CN103760035A - 一种高温试验仪的动态密闭的自动形变测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温试验仪的动态密闭的自动形变测试系统，其试验炉为密封的炉体（14），在炉体（14）上设置有通入保护性气氛的通气装置和抽真空装置，在炉体（14）上还设置有用于测量形变的位移传感器装置，其包括位移传感器（26）以及测量杆（10），测量杆（10）一端接触试样(12)，另一端设置在测量套（16）上，测量套（16）通过弹簧和位移传感器（26）连接，在测量套（16）外部以及位移传感器（26）外设置密封机构，所述的密闭机构设置在炉体（14）外部的移动框架（22）内，移动框架（22）一侧设置有用于驱动移动框架（22）的驱动机构。本发明解决了高温试验仪的自动形变测试系统在动态运作状态下的密封问题，实现了多试样连续形变测量时位移传感装置的驱动、调节，方便可靠。

Description

一种高温试验仪的动态密闭的自动形变测试系统

技术领域

本发明属测试仪器类，涉及一种位移测量系统，特别是高温试验仪的动态密闭的自动形变测试系统。

背景技术

材料的高温压应变、三点弯曲应力应变、荷重软化温度、压蠕变、热膨胀等与形变相关的测试技术，均需要测试材料在受热、受力、时间持续等作用下的形变。

高温三点弯曲应力-应变，是在一定的温度下，以一定的恒应力或恒位移增加速率向试样施加三点弯曲应力，试样随应力的增加，会产生弯曲形变，试样的三点弯曲应力-应变具有相互关联和依存关系。

高温压应力-应变，是在一定的温度下，以一定的恒应力或恒位移增加速率向试样施加压应力，试样随应力的增加，会产生压缩形变，试样的压应力-应变具有相互关联和依存关系。同样的，试样的拉伸、扭曲、剪切等的应力-应变，也具有相互关联和依存关系。

荷重软化温度，在恒定的载荷和升温速率下，圆柱体试样受荷重和高温的共同作用下产生形变，测定其规定变形程度的相应温度。

压蠕变，一个给定尺寸的试样，在恒定的压应力下以一定的升温速率加热并达到设定的温度，记录试样在恒定温度下随着时间而产生的高度方向上的变形量以及相对于试样原始高度的百分变化率。

热膨胀，以规定的升温速率将试样加热到预定的试验温度，测试试样随温度升高的长度变化值，该值与试样原始长度的比率，即为试样的线膨胀率，线膨胀率与其温度范围温度差值的比率，即为该温度范围的平均线膨胀系数。

测定高温条件下材料的应力-应变、在负荷-温度-时间共同作用下的温度-形变曲线（荷软、热膨胀）、时间-形变曲线（蠕变），可以反映出温度、负荷、时间对于制品的矿物组成、组织结构、晶形转变的影响，可以测算材料的弹性模量、泊松比、抗热震性等，可以预测制品的使用性能，可以判定生产工艺的改进方向。

目前，应力-应变试验机（或测试仪）、荷软仪（试验机）、蠕变仪（试验机）、热膨胀仪（测试仪、分析仪）用于测试形变的位移测量系统或机构，基本能够满足自然空气条件下的性能测试与评价的需求。

大多数碳复合耐火材料在氧化气氛下，其表面在450℃即缓慢氧化，然后经过氧气的扩散和界面反应，逐渐使制品表面氧化、疏松、蚀损。从而试验数据会产生误差。因此，在测定碳复合耐火材料的形变时，防护碳复合耐火材料试样不被氧化，真实反映其高温性能，那么研制可防止试样氧化的技术就特别重要。

在工业炉中，不仅含碳材料受到氧化的威胁，在氮气、氢气、一氧化碳、氨气、二氧化碳、二氧化硫等多种气氛下也会发生结构、成分、晶相转变等的变化，从而引起其性能的改变。

到目前为止，尚没有报道含碳材料承受负荷-温度-时间共同作用下的形变测量系统，更没有适用多块试样连续测试的动态防氧化的形变测量系统。因此，研究可控气氛下，材料应力-应变、在负荷-温度-时间共同作用下的温度-形变曲线（荷软、热膨胀）、时间-形变曲线（蠕变）就显得特别重要。特别是可控气氛下，适宜多种试样连续使用的动态密闭自动测量形变系统，则变成了研发的焦点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有试验仪（或试验机）易使试样氧化，不能满足多种气氛条件试验的不足，提供一种高温试验仪的动态密闭的自动形变测试系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：所述的高温试验仪的动态密闭的自动形变测试系统，其试验炉为密封炉体，在炉体上设置有通入保护性气氛的通气装置和抽真空装置，在炉体上还设置有用于自动测量形变的位移传感器装置，该自动形变测试系统包括位移传感器及测量杆，测量杆一端接触试样，另一端设置在测量套上，测量套通过弹簧和位移传感器连接，在测量套外部以及位移传感器外设置密封机构，所述的密闭机构设置在炉体外部的移动框架内，移动框架一侧设置有用于驱动移动框架的驱动机构。

所述的密闭机构包括密封套、密封圈a、密封圈b、水套及压帽，所述的密封套为耐热管体，设置在测量套的外部，其一端设置有可使测量杆自由移动的开孔，其另一端的内部设有凹槽，凹槽内设置密封圈b，位移传感器上部外侧与密封套内壁通过密封圈b滑动密闭连接；所述的水套和炉体连接，设置在密封套的外围，密封套与水套之间设置密封圈a，密封圈a外设置压帽，密封套中部外侧与移动框架连接。

所述的驱动机构包括驱动电机、丝杠、导向块a、导向杆等，其驱动电机安装在电机座上，驱动电机上端连接丝杠，丝杠的另一端通过轴承、轴承座固定机架上；导向块ａ一侧中部设有的通孔，通孔内壁为丝母，丝母与丝杠组成丝杠副，丝杠穿过导向块ａ；导向块a的另一侧设置有导向孔，导向孔内安装导向杆a，导向杆a的上顶端通过固定座固定在机架上；所述导向块a一侧和移动框架连接。

所述的移动框架内设置有一导向块b，导向块b中部设置有通孔，位移传感器的主体穿过导向块b的通孔并紧固之，在导向块b一侧上设置有导向孔，在导向孔内设置导向杆b，在导向块b另一侧设置有螺孔，螺孔内设置有调节螺杆，调节螺杆的外端为旋钮。

所述的位移传感器的末端为输入、输出电信号的位移传感器密闭体，该密闭体可以是一个机构，也可以是在位移传感器末端填充的密闭材料。

本发明的优点：①解决了高温试验仪的自动形变测试系统在动态运作状态下的密封问题，与其原已实现密封的试验炉炉体组成了完全的密闭体系，实现了试验炉内气氛在动态运作状态下的可控和形变的科学测量。②实现了试样形变信息的自动采集、记录、处理。③实现了多试样连续形变测量时位移传感装置的驱动、调节，方便可靠。④水冷却系统保证了位移传感器和密封材料的工作环境温度，从而提高了测试的准确性和密封材料的使用寿命。

附图说明

附图1是本发明实施例1的结构示意图。

附图2是本发明实施例2的结构示意图。

附图3是本发明实施例3的结构示意图。

图中，1、驱动电机，2、电机座，3、丝杠，4、导向杆a，5、导向块a，6、固定座，7、轴承，8、轴承座，9、水套，10、测量杆，11、导轨，12、试样，13、压棒，14、炉体，15、密封套，16、测量套，17、密封圈a，18、机架，19、压帽，20、弹簧，21、密封圈b， 22、移动框架，23、导向杆b， 24、导向块b， 25、调节螺杆，26、位移传感器，27、位移传感器密闭体。

具体实施方式

结合附图1、附图2、附图3，说明本发明的具体实施方式。

实施例1 

本实施例1为一种可控气氛高温三点弯曲六试样应力-应变试验仪的自动形变测试系统。

试验仪的高温试验炉炉体14为密封炉体，即金属外壳采用满焊工艺封闭全部接缝，炉口及其他需开启的部分以密封圈、金属卡件紧固密封，试验炉系统设置有通入保护性气氛的通气装置、抽真空装置、压力真空表、测温热电偶等。在试验炉内装载六块条状试样12，并且使第一块条状试样12下表面中心部位下方安装测量形变的位移传感器测量杆10，本实施例1的方案为，在位移传感器装置的外围设置密封机构，所述的密封机构设置在炉体14外部的移动框架22上，移动框架22一侧与向块a 5连接，向块a 5上设置有用于驱动向块a 5的驱动机构。

所述的位移传感器装置，包括位移传感器26以及测量杆10，测量杆10一端（上端）接触试样12下表面中心部位，测量杆10的下端深入测量套16上半截腔的底部，测量套16是一根上半截成腔体、下半截成实体的棒体，其下端中心部位接触位移传感器26，该中心部位的四周、位移传感器26的外围设置有弹簧20，弹簧20的下端坐落在位移传感器26外侧台面上，位移传感器26的末端为输出电信号的位移传感器密闭体27。

所述的密封机构包括密封套15、密封圈a 17、密封圈b 21、水套9及压帽19，所述的密封套15为耐热管体，设置在测量套16的外部，其一端设置有可使测量杆10自由移动的开孔，其另一端的内部设有凹槽，凹槽内设置密封圈b 21，位移传感器26上部外侧与密封套15内壁通过密封圈b 21滑动密闭连接；所述的水套9设置在测量杆10下半段的外围，固定在炉体14上；水套9与密封套15 之间设置密封圈a 17，密封圈a 17外设置压帽19，密封套15的上端部穿越该密封圈a 17，适当调节压帽19挤压密封圈a 17，在水套9和密封套15上端部形成既可上下移动，又可隔离气体流通的动态密闭。密封套15中部外侧与移动框架22连接。

所述的驱动机构，包括驱动电机 1、丝杠3、导向块a 5、导向杆ａ 4；导向块a 5一侧设置有导向孔，导向孔内设置导向杆a 4，导向杆a 4通过固定座6固定在机架18上；导向块a 5中部有通孔，其内壁为与丝杠3组成丝杠副的丝母，丝杠3的一端通过轴承7、轴承座8固定在机架18上，丝杠3的另一端连接驱动电机1，驱动电机1安装在电机座2上；所述导向块a 5一侧和移动框架22连接，电机座2的下底部坐落在机架18的边框上。

所述的移动框架内设置有调节机构，其包括一个导向块b 24，导向块b 24中部设置有通孔，位移传感器26主体穿过导向块b 24的通孔并紧固之，在导向块b 24一侧上设置有导向孔，在导向孔内设置导向杆b 23，在导向块b 24另一侧设置有螺孔，螺孔内设置有调节螺杆25，调节螺杆25的外端为手动旋钮，另一端以轴承、轴承座或铜套固定在移动框架22上。

工作要点：

①   以水套9、密封圈a 17、压帽19、密封套15、密封圈b 21使测

量杆10、测量套16、弹簧20、位移传感器26组成的位移传感器装置密封起来。

②启动驱动电机1，带动丝杠3，带动导向块a 5沿导向杆a 4上下移动，导向块a 5带动与其连为一体的移动框架22上下移动，移动框架22内设置的位移传感装置、调节机构也一起上下移动，直至位移传感器装置的测量杆10的顶端接近试样12的下表面中点。

②   扭动调节螺杆25的外端手动旋钮，使与其成螺杆副的导向块b 24

沿导向杆b 23上下移动，导向块b 24带动位移传感器26微调地上下移动，使测量杆10的顶端刚好接触第一块试样12的下表面，并使位移传感器26处在最佳的位置（如2mm处）。

③   按序放置好6块试样12，关闭炉门，开启真空泵，使炉内的真度

达到-0.06MPa，保持5min，徐徐启动试验炉的通入保护性气体装置，使试验炉内充入预设的气氛，当炉压达到0.06MPa时，保持5min，适当打开出气阀，继续徐徐供气，使炉内保持微正压。

④   启动试验炉的加热、控温系统，使炉内达到试验温度。

⑤   启动加载机构，自动启动动态密闭的自动位移测量系统，压头与

测量杆10接触到试样12后，测试系统开始精密加载和形变测量，达到预设目标后结束当前实验，保存数据。准备进行第二块试样的应力-应变数据测试。

⑥  保持炉温、炉压，提升加荷装置，下降动态密闭的自动位移测量

系统，使测量杆10上端部离开第一块试样12下表面，到达合适的位置，启动推样机构，将第二块试样送入加荷和形变测量位置。加压系统自动下降，位移测量系统自动上升，压头与测量杆10接触到第二块试样12后，测试系统开始精密加载和形变测量，达到预设目标后结束当前实验，保存数据。再准备进行下一个试样的测试。

⑦  循环步骤                                                

，直到6块试样测试完毕。自动或手动打印报告。

⑧  关闭电源，继续通气、通水，直到炉温下降到预设温度后，水和

气自动或手动关闭。实验结束。

实施例2

本实施例2为一种可控气氛高温荷软蠕变试验仪的自动形变测试系统。是在实施例1的基础上，其试样按国家标准GB/T5989-2008《耐火材料 荷重软化温度试验方法  示差升温法》，为中心带通孔的圆柱状试样12，圆柱状试样12的上下端面垫有垫片，上垫片无孔，下垫片带有同样大小的中心孔，下垫片置于按标准设置的同样带有中心孔的下支撑棒上，测量杆10的上端通过下支撑棒、下垫片和圆柱状试样12的中心孔，接触上垫片的下表面。

工作要点：

在带中心孔的下支棒上放置好带中心孔的下垫片，在下垫片上放置试样12，试样12上放置上垫片，在上垫片上放置上压棒，向上压棒上施加实验预定的负荷，启动驱动电机1，带动丝杠3，带动导向块a 5沿导向杆a 4上下移动，导向块a 5带动与其连为一体的移动框架22上下移动，移动框架22内设置的位移传感装置、调解机构也一起上下移动，直至位移传感器装置的测量杆10的顶端通过试样12内孔，与上垫片下表面中点接触。

扭动调节螺杆25的外端旋钮，使与其成螺杆副的导向块b 24沿导向杆b 23上下移动，导向块b 24带动位移传感器26微调地上下移动，使位移传感器26处在最佳的位置（如2mm处）。

徐徐向试验炉内试样防护套中通入保护性气体。

启动试验炉的自动加热系统，测量系统自动记录试验温度和试样12的形变、运行时间等实验参数，直到预定的目标（温度、变形量、时间）结束实验。自动或手动打印报告。

关闭电源，继续通气、通水，直到炉温下降到预设温度后，水和气

自动或手动关闭。实验结束。

实施例3

本实施例3为一种可控气氛高温热膨胀测试仪的自动形变测试系统。是在实施例1的基础上，按国家标准GB/T7320-2008《耐火材料  热膨胀试验方法》，其高温试验炉炉体14为一水平卧式密封体，试验炉系统设置有通气装置、抽真空装置、压力真空表、测温热电偶等。圆柱状试样12水平放置在装样管内，试样12的测量端与测量形变的测量杆10接触，测量杆10的外端为位移传感器26 ，在位移传感器装置的外围设置密封机构，所述的密封机构设置在炉体14 外部的移动框架22上，移动框架22一侧设置有用于驱动移动框架22的驱动机构。上述的密闭结构和实施例1相同，不同之处在与驱动机构不设置驱动电机1，由手动驱动，不设置丝杠3，而设置为设有可锁定机构的光杆。手动驱动导向块a 5沿导向杆a 4和设有可锁定机构的光杆水平移动，导向块ａ5带动移动框架22及其内部的位移传感器26、调解机构水平移动，位移传感器26的末端为位移传感器密闭体27，是在位移传感器信号输出端填充树脂材料，隔断内外气体流通。 

工作要点：

将水套9安装在水平卧式炉体14上，装样管的一端与移动框架22连接。轻轻将导向块a 5沿导向杆a 4和设有可锁定机构的光杆向炉体14外移动，导向块a 5带动移动框架22、装样管水平移出水套9，在装样管内放置试样12；再向炉体14内移动导向块a 5、移动框架22、载样管及试样12，直至将装样管和试样12送入炉体14内的加热区。

扭动调节螺杆25，使位移传感器26处在最佳的位置（如2mm处）。

徐徐向试验炉端头密闭的管子通入保护性气体。

启动试验炉的自动加热系统，测量系统自动记录试验温度和试样12的形变、运行时间等实验参数，直到预定的目标（温度、变形量、时间）结束实验。自动或手动打印报告。

关闭电源，继续通气、通水，直到炉温下降到预设温度后，水和气自动或手动关闭。实验结束。

Claims (5)

1.一种高温试验仪的动态密闭的自动形变测试系统，其试验炉为密封的炉体（14），在炉体（14）上设置有通入保护性气氛的通气装置和抽真空装置，在炉体（14）上还设置有用于测量形变的位移传感器装置，其自动形变测试系统包括位移传感器（26）以及测量杆（10），测量杆（10）一端接触试样（12），另一端设置在测量套（16）上，测量套（16）通过弹簧和位移传感器（26）连接，其特征是：在测量套（16）外部以及位移传感器（26）外设置密封机构，所述的密闭机构设置在炉体(14)外部的移动框架(22)内，移动框架(22)一侧设置有用于驱动移动框架(22)的驱动机构。

2.根据权利要求1所述高温试验仪的动态密闭的自动形变测试系统，其特征是：所述的密闭机构包括密封套（15）、密封圈a（17）、密封圈b（ 21）、水套（9）及压帽（19）;所述的密封套（15）为耐热管体，设置在测量套（16）的外部，其一端设置有可使测量杆（10）自由移动的开孔，其另一端的内部设有凹槽，凹槽内设置密封圈b（21），位移传感器（26）上部外侧与密封套（15）内壁通过密封圈b（21）滑动密闭连接；所述的水套(9)和炉体(14)连接，设置在密封套（15）的外围，密封套（15）与水套（9）之间设置密封圈a（17），密封圈a（17）外设置压帽（19），密封套（15）中部外侧与移动框架(22)连接。

3.根据权利要求1所述的高温试验仪的动态密闭的自动形变测试系统，其特征是：所述的驱动机构包括驱动电机(1)、丝杠(3)、导向块a(5)、导向杆（4）等，其驱动电机（1）安装在电机座（2）上，驱动电机（1）上端连接丝杠（3），丝杠（3）的另一端通过轴承（7）、轴承座(8)固定机架(18)上；导向块ａ(5)一侧中部设有的通孔，通孔内壁为丝母，丝母与丝杠(3)组成丝杠副，丝杠(3)穿过导向块ａ(5)；导向块a(5)的另一侧设置有导向孔，导向孔内安装导向杆a(4)，导向杆a(4)的上顶端通过固定座固定在机架(18)上；所述导向块a(5)一侧和移动框架(22)连接。

4.根据权利要求1、2、3所述的高温试验仪的动态密闭的自动形变测试系统密封机构，其特征是：所述的移动框架（22）内设置有一导向块b（24），导向块b（24）中部设置有通孔，位移传感器（26）的主体穿过导向块b（24）的通孔并紧固之，在导向块b（24）一侧上设置有导向孔，在导向孔内设置导向杆b（23），在导向块b（24）另一侧设置有螺孔，螺孔内设置有调节螺杆（25），调节螺杆（25）的外端为旋钮。

5.根据权利要求1、2、3所述的高温试验仪的动态密闭的自动形变测试系统，其特征是：所述的位移传感器（26）的末端为输入、输出电信号的位移传感器密闭体（27），该密闭体（27）的一端与电缆束连接。

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