CN102661964B - 一种基于氧乙炔的特种环境材料响应在线测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于氧乙炔的特种环境材料响应在线测试装置，由氧乙炔试验平台，乙炔瓶、减压阀、压力表、流量计、调节阀、限流阀、氧乙炔喷枪、轴承、特种环境材料试样、密封隔热胶垫、夹具、氧气瓶、滤光片支架、解码放大器、激光位移传感器、控制器、变换器、热电偶传感器、数据采集仪、固定支架、滤光片、比色高温计、三维调节云台和三脚架组成。本发明可实现氧乙炔试验过程中对被测特种环境材料表面温度、内部温度以及应变进行在线测试、且能够方便地进行参数调节。以氧乙炔装置为核心，辅以支撑子系统和多种特种环境材料响应在线检测和监控设备，建立廉价、操作方便、测试范围宽。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种试验装置，具体地说是一种基于氧乙炔的特种环境材料响应在线测试装置。
背景技术
超高温防／隔材料、红外透波等特种环境材料的表征和评价需要一系列的地面模拟和材料响应在线测试方法和装置，主要的地面模拟设备有风洞、电弧加热器、氧乙炔等；材料响应在线测试装置主要包括：红外热成像仪、比色高温计、热电偶测量材料表面温度，内部分层温度；应变片，激光引伸计测量材料应变。
高超声速风洞、激波风洞以及电弧加热器等地面模拟设备受到使用范围局限、设备安装调试复杂、试验成本高等诸多限制，很难进行简单的实验室操作和大规模的实验研究。氧乙炔装置可用以评价特种材料热冲击、烧蚀性能，并且运行时间长、模拟范围广、操作方便，在特种环境材料热冲击、烧蚀机理研究方面具有独特的优越性。
地面模拟环境下材料的响应特性将为特种环境材料的优化设计，真实服役环境下的响应测试与研究提供试验支撑和试验基础，因此地面模拟试验过程中特种环境材料响应的在线测量对材料抗热冲击、烧蚀及高温力学性能的评价与表征具有重大意义。然而，由于以氧乙炔为代表的地面模拟装置，受到高温、压力等诸多恶劣试验环境的限制，传统的接触式在线测试装置不能满足试验要求，对于特种环境材料表面温度、应变的在线测试需要采用非接触式在线测量装置。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于氧乙炔的特种环境材料响应在线测试装置。
本发明的目的是这样实现的：一种基于氧乙炔的特种环境材料响应在线测试装置，由氧乙炔试验平台，乙炔瓶、减压阀、压力表、流量计、调节阀、限流阀、氧乙炔喷枪、轴承、特种环境材料试样、密封隔热胶垫、夹具、氧气瓶、滤光片支架、解码放大器、激光位移传感器、控制器、变换器、热电偶传感器、数据采集仪、固定支架、滤光片、比色高温计、三维调节云台和三脚架组成，乙炔瓶上设有减压阀，乙炔瓶上的减压阀通过管道与限流阀连接，管道上设有压力表、流量计和调节阀，氧气瓶上设有减压阀，氧气瓶上的减压阀通过管道与限流阀连接，管道上设有压力表、流量计和调节阀，限流阀与氧乙炔喷枪连接，氧乙炔喷枪通过轴承与固定支架连接，夹具内设有密封隔热胶垫，特种环境材料试样被夹在密封隔热胶垫内，特种环境材料试样的背面设有热电偶传感器，热电偶传感器通过数据线与变化器连接，变化器通过数据线与数据采集仪连接，两个传感器通过隔热夹具固定于试验台上，两个传感器通过数据线与控制器连接，控制器通过数据线与数据采集仪连接，三维调节云台下面设置有三脚架，比色高温计放置在三维调节云台上，比色高温计和特种环境材料试样之间设有两个滤光片支架，滤光片支架上设有滤光片，比色高温计通过滤光片捕捉特种环境材料试样表面温度响应信号，比色高温计通过数据线与解码放大器连接，解码放大器通过数据线与数据采集仪连接，特种环境材料试样背面热电偶传感器夹具中，热电偶传感器输出信号经热电偶传输至变换器，由数据采集仪实时采集内部温度数据，激光位移传感器置于特种环境材料试样背面，两激光位移传感器通过隔热夹具固定于试验台上垂直放置，通过移动与试样距离调节特种环境材料试样表面待测区域位置，输出应变数据通过光纤与控制器相连，经过工业接口传输至数据采集仪，比色高温计置于三维调节云台由三脚架固定，通过滤光片捕捉环境材料试样表面温度响应信号，输出信号经解码放大器传输至数据采集仪，整个材料响应在线控制由数据采集仪通过软件统一控制，同时获得被测材料表面温度、内部温度及应变相应数据。
本发明可实现氧乙炔试验过程中对被测特种环境材料表面温度、内部温度以及应变进行在线测试、且能够方便地进行参数调节。以氧乙炔装置为核心，辅以支撑子系统和多种特种环境材料响应在线检测和监控设备，建立廉价、操作方便、测试范围宽。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明内部温度传感器封装结构图；
图3、图4和图5为ZnS红外窗口材料不同状态下表面温度及内部温度历程图；
图6为ZnS红外窗口材料不同热流密度下应变图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1所示，一种基于氧乙炔的特种环境材料响应在线测试装置由氧乙炔试验平台，乙炔瓶1、减压阀2、压力表3、流量计4、调节阀5、限流阀6、氧乙炔喷枪7、轴承8、特种环境材料试样9、密封隔热胶垫10、夹具11、氧气瓶12、滤光片支架13、解码放大器14、激光位移传感器15、控制器16、变换器17、热电偶传感器18、数据采集仪19、固定支架20、滤光片21、比色高温计22、三维调节云台23和三脚架24组成，其特征在于：乙炔瓶1上设有减压阀2，乙炔瓶上的减压阀2通过管道与限流阀6连接，管道上设有压力表3、流量计4和调节阀5，氧气瓶上设有减压阀2，氧气瓶上的减压阀2通过管道与限流阀6连接，管道上设有压力表3、流量计4和调节阀5，限流阀6与氧乙炔喷枪7连接，氧乙炔喷枪7通过轴承8与固定支架20连接，夹具11内设有密封隔热胶垫10，特种环境材料试样9被夹在密封隔热胶垫10内，特种环境材料试样9的背面设有热电偶传感器18，热电偶传感器18通过数据线与变化器17连接，变化器17通过数据线与数据采集仪19连接，两个传感器15通过隔热夹具固定于试验台上，两个传感器15通过数据线与控制器16连接，控制器16通过数据线与数据采集仪19连接，三维调节云台23下面设置有三脚架24，比色高温计22放置在三维调节云台23上，比色高温计22和特种环境材料试样9之间设有两个滤光片支架13，滤光片支架13上设有滤光片21，比色高温计22通过滤光片21捕捉特种环境材料试样9表面温度响应信号，比色高温计22通过数据线与解码放大器14连接，解码放大器14通过数据线与数据采集仪19连接。
结合图1和图2，氧乙炔气体通过氧气、乙炔瓶经减压阀，压力表，流量计，调节阀，限流阀与氧乙炔喷枪相连，通过调节支杆固定在试验台上，绕轴承实现360°旋转，并通过调节流量计控制氧气乙炔的进气量实现热流密度的调节。特种环境材料试样、传感器封装于专用夹具中，传感器输出信号经热电偶传输至变化器，由数据采集仪实时采集内部温度数据。激光位移传感器置于试样背面，两传感器通过隔热夹具固定于试验台上垂直放置，通过移动与试样距离调节试样表面待测区域位置，输出数据通过光纤与控制器相连，通过工业接口传输至数据采集仪。比色高温计置于三维调节云台由三脚架固定，通过滤光片捕捉材料表面温度响应信号，输出信号经放大和解码器传输至数据采集仪。整个材料响应在线控制由数据采集仪通过专用软件统一控制，获得被测材料表面温度、内部温度及应变响应数据。
本发明的工作流程是：首先将传感器置于特种材料试件待测位置，通过专用夹具隔热封装后装配到试件台架，调节台架与氧乙炔喷嘴之间的距离，三脚架和激光传感器隔热夹具位置以满足试验要求。开启氧乙炔气瓶和供气阀门，将工作气体的送入。开启数据采集仪，通过中央控制系统调节红外比色高温计、激光位移传感器及内置传感器参数；调节流量计控制进气比例后点火，形成氧乙炔射流，经喷枪流出，对试件进行试验。试验结束后，关闭气瓶及阀门，通过数据采集仪获得试验响应数据。
采用ZnS红外窗口材料制作的试验试样，尺寸为Φ30×20mm3。将抛光后封装后试样装夹于夹具中，然后固定于装夹台上，水平烧蚀角度为0°，垂直烧蚀角度为90°；调整三维定位平台，喷嘴至试样横向距离为10mm，喷嘴中心与试样中心重合。控制调节阀和减压阀，试样表面温度、内部温度如图3至图5所示，应变响应如图6所示。
试验测试表明，本发明可以实现特种环境材料表面温度250-3000℃，内部温度0-1500℃、应变精度0.1％的在线响应测试，能够满足特种环境材料高温热冲击、超高温烧蚀试验及部分使用性能地面模拟试验的要求。
Claims (1)
1.一种基于氧乙炔的特种环境材料响应在线测试装置，由氧乙炔试验平台，乙炔瓶(1)、减压阀(2)、压力表(3)、流量计(4)、调节阀(5)、限流阀(6)、氧乙炔喷枪(7)、轴承(8)、特种环境材料试样(9)、密封隔热胶垫(10)、夹具(11)、氧气瓶(12)、滤光片支架(13)、解码放大器(14)、激光位移传感器(15)、控制器(16)、变换器(17)、热电偶传感器(18)、数据采集仪(19)、固定支架(20)、滤光片(21)、比色高温计(22)、三维调节云台(23)和三脚架(24)组成，其特征在于：乙炔瓶(1)上设有减压阀(2)，乙炔瓶上的减压阀(2)通过管道与限流阀(6)连接，管道上设有压力表(3)、流量计(4)和调节阀(5)，氧气瓶上设有减压阀(2)，氧气瓶上的减压阀(2)通过管道与限流阀(6)连接，管道上设有压力表(3)、流量计(4)和调节阀(5)，限流阀(6)与氧乙炔喷枪(7)连接，氧乙炔喷枪(7)通过轴承(8)与固定支架(20)连接，夹具(11)内设有密封隔热胶垫(10)，特种环境材料试样(9)被夹在密封隔热胶垫(10)内，特种环境材料试样(9)的背面设有热电偶传感器(18)，热电偶传感器(18)通过数据线与变化器(17)连接，变化器(17)通过数据线与数据采集仪(19)连接，两个传感器(15)通过隔热夹具固定于试验台上，两个传感器(15)通过数据线与控制器(16)连接，控制器(16)通过数据线与数据采集仪(19)连接，三维调节云台(23)下面设置有三脚架(24)，比色高温计(22)放置在三维调节云台(23)上，比色高温计(22)和特种环境材料试样(9)之间设有两个滤光片支架(13)，滤光片支架(13)上设有滤光片(21)，比色高温计(22)通过滤光片(21)捕捉特种环境材料试样(9)表面温度响应信号，比色高温计(22)通过数据线与解码放大器(14)连接，解码放大器(14)通过数据线与数据采集仪(19)连接，特种环境材料试样(9)背面热电偶传感器(18)夹具(11)中，热电偶传感器(18)输出信号经热电偶传输至变换器(17)，由数据采集仪(19)实时采集内部温度数据，激光位移传感器(15)置于特种环境材料试样(9)背面，两激光位移传感器(15)通过隔热夹具固定于试验台上垂直放置，通过移动与试样距离调节特种环境材料试样(9)表面待测区域位置，输出应变数据通过光纤与控制器(16)相连，经过工业接口传输至数据采集仪(19)，比色高温计(22)置于三维调节云台由三脚架(24)固定，通过滤光片(21)捕捉环境材料试样(9)表面温度响应信号，输出信号经解码放大器(14)传输至数据采集仪(19)，整个材料响应在线控制由数据采集仪通过软件统一控制，同时获得被测材料表面温度、内部温度及应变相应数据。
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