下自燃或软化的温度，通过直观观察得出结果，并没有定量或定性的结果；或者，测试功能较为单一，无法精确的把握非金属材料燃烧的时间和程度。

因此，需要一种用于测试非金属材料耐热性的测试装置，能够精确的得到非金属材料受热到燃烧的时间以及燃烧程度，并且能够综合的精确的采集到非金属材料的耐热数据，并对该数据进行分析，得出定性定量的测试结果，为非金属材料用于高温环境提供准确的理论依据。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的提供一种非金属材料耐热性测试装置，能够精确的得到非金属材料受热到燃烧的时间以及燃烧程度，并且能够综合的精确的采集到非金属材料的耐热数据，并对该数据进行分析，得出定性定量的测试结果，为非金属材料用于高温环境提供准确的理论依据。

本发明的非金属材料耐热性测试装置，包括底座、夹持机构、电加热装置、数据采集系统和中央处理器；

所述夹持机构包括滑块和夹持头，所述滑块可锁紧式滑动配合设置于底座，所述夹持头沿滑块可滑行方向固定设置于滑块且用于夹持被测试工件；

所述加热装置固定设置于底座并设置有用于容纳被测试工件的加热腔，所述加热腔设有正对滑块可滑行方向并用于使被测试工件进入的加热腔开口；

数据采集处理系统包括：

温度传感组件，设置于加热腔内用于检测被测试工件以及加热腔内壁温度信号；

可见光传感器，用于采集加热腔内被测试工件燃烧产生的可见光信号；

烟雾传感器，用于采集加热腔内被测试工件燃烧产生的烟雾信号；

所述中央处理器用于采集温度传感组件、可见光传感器和烟雾传感器的数据信号并向电加热装置的控制电路发出控制信号。

进一步，所述被测试工件为筒状结构，所述温度传感组件包括用于检测加热腔内表面温度信号的温度传感器I和用于检测被测试工件内表面温度信号的温度传感器II；

进一步，数据采集处理系统还包括用于检测滑块将被测试工件送入加热腔后所处位置的位置开关，所述位置开关将所采集的数据信号输送至中央处理器；

进一步，所述温度传感器I由电加热装置前端伸入加热腔，温度传感器II由被测试工件尾端伸入被测试工件内腔，所述温度传感器I和温度传感器II的数据线均为耐高温绝缘数据线；

进一步，所述烟雾传感器为红外对管结构，包括红外发射管和用于接收红外发射管所发射红外线的红外接收管，所述可见光传感器包括光纤头和设置于光纤头光入射端的凸透镜，所述凸透镜正对加热腔且通过加热腔正对红外发射管；所述光纤头出射端接有一入二出光纤，光纤一出射端接入光电倍增管后将信号输入中央处理器，光纤另一出射端接入红外接收管后将信号输入中央处理器；所述中央处理器的命令信号输入红外发射管的控制电路；

进一步，红外发射管位于电加热装置前端，所述凸透镜位于夹持头后端；

进一步，所述温度传感器I和温度传感器II分别被对应施加用于使其紧靠加热腔内表面和被测试工件内表面的预紧力；

进一步，所述滑块设有用于通过光纤和温度传感器II数据线的通道，所述夹持头设有用于安装凸透镜及光纤头的空腔，所述凸透镜通过该空腔直接正对被测试工件内腔；

进一步，所述加热装置通过两端对应设置的两个加热器座支撑于底座，位于前端的加热器座将加热腔封口，红外发射管和温度传感器I密封穿过且支撑于位于前端的加热器座；位于后端的加热器座开口且可与滑块紧贴密封；

进一步，电加热装置为可同轴外套于被测试工件的筒状结构，电加热装置外圆包有隔热层，隔热层与电加热装置之间设有隔热腔；所述滑块通过固定设置于底座上的轨道滑动配合设置于底座，所述滑轨前端位于工作位设有横向贯通的限位孔，一限位销横向穿过限位孔并插入滑块；所述底座上设有防止操作人员烧伤的防护板。

本发明的有益效果：本发明的非金属材料耐热性测试装置，采用在加热腔设置温度、可见光和烟雾传感器的结构，能够采集到非金属材料的燃烧温度，同时可以采集到非金属材料只产生烟雾(无明火)、爆燃(以明火为主)、烟火并存的三种燃烧状态，能够精确的得到非金属材料受热到燃烧的时间以及燃烧程度，并且能够综合的精确的采集到非金属材料的耐热数据，并对该数据进行分析，得出定性定量的测试结果，为非金属材料用于高温环境提供准确的理论依据。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明结构剖面示意图；

图2为本发明俯视图；

图3为本发明立体结构图；

图4为本发明控制原理框图。

具体实施方式

图1为本发明结构剖面示意图，图2为本发明俯视图，图3为本发明立体结构图，图4为本发明控制原理框图，如图所示：本实施例的非金属材料耐热性测试装置，包括底座1、夹持机构、电加热装置2、数据采集系统和中央处理器22；

所述夹持机构包括滑块9和夹持头11，所述滑块9可锁紧式滑动配合设置于底座1，所述夹持头11沿滑块9可滑行方向固定设置于滑块9且用于夹持被测试工件12；夹持头11根据被测试工件12的结构不同可采用不同的结构。即现有技术中用于夹持工件的机械结构、电磁夹具结构均能实现发明目的；本实施例中，被测试工件12为筒状结构，因而夹持头11可设有用于嵌入筒状结构筒体壁的嵌合槽，嵌入后达到较好的夹持定位效果；

所述加热装置2固定设置于底座1并设置有用于容纳被测试工件的加热腔21，所述加热腔21设有正对滑块9可滑行方向并用于使被测试工件进入的加热腔开口；

数据采集处理系统包括：

温度传感组件，设置于加热腔内用于检测被测试工件以及加热腔内壁温度信号；能够检测被测试工件内壁与与加热腔内壁之间的温差及变化，确定非金属试件燃烧时加热腔内壁及被测试工件内壁温度，从而以这个临界温度为准，来判定被测试工件的燃烧温度及耐热时间。

可见光传感器，用于采集加热腔内被测试工件燃烧产生的可见光信号；

烟雾传感器，用于采集加热腔内被测试工件燃烧产生的烟雾信号；

所述中央处理器22用于采集温度传感组件、可见光传感器和烟雾传感器的数据信号并向电加热装置2的控制电路2a发出控制信号；中央处理器22一般包括数据采集卡及计算机，属于现有的信号传输和接收方式。

实际使用时，可设置烟雾传感器和可见光传感器数值达到峰值的一定比例(计算机内可设置)作为烟雾和明火出现的标志，即判定为燃烧(可以根据情况设定判定标准。

本实施例中，所述被测试工件12为筒状结构，所述温度传感组件包括用于检测加热腔21内表面温度信号的温度传感器I 4和用于检测被测试工件12内表面温度信号的温度传感器II 13，能够分别得出被测试工件12内壁从进入加热腔至燃烧时温度变化过程，为获得被测试工件12的耐热性能参数提供全面的理论数据；同时获得该被测试工件12内外壁之间的温差变化数值，为耐热性试验提供更为全面的数据。

本实施例中，数据采集处理系统还包括用于检测滑块9将被测试工件12送入加热腔21后所处位置的位置开关20，所述位置开关20将所采集的数据信号输送至中央处理器22；位置开关20可采用现有技术的触点式位置开关或者红外等非触点式位置开关，均能实现发明目的，本实施例采用触点式位置开关，如图所示，设置于与滑块运动相对应处，当滑块9压住触点式位置开关20，则触发电路；操作过程中，当电加热装置2的加热腔21加热到设定的温度时(由温度传感器I 4测得)，将被测试工件12(可燃非金属试件)放置在加热腔21内设定的位置，同时位置开关20被触发，向中央处理器22发出信号，温度传感组件、可见光传感器和烟雾传感器开始采集数据，中央处理器22自带有数据采集卡实时采集相关数据并由中央处理器(可理解为中央处理器包括数据采集卡和计算机)进行处理计算，判断被测试工件的受热状态，当判定可燃非金属试件燃烧时，则给出停止信号，该信号可通过中央处理器22通过报警的方式给出，此时被测试工件12退出加热腔21。

本实施例中，所述温度传感器I 4由电加热装置2前端伸入加热腔21，温度传感器II由被测试工件12尾端伸入被测试工件内腔，前为被测试工件12进入加热腔的行进方向；所述温度传感器I 4和温度传感器II 13的数据线均为耐高温绝缘数据线；保证各个数据采集构件之间不发生干扰，并且保证温度传感器I 4和温度传感器II 13的正常工作。

本实施例中，所述烟雾传感器为红外对管结构，包括红外发射管6和用于接收红外发射管所发射红外线的红外接收管，所述可见光传感器包括光纤头10和设置于光纤头光10入射端的凸透镜23，所述凸透镜23正对加热腔21且通过加热腔21正对红外发射管6；所述光纤头10出射端接有一入二出光纤，光纤一出射端接入光电倍增管后将信号输入中央处理器22，光纤另一出射端接入红外接收管后将信号输入中央处理器22；所述中央处理器22的命令信号输入红外发射管6的控制电路6a；本实施例的红外接收管以及一入二出光纤图中没有表示，属于现有的光传输光路技术，在此不再赘述；可见光和烟雾信号的获取都是以光信号来进行判断的，以不同的光波波段信号加以区分，通过一根一入两出光纤分别传给光电倍增管和红外接收管，具有较高的灵敏度，并且信号采集贯穿整个加热腔，避免采集不到烟雾的现象，从而提高实验结果较的准确性。

本实施例中，红外发射管6位于电加热装置2前端，所述凸透镜23位于夹持头11后端；红外发射管6安装在石英玻璃管上，其发射的信号经过加热腔21、凸镜聚23后，经光纤传给红外接收管；在没有烟雾的时候，烟雾传感器的信号是最大值，当有烟雾时，其信号则会减小(减小的数值与烟雾的浓度相关)，以此来判断烟雾的产生和大小；结构简单紧凑，并且通过调整红外发射管6与凸透镜23之间的方位，能够保证被测试工件12在加热腔中的位置；在实际操作中，需要先进行红外发射管试采信号调试，一般信号较强时才开始采集信号。

本实施例中，所述温度传感器I 13和温度传感器II 4分别被对应施加用于使其紧靠加热腔内表面和被测试工件内表面的预紧力；预紧力一般采取对温度传感器I 13和温度传感器II 4采用弹性支承件进行安装以达到目的，温度传感器I 13的弹性支承向加热腔21内表面弯曲，温度传感器II 4的弹性支承向被测试工件12内表面弯曲，当温度传感器I 13和温度传感器II 4位于工作位时，由于弹性支承件的弯曲预紧力，靠向对应的表面(内表面和外表面)，达到靠紧的目的，从而使检测结果准确；当然，预紧力可由另外弹性件实现。

本实施例中，所述滑块9设有用于通过光纤和温度传感器II 13数据线的通道8，如图所示，该通道可分为与光纤和温度传感器II 13数据线对应的独立通道，也可以是一体的通道，均不影响本发明的目的的实现；所述夹持头11设有用于安装凸透镜23及光纤头10的空腔24，所述凸透镜23通过该空腔24直接正对被测试工件12内腔；结构简单紧凑，测的结果具有较高的准确性。

本实施例中，所述加热装置2通过两端对应设置的两个加热器座支撑于底座1，位于前端的加热器座7将加热腔22封口，红外发射管6和温度传感器I 4密封穿过且支撑于位于前端的加热器座7，如图所示，同时，加热腔21外设置用于支撑红外发射管6和温度传感器I 4的支撑板17，增加支撑稳定性；位于后端的加热器座15开口且可与滑块9紧贴密封，使用时，滑块9沿导轨滑动至位于后端的加热器座15，此时被测试工件12进入加热腔21，滑块9前端面与位于后端的加热器座15后端面密封贴合，可设置必要的密封件；如图所示，位于前端的加热器座7和位于后端的加热器座15均固定设置于底座1，可采用螺栓连接也可以使焊接或铆接。

本实施例中，电加热装置2为可同轴外套于被测试工件的筒状结构，电加热装置2外圆包有隔热层3，所述滑块9通过固定设置于底座1上的轨道14滑动配合设置于底座1，如图所示，滑块9设有用于手动驱动其往复滑动的拉手18；所述滑轨14前端位于工作位设有横向贯通的限位孔19，一限位销(图中没有表示)横向穿过限位孔19并插入滑块9，限位方式简洁方便，以免滑块9后移；或者直接挡在滑块9前端，避免过多向前，造成设备损坏。所述底座1上设有防止操作人员烧伤的防护板(图中没有表示)，可根据人的操作方位设置；隔热层3采用石棉瓦，隔热层3与电加热装置2之间设有隔热腔16，电加热装置2与位于前端的加热器座7和位于后端的加热器座15之间分别设有隔热陶瓷环，达到较好的隔热效果。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种非金属材料耐热性测试装置，其特征在于：包括底座、夹持机构、电加热装置、数据采集系统和中央处理器；

所述夹持机构包括滑块和夹持头，所述滑块可锁紧式滑动配合设置于底座，所述夹持头沿滑块可滑行方向固定设置于滑块且用于夹持被测试工件；

所述加热装置固定设置于底座并设置有用于容纳被测试工件的加热腔，所述加热腔设有正对滑块可滑行方向并用于使被测试工件进入的加热腔开口；

数据采集处理系统包括：

温度传感组件，设置于加热腔内用于检测被测试工件以及加热腔内壁温度信号；

可见光传感器，用于采集加热腔内被测试工件燃烧产生的可见光信号；

烟雾传感器，用于采集加热腔内被测试工件燃烧产生的烟雾信号；

所述中央处理器用于采集温度传感组件、可见光传感器和烟雾传感器的数据信号并向电加热装置的控制电路发出控制信号。

2.根据权利要求1所述的非金属材料耐热性测试装置，其特征在于：所述被测试工件为筒状结构，所述温度传感组件包括用于检测加热腔内表面温度信号的温度传感器I和用于检测被测试工件内表面温度信号的温度传感器II。

3.根据权利要求2所述的非金属材料耐热性测试装置，其特征在于：数据采集处理系统还包括用于检测滑块将被测试工件送入加热腔后所处位置的位置开关，所述位置开关将所采集的数据信号输送至中央处理器。

4.根据权利要求3所述的非金属材料耐热性测试装置，其特征在于：所述温度传感器I由电加热装置前端伸入加热腔，温度传感器II由被测试工件尾端伸入被测试工件内腔，所述温度传感器I和温度传感器II的数据线均为耐高温绝缘数据线。

5.根据权利要求4所述的非金属材料耐热性测试装置，其特征在于：所述烟雾传感器为红外对管结构，包括红外发射管和用于接收红外发射管所发射红外线的红外接收管，所述可见光传感器包括光纤头和设置于光纤头光入射端的凸透镜，所述凸透镜正对加热腔且通过加热腔正对红外发射管；所述光纤头出射端接有一入二出光纤，光纤一出射端接入光电倍增管后将信号输入中央处理器，光纤另一出射端接入红外接收管后将信号输入中央处理器；所述中央处理器的命令信号输入红外发射管的控制电路。

6.根据权利要求5所述的非金属材料耐热性测试装置，其特征在于：红外发射管位于电加热装置前端，所述凸透镜位于夹持头后端。

7.根据权利要求6所述的非金属材料耐热性测试装置，其特征在于：所述温度传感器I和温度传感器II分别被对应施加用于使其紧靠加热腔内表面和被测试工件内表面的预紧力。

8.根据权利要求7所述的非金属材料耐热性测试装置，其特征在于：所述滑块设有用于通过光纤和温度传感器II数据线的通道，所述夹持头设有用于安装凸透镜及光纤头的空腔，所述凸透镜通过该空腔直接正对被测试工件内腔。

9.根据权利要求8所述的非金属材料耐热性测试装置，其特征在于：所述加热装置通过两端对应设置的两个加热器座支撑于底座，位于前端的加热器座将加热腔封口，红外发射管和温度传感器I密封穿过且支撑于位于前端的加热器座；位于后端的加热器座开口且可与滑块紧贴密封。

10.根据权利要求9所述的非金属材料耐热性测试装置，其特征在于：电加热装置为可同轴外套于被测试工件的筒状结构，电加热装置外圆包有隔热层，隔热层与电加热装置之间设有隔热腔；所述滑块通过固定设置于底座上的轨道滑动配合设置于底座，所述滑轨前端位于工作位设有横向贯通的限位孔，一限位销横向穿过限位孔并插入滑块；所述底座上设有防止操作人员烧伤的防护板。

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