CN104266914A - 一种用于力学试验的高低温试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于力学试验的高低温试验装置，包括电气控制系统、高低温环境试验箱、加热控制系统和制冷控制，电气控制系统用于控制加热控制系统和制冷控制系统，使箱体内温度发生连续可控变化；高低温试验箱包括不锈钢箱体、箱门、循环风机、热电偶、加热电阻、液氮接入管、保温插块、照明设备、观察窗及可拆卸的除霜装置。本发明与力学试验机一起使用，实现极端温度下材料的力学性能测试，并且可以实现温度的精确控制；同时具备加热控制系统和制冷控制系统，该装置实现高温和低温两种试验环境，便于测试温度变化对材料力学性能的影响；设有观察窗、除霜装置和照明装置，可以在高低温试验时观察到试样的破坏过程。

Description

一种用于力学试验的高低温试验装置

技术领域

本发明涉及一种用于力学试验的高低温试验装置，特别涉及跨大温差进行力学性能测试的高低温试验装置。

背景技术

为了了解一些材料在极端环境下的特性，往往需要在高温或低温环境下测试其力学性能，有时还需要研究材料在超低温到高温的连续温度范围内的力学性能。目前，已经有许多研究人员研制了多种高温或低温试验箱，能够单独实现高温或单独实现低温环境，其中，低温环境的实现多采用压缩机制冷的方式，由于压缩机受到自身功率及成本等因素的限制，很难达到超低温温度，最低温度也仅能达到-150℃左右，无法满足试验温度越来越低的要求，而且现有的环境试验箱都很难在极低温度到高温范围内连续控制温度。

针对现有高温或低温试验系统的不足，本发明提供了一种可以实现智能连续控温的高低温试验装置，不仅可以实现极低的温度(-196℃)，还可以达到300℃的高温，并且可以通过控制低温介质的流量或电阻丝的加热功率，实现对箱体内温度的精准控制，温度波动误差小于2℃。本高低温试验装置可以与作动头上置的力学疲劳试验机联合使用，能够实现-196℃～300℃温度范围内的静力及疲劳力学试验，并且可以通过试验箱的观察窗，实时观察材料在温度试验箱内进行力学性能测试的全过程，便于研究材料在高低温力学试验中的形变、裂纹扩展等行为。

发明内容

本发明的目的是为了提供可控制温度的高低温力学试验环境的试验装置。

为了达到上述条件，本发明采用的技术方案是：

一种用于力学试验的高低温试验装置，包括电气控制系统、高低温环境试验箱、加热控制系统和制冷控制系统。加热控制系统在高低温环境试验箱内，电气控制系统和制冷控制系统在高低温环境试验箱体外；通过控制电气控制系统的功率来控制加热控制系统和制冷控制系统，使高低温环境试验箱内温度实现在-196℃～300℃连续可控的变化，同时通过高低温环境试验箱工作室内的热电偶实时监测箱体内温度并将结果反馈至电气控制系统，在电气控制系统的触摸板上可以看到箱体内的实时温度。

所述的高低温环境试验箱包括金属箱体、箱门、循环风机、热电偶、加热电阻、液氮接入管、保温插块、照明设备、观察窗及可拆卸的除霜装置；低温是通过控制低温介质流量实现的，液氮经接入管流入箱体内，通过循环风机搅拌保持箱体内温度均匀，热电偶实时监测箱内温度，并传至电气控制系统的控制板上，实现可视化智能操作；高温是通过控制加热电阻的功率实现的，加热电阻加热后，经过循环风机不断搅拌保持温度恒定，通过热电偶实时监测箱内温度，并传至电气控制系统的控制板上，实现可视化智能操作。

所述的制冷控制系统用的冷却液为液氮，液氮接入管从高低温环境试验箱箱体外部接入，箱体内液氮接入管的排出口在循环风机的涡轮内部。优选地，所述的高低温环境试验箱箱门上有一观察窗是由抽真空的双层钢化玻璃所制成，可以实现高低温环境下，实时观测箱内试验过程。

可拆卸的除霜装置是通过电阻丝和电吹风吹出热风，在不同低温试验环境下，热风温度可以通过电气控制系统调节，以确保观察窗不上霜。

所述的高低温环境试验箱箱体内部裹了一层耐热保温材料，优选硅酸铝纤维毡，耐热保温材料外镶一层金属板，挨着箱门的箱体上下安装有活动保温插块，保温插块是由耐热保温材料外裹薄金属板制成，在保温插块的空隙，也插有耐热保温材料，箱门内部装有照明装置，便于观察试验过程。

所述的高低温环境试验箱箱体可以通过装卸门口上下的保温插块，与力学试验机方便结合使用，完成高低温环境的力学性能测试试验。

本发明的有益效果是：

1.可以与力学试验机一起使用，实现极端温度(-196℃～300℃)下材料的力学性能测试；

2.通过对循环风机以及电气控制系统的控制，可以保持试验箱内温度恒定，并且可以实现温度的精确控制，波动幅度不大于2℃；

3.同时具备加热控制系统和制冷控制系统，一个装置可以实现高温和低温两种试验环境，便于测试大范围温度变化对力学性能的影响。

4.设有观察窗、除霜装置和照明装置，可以在高低温试验时观察到试样的破坏过程。

附图说明

图1为高低温试验装置的原理图。

图2为高低温环境试验箱的结构示意图。

图中：1电气控制系统；2高低温环境试验箱体；3工作室；4加热控制系统；5制冷控制系统；6热电偶接线端；7加热电阻丝；8液氮接入管；9循环风机；10热电偶；11高低温环境试验箱箱门；12观察窗；13活动保温插块；14除霜装置；15照明设置。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

本发明的是这样实现的，通过电气控制系统1调节制冷控制系统5和加热控制系统4使高低温环境试验箱2内部达到所需要的试验温度。将本发明与力学试验机结合在一起使用，需要使用到耐高低温的夹具，先将夹具固定在力学试验机的夹头上，打开高低温环境试验箱箱门，移开上下活动保温插块13，将夹具上下端移入活动保温插块13的空隙中。然后插入活动插块，在空隙处填上硅酸铝纤维毡，关好箱门11，即可开始工作。

实施例1：超低温下的力学试验

将本发明与力学试验机结合在一起使用，先将耐高低温的夹具用力学试验机夹好，打开箱门11，移开上下活动保温插块13，将耐高低温的夹具上下端移入活动保温插块13的空隙中，用耐高低温的夹具夹好试样。然后插入活动插块13，在空隙处填上特定的砂棉，关好箱门11。开启电气控制系统，同时开启制冷控制系统5，通过液氮接入管8向箱体内输入液氮，液氮蒸发降温，即开始降温，开启循环风机9保持箱体内温度均匀稳定，通过热电偶10将箱体内部的实时温度传至电气控制系统1，可以清楚获得箱体内的实时温度，开启照明装置15，通过电气控制系统1打开除霜装置14，透过观察窗12，便可以清楚观察到箱体内试样的整个力学试验过程，可以进行超低温下的拉伸、弯曲、压缩、剪切、以及疲劳试验。

实施例2：高温下的力学试验

将本发明与力学试验机结合在一起使用，先向耐高低温的夹具用力学试验机夹好，打开箱门11，移开上下活动保温插块13，将耐高低温的夹具上下端移入活动保温插块13的空隙中，用耐高低温的夹具夹好试样。然后插入活动插块13，在空隙处填上特定的硅酸铝纤维毡，关好箱门11。开启电力控制系统，同时开启加热控制系统4，通过加热电阻丝7加热，即开始升温，通过电气控制系统开启循环风机9保持箱体内温度均匀稳定，通过热电偶10将箱体内部的实时温度传至电气控制系统1，可以清楚获得箱体内的实时温度，开启照明装置15，透过观察窗12，便可以清楚观察到箱体内试样的整个力学试验过程，可已进行高温下的拉伸、弯曲、压缩、剪切、以及疲劳试验。

Claims (2)

1.一种用于力学试验的高低温试验装置，其特征在于，该高低温试验装置包括电气控制系统、高低温环境试验箱、加热控制系统和制冷控制系统；加热控制系统设置在高低温环境试验箱内，电气控制系统和制冷控制系统设置在高低温环境试验箱外；

所述的制冷控制系统用的冷却液为液氮，液氮接入管从高低温环境试验箱箱体外部接入，箱体内液氮接入管的排出口在循环风机的涡轮内部；

所述的高低温环境试验箱包括金属箱体、箱门、循环风机、热电偶、加热电阻、液氮接入管、保温插块、照明设备、观察窗及可拆卸的除霜装置；低温是通过控制低温介质流量实现的，液氮经液氮接入管流入箱体内，通过循环风机搅拌保持箱体内温度均匀，热电偶实时监测箱内温度，并传至电气控制系统的控制板上，实现可视化智能操作；高温是通过控制加热电阻的功率实现的，加热电阻加热后，经过循环风机不断搅拌保持温度恒定，通过热电偶实时监测箱内温度，并传至电气控制系统的控制板上，实现可视化智能操作；

所述的高低温环境试验箱箱门上有一观察窗是由抽真空的双层钢化玻璃制成的，实现高低温环境下，实时观测箱内试验过程；

所述的可拆卸的除霜装置是通过电阻丝和电吹风吹出热风，在不同低温试验环境下，热风温度通过电气控制系统调节，以确保观察窗不上霜；

所述的高低温环境试验箱箱体内部裹了一层耐热保温材料，耐热保温材料外镶一层金属板，挨着箱门的箱体上下安装有活动保温插块，保温插块是由耐热保温材料外裹薄金属板制成，在保温插块的空隙也插有耐热保温材料，箱门内部装有照明装置，便于观察试验过程；

所述的高低温环境试验箱箱体可以通过装卸门口上下的保温插块，与力学试验机方便结合使用，完成高低温环境的力学性能测试试验。

2.根据权利要求1所述的一种用于力学试验的高低温试验装置，其特征在于，耐热保温材料为硅酸铝纤维毡。