CN105675429B - 一种热震实验装置及其实验方法 - Google Patents

一种热震实验装置及其实验方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105675429B
CN105675429B CN201610035172.1A CN201610035172A CN105675429B CN 105675429 B CN105675429 B CN 105675429B CN 201610035172 A CN201610035172 A CN 201610035172A CN 105675429 B CN105675429 B CN 105675429B
Authority
CN
China
Prior art keywords
sample
cooling bay
thermal shock
coolant
control unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610035172.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105675429A (zh
Inventor
郇勇
宋凡
邵颖峰
刘薇
董杰
加海友
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Mechanics of CAS
Original Assignee
Institute of Mechanics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Mechanics of CAS filed Critical Institute of Mechanics of CAS
Priority to CN201610035172.1A priority Critical patent/CN105675429B/zh
Publication of CN105675429A publication Critical patent/CN105675429A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105675429B publication Critical patent/CN105675429B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/60—Investigating resistance of materials, e.g. refractory materials, to rapid heat changes

Abstract

本发明提供了一种热震实验装置及其实验方法，该热震实验装置包括对样品进行加热至设定温度的高温炉，通过冷却液对样品进行冷却的冷却池，获取样品进入冷却液时间的触发器，用于将落入冷却池内的样品取出的样品转移机构，以及控制实验过程并记录实验数据同时提供实验所需电力的控制单元。本发明的热震实验装置能够使样品即时离开冷却环境，从而达到了精确控制实验时间的目的，且不会产生冷却液粘连样品的问题。整套仪器全密封设计，无污染，安全可靠，经济实惠，具有很好的推广应用价值。

Description

一种热震实验装置及其实验方法
技术领域
本发明涉及材料抗热震性能的实验设备，具体的说，涉及一种用电磁方式实现精确控时对样品进行快速冷却热震实验的仪器及实验方法。
背景技术
材料热震性能是目前航空发动机、空间飞行器等领域极为关注的问题。对材料进行热震实验研究，基本有三种形式：一种是将高温样品快速(时间可控)冷却至低温；另一种方式是将低温样品快速(时间可控)加热至高温，第三种是对样品进行循环加热-冷却。使用较多的是第一种方式，这其中最为关键的是冷却前后的温度差的控制。目前这一参数是通过控制样品在冷却液中的冷却时间来控制。现有技术是通过一种热震实验仪实现的，在这种实验仪中，样品从设定高度自由落体落下，落入盛放冷却液的容器中，并由安装在容器底部的阀门打开控制样品在底部落出，这样通过控制样品下落高度、冷却液的深度，以控制样品在冷却液中的时间即可得到相应的实验数据。但是该实验仪在容器底部阀门打开后，冷却液会和样品一同下落，影响样品在冷却液中实际冷却时间的估计，造成理论上计算出的热震时间和实际情况偏差较大。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种采用电磁方式进行自动控时的热震实验装置，以实现样品快速冷却工况下冷却时间的精确控制。
本发明的另一个目的是要提供一种电磁热震实验装置的使用方法，以获取样品快速冷却工况下的冷却时间控制。
特别地，本发明提供一种热震实验装置，包括：
高温炉，用于对样品进行加热至设定温度，底部设置有释放所述样品的阀门；
冷却池，设置在所述高温炉的下方，用于通过冷却液对样品进行冷却；
触发器，设置在所述冷却液的液面上方，以获取所述样品进入所述冷却液的时间；
样品转移机构，用于将落入所述冷却池内的样品取出，包括设置在所述冷却池内用于接住落入所述冷却液中的样品的承接部，和用于将所述承接部拉出所述冷却池的控制部；
控制单元，控制实验过程并记录实验数据，同时提供实验所需电力。
进一步地，所述高温炉的阀门与所述冷却池之间设置有防护样品下落的通道管。
进一步地，所述冷却液为水或油。
进一步地，所述触发器为光电触发计时器。
进一步地，所述阀门为受所述控制单元控制的电控阀门。
进一步地，所述承接部包括摇臂、固定轴和回复弹簧，所述固定轴穿过所述摇臂的杆身将其活动地固定，所述摇臂的一端形成下凹的漏勺部，并伸入所述冷却池内，以承接落入冷却池内的样品，所述回复弹簧设置在所述固定轴与所述漏勺部之间的所述摇臂的杆身处，用于将所述摇臂的漏勺部限定在所述冷却池内；
所述控制部包括电磁线圈和衔铁，所述衔铁安装在所述摇臂上与所述漏勺部相对的另一端，所述电磁线圈与所述控制单元连接且位置与所述衔铁位置对应。
进一步地，还包括箱体，所述箱体用于为各实验装置提供安装空间。
本发明还提供一种前述热震实验装置的使用方法，包括如下步骤：
步骤101，通过控制单元控制高温炉将样品加热至所需温度，再控制阀门释放样品下落至冷却池中，并由位于冷却液中的漏勺部承接；
步骤102，当样品经过触发器时，触发器自动打开并将触发信号传输至控制单元；
步骤103，控制单元在接到触发器的信号后，按照预设时间值开始计时，待时间达到预设时间值后，控制样品转移机构的电磁线圈吸合摇臂上的衔铁，摇臂克服回复弹簧的拉力，以固定轴为支点将漏勺部抬出冷却池；
步骤104，取出漏勺部上的样品，并通过控制单元控制电磁线圈释放衔铁，摇臂在复位弹簧的拉力下回至冷却池中，完成整个实验过程。
进一步地，所述样品在落入所述冷却池的冷却液内时，其不同部位的冷却时间差t采用如下公式计算：
t＝L/(2gh)0.5
其中，L为样品的高度，h为冷却液面至高温炉阀门的距离，g为重力加速度。
进一步地，所述样品在所述高温炉加热至指定温度时，在该温度下静置一定时间以使样品受热均匀后再释放。
本发明的热震实验装置能够使样品即时离开冷却环境，从而达到了精确控制实验时间的目的，且不会产生冷却液粘连样品的问题。整套仪器全密封设计，无污染，安全可靠，经济实惠，具有很好的推广应用价值。
本发明的实验方法由于采用电磁方式控制样品转移，具有反应快的特点，因此可以在快速冷却热震实验中很好地控制冷却时间。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的热震实验装置结构示意图；
图2是根据本发明一个实施例的实验方法流程示意图；
图中：1-箱体、2-冷却池、3-触发器、4-样品、5-通道管、6-阀门、7-高温炉、8-摇臂、9-控制单元、10-电磁线圈、11-衔铁、12-回复弹簧、13-漏勺部、14-固定轴。
具体实施方式
如图1所示，是本发明一个实施例的热震实验装置，包括高温炉7、冷却池2、触发器3、样品转移机构和控制单元9。
该高温炉7用于对样品4进行加热至设定温度，其底部设置有释放样品4的阀门6。该冷却池2设置在高温炉7的下方，用于通过冷却液对落入的样品4进行冷却。该触发器3设置在冷却池2内冷却液的液面上方，以获取样品4进入冷却液的时间。该样品转移机构用于将落入冷却液内的样品4取出，包括设置在冷却池2内用于接住落入冷却液内的样品4的承接部，和用于将承接部拉出冷却池2的控制部。该控制单元9控制实验过程并记录实验数据，同时提供实验所需电力。
实验时，控制单元9用于根据实验要求提供样品4的预热温度、冷却时间等运行参数。当样品4在高温炉7中加热至预定温度时，控制单元9控制阀门6打开使样品4落入下方的冷却池2中，触发器3在样品4进入冷却液时被触发，该触发信号被控制单元9接收后，控制单元9即开始计时样品4在冷却液中的冷却时间，当样品4的冷却时间达到后，控制单元9即通过控制部将承接部拉出冷却池2的冷却液中，使样品4即时离开冷却环境，从而达到了精确控制实验时间的目的，且不会产生冷却液粘连样品4的问题。
在本实施例中，为保护样品4下落，可以在高温炉7的阀门6与冷却池2之间设置防护样品4下落的通道管5。通道管5还可以防止样品4落入冷却液时的液体飞溅。具体的冷却液可以采用一定温度的水或油。而触发器3可以采用利用光通断作为触发条件的光电触发器。该高温炉7可以为电磁加热结构或燃气加热结构等现有方案。为方便阀门6的开合，该阀门6可以为受控制单元9控制的电控阀门。进一步地，为方便实验和安装，整个实验装置可以安装在一个箱体1内，通过箱体1可以方便移动且减少环境干扰。而样品转移结构可以采用磁力吸取、机械捞取、升降机构等方式实现样品4的取出，上述方式都可以避免冷却液对样品4的粘附。
进一步地，在本发明的一个实施例中，提供一种具体的样品转移结构，该样品转移结构由承接样品的承接部，和控制承接部运动的控制部构成。其中该承接部包括摇臂8、固定轴14和回复弹簧12，固定轴14穿过摇臂8的杆身将其活动地固定在固定点处，而摇臂8的一端形成下凹的漏勺部13并伸入冷却池2内，以承接落入冷却池2内的样品4，回复弹簧12设置在固定轴14与漏勺部13之间的摇臂8的杆身处，用于将摇臂8的漏勺部13限定在冷却池2内。位于冷却池2中的漏勺部13的高度，至少能够使承接的样品4全部浸没在冷却液中。本方案中的漏勺部13可以是一个独立部件，而与摇臂8固定连接。
该控制部可以包括电磁线圈10和衔铁11，衔铁11安装在摇臂8上与漏勺部13相对的另一端，而电磁线圈10与控制单元9连接且位置与衔铁11位置对应。电磁线圈10对衔铁11施加的吸力与回复弹簧12对摇臂8施加的拉力，位于摇臂8的同一侧且分布在固定轴14的两侧。
工作时，漏勺部13在回复弹簧12的拉力下被限制在冷却池2中，当样品4落入冷却液中时，被漏勺部13接住，当样品4冷却至预定温度后，控制单元9给电磁线圈10通电，从而将衔铁11吸引而粘附到电磁线圈10上，衔铁11的移动则使摇臂8以固定轴14为支点进行旋转，摇臂8在旋转的过程中克服回复弹簧12的拉力而将漏勺部13由冷却池2中拉出，从而将样品4及时脱离冷却液，取下漏勺部13上的样品4后，控制单元9即可断开电磁线圈10的供电，使衔铁11离开电磁线圈10，此时，摇臂8在回复弹簧12的拉力下又将漏勺部13置回冷却池2中，此时，可进行下一次实验。本实施例利用电磁线圈-磁铁机构动态响应频率高的特点，实现对样品4的快速转移，并且通过控制电磁线圈10中电流的通/断状态，可以实现对短暂冷却时间的精确控制。
本实施例中虽然将控制部限定为电磁线圈10的控制方式，但在其它的实施例中，根据上述目的，也可以采用机械结构实现，如利用通电后可来回转动的拨杆来控制摇臂8的旋转。此外，实施例虽然将电磁的吸力设置在与回复弹簧12的拉力同侧的方式，但在其它的实施例中，也可以采用设置在与回复弹簧12拉力相反侧，以推力推动摇臂8旋转的结构。
如图2所示，进一步地，本发明提供一种前述热震实验装置的实验方法，该实验方法包括如下步骤：
步骤101，通过控制单元控制高温炉将样品加热至所需温度，再控制阀门释放样品下落至冷却池中，并由位于冷却液中的漏勺部承接。
该样品在高温炉加热至指定温度时，需要在该温度下静置一定时间以使样品受热均匀后再释放。
此外，考虑到样品在落入冷却池的冷却液内时，整体上有个先后的因素，其不同部位的冷却时间差t可以采用如下公式计算：
t＝L/(2gh)0.5
其中，L为样品的高度，h为冷却液面至高温炉阀门的距离，g为重力加速度。
步骤102，当样品经过触发器时，触发器自动打开并将触发信号传输至控制单元。
步骤103，控制单元在接到触发器的信号后，按照预设时间值开始计时，待时间达到预设时间值后，控制样品转移机构的电磁线圈吸合摇臂上的衔铁，摇臂克服回复弹簧的拉力，以固定轴为支点将漏勺部抬出冷却池。
步骤104，取出漏勺部上的样品，并通过控制单元控制电磁线圈释放衔铁，摇臂在复位弹簧的拉力下回至冷却池中，完成整个实验过程。
本方法中涉及的各部件之间的连动关系可以参见前面对热震实验装置的描述。本实施例的方法由于采用电磁方式控制样品转移，具有反应快的特点，因此可以在快速冷却热震实验中很好地控制冷却时间。
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种热震实验装置，其特征在于，包括：
高温炉，用于对样品进行加热至设定温度，底部设置有释放所述样品的阀门；
冷却池，设置在所述高温炉的下方，用于通过冷却液对样品进行冷却；
触发器，设置在所述冷却液的液面上方，以获取所述样品进入所述冷却液的时间；
样品转移机构，用于将落入所述冷却池内的样品取出，包括设置在所述冷却池内用于接住落入所述冷却液中的样品的承接部，和用于将所述承接部拉出所述冷却池的控制部；
控制单元，控制实验过程并记录实验数据，同时提供实验所需电力。
2.根据权利要求1所述的热震实验装置，其特征在于，
所述高温炉的阀门与所述冷却池之间设置有防护样品下落的通道管。
3.根据权利要求1所述的热震实验装置，其特征在于，
所述冷却液为水或油。
4.根据权利要求1所述的热震实验装置，其特征在于，
所述触发器为光电触发计时器。
5.根据权利要求1所述的热震实验装置，其特征在于，
所述阀门为受所述控制单元控制的电控阀门。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的热震实验装置，其特征在于，
所述承接部包括摇臂、固定轴和回复弹簧，所述固定轴穿过所述摇臂的杆身将其活动地固定，所述摇臂的一端形成下凹的漏勺部，并伸入所述冷却池内，以承接落入冷却池内的样品，所述回复弹簧设置在所述固定轴与所述漏勺部之间的所述摇臂的杆身处，用于将所述摇臂的漏勺部限定在所述冷却池内；
所述控制部包括电磁线圈和衔铁，所述衔铁安装在所述摇臂上与所述漏勺部相对的另一端，所述电磁线圈与所述控制单元连接且位置与所述衔铁位置对应。
7.根据权利要求6所述的热震实验装置，其特征在于，
还包括箱体，所述箱体用于为所述热震实验装置提供安装空间。
8.一种如权利要求6所述的热震实验装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤101，通过控制单元控制高温炉将样品加热至所需温度，再控制阀门释放样品下落至冷却池中，并由位于冷却液中的漏勺部承接；
步骤102，当样品经过触发器时，触发器自动打开并将触发信号传输至控制单元；
步骤103，控制单元在接到触发器的信号后，按照预设时间值开始计时，待时间达到预设时间值后，控制样品转移机构的电磁线圈吸合摇臂上的衔铁，摇臂克服回复弹簧的拉力，以固定轴为支点将漏勺部抬出冷却池；
步骤104，取出漏勺部上的样品，并通过控制单元控制电磁线圈释放衔铁，摇臂在复位弹簧的拉力下回至冷却池中，完成整个实验过程。
9.根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于，
所述样品在落入所述冷却池的冷却液内时，其不同部位的冷却时间差t采用如下公式计算：
t＝L/(2gh)0.5
其中，L为样品的高度，h为冷却液面至高温炉阀门的距离，g为重力加速度。
10.根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于，
所述样品在所述高温炉加热至指定温度时，在该温度下静置一定时间以使样品受热均匀后再释放。
CN201610035172.1A 2016-01-19 2016-01-19 一种热震实验装置及其实验方法 Active CN105675429B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610035172.1A CN105675429B (zh) 2016-01-19 2016-01-19 一种热震实验装置及其实验方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610035172.1A CN105675429B (zh) 2016-01-19 2016-01-19 一种热震实验装置及其实验方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105675429A CN105675429A (zh) 2016-06-15
CN105675429B true CN105675429B (zh) 2018-02-16

Family

ID=56301587

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610035172.1A Active CN105675429B (zh) 2016-01-19 2016-01-19 一种热震实验装置及其实验方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105675429B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111121013A (zh) * 2020-02-15 2020-05-08 温州暗帕科技有限公司 一种新型利用燃烧器加热装置

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101776556B (zh) * 2010-03-02 2011-06-15 武汉科技大学 一种耐火材料高温抗热震性的测试装置及其使用方法
CN101852702B (zh) * 2010-05-19 2013-06-05 中国科学院力学研究所 热震实验仪
CN102262047B (zh) * 2010-05-31 2013-05-29 宝山钢铁股份有限公司 结晶辊涂层热震性能实验评价方法
CN102768158A (zh) * 2012-05-28 2012-11-07 南京工业大学 陶瓷材料抗热震性自动测试仪
CN103353464A (zh) * 2013-07-23 2013-10-16 中国科学院上海应用物理研究所 一种碳素材料的热震实验装置
CN104390874B (zh) * 2014-12-08 2017-03-01 首钢总公司 耐火材料的半热态抗热震性实验方法
CN104458476A (zh) * 2014-12-18 2015-03-25 无锡伊诺永利文化创意有限公司 一种铁基熔覆膜热震试验方法
CN104792642A (zh) * 2015-05-06 2015-07-22 重庆超力高科技股份有限公司 一种温度阀耐久试验装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN105675429A (zh) 2016-06-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5964058B2 (ja) 超伝導マグネットアセンブリ
CN110389309B (zh) 能够快速地进行场斜变的磁共振成像系统
JP5717792B2 (ja) 極低温容器からのガスの流出の制御
Herlach et al. Containerless processing in the study of metallic melts and their solidification
CN105675429B (zh) 一种热震实验装置及其实验方法
EP3025357B1 (en) Method and device for controlling cooling loop in response to magnetic field
US8677878B1 (en) Thermal management of a propulsion circuit in an electromagnetic munition launcher
Šperka et al. Hypergravity effects on glide arc plasma
Seidel et al. EML-an electromagnetic levitator for the International Space Station
CN209911145U (zh) 一种超低温冲击试验装置
CN101160634B (zh) 永磁体磁化装置
Skala et al. Electromagnetic coil gun–construction and basic simulation
US9181596B2 (en) Method and device for treating a material exposed to a magnetic field
CN202994605U (zh) 一种结构改良的冷热冲击试验箱
US10107269B2 (en) Magneto-thermal convection actuator
Bojarevics et al. Dual frequency AC and DC magnetic field levitation melting of metals
Zhang et al. Dependence of loading time on control parameters in a standard vapour—loaded magneto—optical trap
CN114018729B (zh) 基于mems技术的微粒子加速装置
Yan et al. Experimental Measurement of the Percentage of Partial Melting in A Single Ice Crystal
Scanlon et al. Analysis of experimental data from a 50-mm railgun driven by a 5-MJ capacitor power supply
Brown et al. Regeneration tests of a room temperature magnetic refrigerator and heat pump
Fielding et al. Improved Casting Furnace Conceptual Design
CN104120225B (zh) 一种精密弹性合金淬火热处理装置及方法
Nagy et al. Lithium granular injector operational experience triggering ELMs in H-mode on DIII-D
JP2570118Y2 (ja) 冷却器付加熱炉を備えた微小重力実験装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant