CN104390847A - 一种用于分离式Hopkinson杆实验测量的致冷装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于分离式Hopkinson杆实验测量的致冷装置，属于致冷装置制造技术领域，所述致冷装置包括：低温环境箱，液氮气发生装置和温度控制装置，包括：温控仪，所述温控仪包括信号输入接口和信号输出接口，所述信号输出接口依次连接有反相器、固态继电器，所述固态继电器A与电热丝A连接，所述信号输入接口连接有测温单元，所述测温单元用于测量试样的温度，所述液氮气发生装置的导管上设有电热丝B，该装置通过电热丝A和电热丝B的联合工作，达到同时控制液氮气喷出速度和液氮气出口温度的目的，控制过程时间短、液氮用量小。

Description

一种用于分离式Hopkinson杆实验测量的致冷装置

技术领域

本发明属于致冷装置制造技术领域，尤其涉及一种用于分离式Hopkinson杆实验测量的致冷装置。

背景技术

分离式Hopkinson杆是测量材料在高应变率下力学行为的实验装置，分离式Hopkinson杆除了测量室温下材料的力学性能外，更多地则是测量材料在不同温度下力学性能的变化，如外太空的超低温环境(约-150℃)，空间碎片对航天器防护结构的撞击，是典型的材料在低温、高应变率耦合情况下的力学问题。因此，在测量材料力学性能的过程中，就需要一种致冷装置。目前，分离式Hopkinson杆实验装置还没有标准化，一方面，很难购买到适合自身研究特点的致冷装置；另一方面，自行研制的装置，低温控制过程主要采用手动方式，存在控制过程时间长、液氮用量大、控制精度不高等缺点。不能确保材料力学性能的测量在规定的温度条件下准确及有效地进行，同时现有的测量材料力学性能的致冷装置没有进行标准化，存在使用者很难购买到适合自身研究特点的致冷装置的问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种用于分离式Hopkinson杆实验的致冷装置，旨在解决现有技术提供的测量装置控制过程时间长、液氮用量大、控制精度不高的问题。

(二)技术方案

为了解决上述问题，本发明提供了一种用于分离式Hopkinson杆实验测量的致冷装置，所述致冷装置包括：

低温环境箱，其内部设有试样，所述低温环境箱连接有入射杆和透射杆；

液氮气发生装置，其包括：液氮罐、液氮罐内部设有电热丝A、所述液氮罐通过导管与所述低温环境箱连接，所述导管上设有阀门；

温度控制装置，其包括：温控仪，所述温控仪包括信号输入接口和信号输出接口，所述信号输出接口依次连接有反相器、固态继电器A，所述固态继电器A与电热丝A连接，所述信号输入接口连接有测温单元，所述测温单元用于测量试样的温度，所述液氮气发生装置的导管上设有电热丝B、所述电热丝B连接有固态继电器B，所述固态继电器B与信号输出接口连接。

其中，所述液氮罐上部设有隔热泡沫塞。

其中，所述液氮罐设有泄压阀。

其中，所述测温单元为热电偶。

其中，所述低温环境箱由隔热树脂泡沫板制成。

其中，固态继电器A、固态继电器B，输出受控端外接220V交流电源。

一种用于分离式Hopkinson杆实验测量的致冷装置的制冷方法，所述制冷方法包括以下步骤：

(1)打开导管上的阀门；

(2)在温控仪设定实验温度，由测温单元测得的试样初始温度高于设定实验温度，温控仪的信号输出接口无信号输出，固态继电器B处于阻断状态，电热丝B不工作，反相器输出高电平，固态继电器A导通，电热丝A工作，使液氮沸腾气化，并从导管中排出，充满低温环境箱，使试样降温；

(3)由于降温惯性作用，当测温单元测得试样温度低于设定温度时，温控仪信号输出接口输出高电平，固态继电器A关断，电热丝A停止工作，利用余热保证液氮气体继续排出，固态继电器B导通，电热丝B开始工作，加热导管中的液氮气体，以使试样温度回升；

(4)在试样温度未达到设定的实验温度之前，温度控制装置自动重复(2)、(3)两步，直至试样温度稳定在设定实验温度；

(5)待试样温度稳定在设定实验温度后，快速将入射杆及透射杆与试样接触开展实验。

(三)有益效果

为了使被测量材料能快速达到实验要求的温度，并满足实验对其温度的控制要求，本发明提供了一种分离式Hopkinson杆实验测量用致冷装置，该装置通过电热丝A和电热丝B的联合工作，达到同时控制液氮气喷出速度和液氮气出口温度的目的，控制过程时间短、液氮用量小。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中：1、温控仪；2、信号输入接口；3、信号输出接口；4、反相器；5、固态继电器A；6、泄压阀；7、隔热泡沫塞；8、电热丝A；9、阀门；10、液氮；11、液氮罐；12、固态继电器B；13、电热丝B；14、导管；15入射杆；16、测温单元；17、试样；18、低温环境箱；19、透射杆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明提供了一种用于分离式Hopkinson杆实验测量的致冷装置，所述致冷装置包括：

低温环境箱18，其内部设有试样17，所述低温环境箱18连接有入射杆15和透射杆19；

液氮气发生装置，其包括：液氮罐11、液氮罐11内部设有电热丝A8、所述液氮罐11通过导管14与所述低温环境箱18连接，所述导管14上设有阀门9；

温度控制装置，其包括：温控仪1，所述温控仪1包括信号输入接口2和信号输出接口3，所述信号输出接口3依次连接有反相器4、固态继电器A5，所述固态继电器A5与电热丝A8连接，所述信号输入接口2连接有测温单元16，所述测温单元16用于测量试样17的温度，所述液氮气发生装置的导管14上设有电热丝B13、所述电热丝B13连接有固态继电器B12，所述固态继电器B12与信号输出接口3连接。

为了使所述液氮罐11的保温效果，优选地，所述液氮罐11设有隔热泡沫塞7。

优选地，所述液氮罐11设有泄压阀6，起到安全保护的作用。

优选地，所述测温单元16为热电偶，直接接触被测物体测量准确。

优选地，所述低温环境箱由隔热树脂泡沫板制成。

其中，固态继电器A、固态继电器B，输出受控端外接220V交流电源。

下面以测温单元16为热电偶为例，对所述致冷装置的制冷方法做进一步的说明，所述制冷方法包括以下步骤：

(1)打开导管14上的阀门9；

(2)在温控仪1设定实验温度，由热电偶16测得的试样17初始温度高于设定实验温度，温控仪1的信号输出接口3无信号输出，固态继电器B12处于阻断状态，电热丝B13不工作，反相器4输出高电平，固态继电器A5导通，电热丝A8工作，使液氮10沸腾气化，并从导管14中排出，充满低温环境箱18，使试样17降温；

(3)由于降温惯性作用，当热电偶16测得试样温度低于设定温度时，温控仪1信号输出接口3输出高电平，固态继电器A5关断，电热丝A8停止工作，利用余热保证液氮气体继续排出，固态继电器B12导通，电热丝B13开始工作，加热导管中的液氮气体，以使试样温度回升；

(4)在试样温度未达到设定的实验温度之前，温度控制装置自动重复(2)、(3)两步，直至试样温度稳定在设定实验温度；

(5)待试样温度稳定在设定实验温度后，快速将入射杆15及透射杆19与试样接触开展实验。

该低温致冷装置既可用于材料在低温、高应变率下力学行为的测量。也可用于材料在低温、准静态下力学行为的测量，以及为其他实验提供低温环境，具有以下优点：

1、该装置结构简单实用性强，具有较强的推广与应用价值。

2、通过温度控制装置的控制过程，减少了手动控制主观因素的影响，控制精度较高。

3、该装置通过电热丝A和电热丝B的联合工作，达到同时控制液氮气喷出速度和液氮气出口温度的目的，控制过程时间短、液氮用量小。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (7)

1.一种用于分离式Hopkinson杆实验测量的致冷装置，其特征在于，所述致冷装置包括：

低温环境箱，其内部设有试样，所述低温环境箱连接有入射杆和透射杆；

液氮气发生装置，其包括：液氮罐、液氮罐内部设有电热丝A、所述液氮罐通过导管与所述低温环境箱连接，所述导管上设有阀门；

温度控制装置，其包括：温控仪，所述温控仪包括信号输入接口和信号输出接口，所述信号输出接口依次连接有反相器、固态继电器A，所述固态继电器A与电热丝A连接，所述信号输入接口连接有测温单元，所述测温单元用于测量试样的温度，所述液氮气发生装置的导管上设有电热丝B、所述电热丝B连接有固态继电器B，所述固态继电器B与信号输出接口连接。

2.如权利要求1所述的致冷装置，其特征在于，所述液氮罐上部设有隔热泡沫塞。

3.如权利要求1或2所述的致冷装置，其特征在于，所述液氮罐设有泄压阀。

4.如权利要求1或2所述的致冷装置，其特征在于，所述测温单元为热电偶。

5.如权利要求1所述的致冷装置，其特征在于，低温环境箱由隔热树脂泡沫板制成。

6.如权利要求1所述的致冷装置，其特征在于，固态继电器A、固态继电器B，输出受控端外接220V交流电源。

7.一种用于分离式Hopkinson杆实验测量的致冷装置的制冷方法，所述制冷方法包括以下步骤：

(1)打开导管上的阀门；

(2)在温控仪设定实验温度，由测温单元测得的试样初始温度高于设定实验温度，温控仪的信号输出接口无信号输出，固态继电器B处于阻断状态，电热丝B不工作，反相器输出高电平，固态继电器A导通，电热丝A工作，使液氮沸腾气化，并从导管中排出，充满低温环境箱，使试样降温；

(3)由于降温惯性作用，当测温单元测得试样温度低于设定温度时，温控仪信号输出接口输出高电平，固态继电器A关断，电热丝A停止工作，利用余热保证液氮气体继续排出，固态继电器B导通，电热丝B开始工作，加热导管中的液氮气体，以使试样温度回升；

(4)在试样温度未达到设定的实验温度之前，温度控制装置自动重复(2)、(3)两步，直至试样温度稳定在设定实验温度；

(5)待试样温度稳定在设定实验温度后，快速将入射杆及透射杆与试样接触开展实验。