CN106289980B - 液体环境下的引伸计测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液体环境下的引伸计测试系统。测试系统包括位于环境箱内的U型夹具，在环境箱中加入液体，例如酸碱溶液，引伸计由两个耐腐蚀臂部件构成，并通过活动铆接连接。耐腐蚀臂部件在环境箱内的短臂部分于端部附有夹头，用于对实验件的夹持，环境箱外的长臂部分于端部附有指针，用于指示量程表刻度。引伸计以铆接连接处的铆钉为支点，依据杠杆原理，由短臂部分测量的变形量经过长臂部分放大，在量程表上指示出来，由CCD图像采集系统采集。读取CCD图像采集系统的始末数据，即可较为准确地获取整个实验过程中实验件所测位置的变形量。

Description

液体环境下的引伸计测试系统

技术领域

本发明属于材料形变测试领域，公开了一种在液体环境下对目标材料实验件进行变形实验过程中所涉及到的引伸计测试系统。

背景技术

随着社会的迅猛发展，数据采集系统在实验研究和加工制造行业中得到了越来越广泛的应用，但是对于大部分制造行业，材料测量仪器的数据采集也一直是个令人烦恼的难题。在对材料进行变形实验操作过程中，传统上一贯采用引伸计来实现对实验过程中目标材料实验件微小变形的数据采集，而对于常用的引伸计由于其材质、构造等方面的限制，在一些酸、碱等腐蚀溶液中难以发挥作用。无法实现对材料变形的数据采集，因而现有的引伸计及其相关操作技术仅限于气体环境及某些诸如水等非酸碱液体环境。

然而，针对目前的化工、电厂等行业，处于强酸、强碱等工作环境下的设备相对集中，因而对于此类设备材料的实验研究，不可能仅仅测试目标材料在空气等介质中的性能参数，在酸碱环境下对目标材料的性能测试指标则是更为可靠的评估依据。但是，针对酸碱等强腐蚀条件下的变形实验，现阶段并无比较理想的数据采集引伸计，更没有形成比较完备的实验操作方案。因此，在对酸碱等强腐蚀条件下服役的材料进行性能实验研究时，就无法真实有效地还原正常服役过程中所处的工作环境，因而最终的实验数据可能在一定程度上也存在较大的可靠性问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种液体环境下的引伸计测试系统。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

该测试系统包括环境箱、引伸计以及量程表；所述引伸计包括两个具有共同支点且相互独立动作的杠杆臂，每个杠杆臂包括位于环境箱内的夹持段和位于环境箱外的指示段，所述指示段的长度大于夹持段，所述支点位于环境箱的侧壁面上，所述指示段远离所述支点的一端设置有与量程表配合的指针，所述夹持段远离所述支点的一端设置有用于夹持引伸计测试对象的夹头。

所述环境箱包括由底座以及设置于底座上的侧壁面构成的筒状箱体，所述侧壁面的局部区域可透光。

所述环境箱还包括设置于所述箱体内的用于固定引伸计测试对象的U型夹具以及设置于所述箱体外的与所述底座相连的连接件，所述箱体、U型夹具、夹头以及杠杆臂采用耐腐蚀材料制成。

所述U型夹具包括U型支架、用于支撑U型支架的定位螺栓、两个可以沿U型支架的底部导轨面移动的夹板以及设置于U型支架上的用于控制夹板移动的调节螺杆，定位螺栓与所述底座采用螺纹连接。

所述夹头包括双头螺栓以及与双头螺栓两端的螺纹对应配合的两个锁紧螺母，两个锁紧螺母之间设置有两个可以沿双头螺栓移动的夹条，双头螺栓与对应杠杆臂相连。

所述杠杆臂具体包括位于所述环境箱内的短臂部件、位于所述环境箱外的长臂部件以及与所述短臂部件和长臂部件相连的连接臂部件，所述夹头设置于所述短臂部件上，所述指针设置于所述长臂部件上，所述短臂部件和长臂部件沿着相反的方向倾斜，并与对应连接的连接臂部件构成钝角夹角；两个杠杆臂的连接臂部件通过铆钉连接并可以相对转动，两个杠杆臂的短臂部件、长臂部件各自具有相反的倾斜方向。

所述引伸计经由所述环境箱的侧壁面穿出环境箱，穿出位置采用弧形嵌套结构，弧形嵌套结构包括沿与所述铆钉轴向平行的方向设置于铆钉两侧的连接臂部件表面上的弧形槽以及设置于环境箱的侧壁面上的引伸计穿出孔，该穿出孔的其中两对侧边缘具有弧形突起，弧形突起与对应侧的弧形槽以相切的方式接触，相切位置点沿弧形槽延伸方向的各个截面连续分布而形成线接触，且所述弧形突起的截面圆弧半径小于弧形槽的截面圆弧半径。

所述引伸计的两个杠杆臂采用活动铆接连接，以铆接位置作为支点，利用杠杆原理将环境箱内引伸计测试对象的变形量放大，并经由所述量程表读出；所述量程表与指针采用对比鲜明的颜色处理。

所述测试系统还包括设置于所述环境箱底部的液体回收槽。

所述测试系统还包括用于采集所述指针在所述量程表上的指示位置的CCD图像采集系统以及与该CCD图像采集系统相连的计算机。

本发明的有益效果体现在：

本发明利用环境箱提供了可在液体(例如，强酸强碱等腐蚀性液体)环境中(同样可适用于气体环境)对材料变形量测量的引伸计测试系统，可以最为逼真的还原材料的工作环境，并对此环境下材料的变形参数进行测量、研究，同时，该引伸计采用了杠杆原理对测量的变形量进行放大，提高了实验测量数据的准确性和可靠性。

进一步的，所述环境箱与测试对象的连接、引伸计与测试对象的连接均采用可活动调整的夹具(夹头)连接，可在一定程度上降低在实验前的安装过程中所产生的弯矩和扭矩对实验的影响。

进一步的，所述环境箱具有可透光的壁面区域，可在实验过程中实时观测测试对象。

进一步的，所述弧形嵌套结构既实现了引伸计穿出环境箱位置的密封，又保证了杠杆臂可以自如活动，且整个引伸计测试系统结构简单、拆装方便。

附图说明

图1为本发明所述引伸计测试系统的结构示意图；

图2为本发明所述引伸计及环境箱的结构示意图；

图3为本发明所述U型夹具的结构示意图；

图4为本发明所述引伸计的结构示意图；

图5为本发明所述引伸计的夹持端局部示意图；

图6为本发明所述引伸计与有机玻璃壁面之间的弧形嵌套结构示意图；

图中：1为引伸计、2为U型夹具、3为箱体、4为连接件、5为有机玻璃壁面、6为量程表、7为回收槽、8为CCD图像采集系统、9为夹头、10为双头螺栓、11为锁紧螺母、12为铆钉、13为耐腐蚀臂部件、14为弧形槽、15为棒型实验件、16为调节螺杆、17为夹板、18为定位螺栓、19为指针、20为弧形突起、21为夹条。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

参见图1，本发明提供一种在液体环境下对目标材料实验件进行变形实验过程中所涉及到的引伸计测试系统，包括环境箱、引伸计1、量程表6、回收槽7、CCD图像采集系统8以及计算机。其中，计算机分别与实验机以及CCD图像采集系统8相连；引伸计1的一端(夹持端)伸入环境箱内，并与固定在环境箱内的实验件连接，另一端(读数端)位于环境箱外并与量程表6配合以指示读数，读数可由CCD图像采集系统8采集为图像，然后由计算机根据采集的图像进行读数，并计算得到实验件所测位置的变形量。计算机同时采集实验机的数据，例如，拉伸实验(此实验中实验机具体指拉伸机)自拉伸实验开始到结束施加在实验件上的拉伸载荷。由于在环境箱中需加入环境液体，例如酸碱溶液，且引伸计1需要穿出环境箱，因此，利用回收槽6对可能从引伸计穿出位置泄露的液体进行回收，量程表6下端与回收槽7相连。

参见图2，环境箱包括U型夹具2、连接件4以及用于盛载环境液体(若密封良好，也可以盛载环境气体)的箱体3；箱体3包括底座和设置于底座上的四侧壁面，其中，三侧壁面采用耐腐蚀不锈钢构成，而另外一侧壁面采用耐腐蚀的有机玻璃构成，透过有机玻璃便于实验过程中进行观察；连接件4固定在底座上并自底座向下引出，连接件4上端与底座采用螺纹连接，下端用于与实验机连接；箱体3内设置有固定于底座上的圆柱形凸台，以起到连接U型夹具2的作用。

参见图3，U型夹具2包括定位螺栓18以及设置于定位螺栓18上的装夹支具，装夹支具包括U型支架以及两个可以沿U型支架的底部导轨面移动的夹板17，两个夹板17间距的调整通过与两个夹板17分别相连的两个调节螺杆16实现，每个调节螺杆16通过与设置于U型支架对应侧上的螺母配合，实现直线移动，带动对应夹板17移动，从而达到调节两个夹板17间距的目的，U型夹具2通过U型支架以及夹板17对实验件进行装夹固定，夹板17在夹持方向可采用较大尺寸，以满足不同尺寸实验件的安装要求，U型夹具2的定位螺栓18与环境箱底座上的圆柱形凸台采用螺纹连接，从而可通过螺纹配合来调节实验件的合理位置。

参见图4，所述引伸计1由两个耐腐蚀臂部件13构成，并通过活动铆接连接。每个耐腐蚀臂部件13包括位于箱体3内的短臂部件、位于箱体3外的长臂部件以及与短臂部件及长臂部件相连的连接臂部件，与连接臂部件相连的短臂部件和长臂部件沿着相反的方向倾斜，并与对应连接的连接臂部件构成钝角夹角。两个耐腐蚀臂部件13的连接臂部件通过铆钉12连接并可以相对转动，从而使两个耐腐蚀臂部件13形成剪刀叉式的结构，并且剪刀叉式的结构中，两个耐腐蚀臂部件13的短臂部件具有相反的倾斜方向，两个耐腐蚀臂部件13的长臂部件同样具有相反的倾斜方向。位于箱体3内的两个短臂部件在端部均设置有夹头9，用于对实验件所测位置两侧进行夹持，位于箱体3外的两个长臂部件在端部均设置有指针19，用于指示量程表6的刻度数。引伸计1以铆接连接处的铆钉12为支点，依据杠杆原理，由短臂部件测量的变形量经过长臂部件放大，在量程表6上指示出来，按照长短臂的比例换算，可较为准确地获得实验件的变形量。

参见图5，所述夹头9包括夹条21、双头螺栓10以及锁紧螺母11，双头螺栓10固定在短臂部件的端部，两个相互间隔的夹条21设置于双头螺栓10上并且可以沿双头螺栓10移动，两个锁紧螺母11与双头螺栓10的两端通过螺纹对应连接，两个夹条21位于两个锁紧螺母11之间。

参见图6，引伸计1经由箱体3的有机玻璃壁面5穿出环境箱，穿出位置采用弧形嵌套结构，弧形嵌套结构包括沿与铆钉12轴向平行的方向设置于铆钉12两侧的连接臂部件表面上的弧形槽14，为了便于加工和安装，弧形槽14可贯穿两个耐腐蚀臂部件13的连接臂部件；弧形嵌套结构还包括设置于箱体3的有机玻璃壁面5上的引伸计穿出孔(通常为矩形孔，相应的连接臂部件为长方体)，该穿出孔的其中两对侧边缘具有弧形突起20，两个弧形突起20与对应侧的弧形槽14以相切的方式接触，相切位置点沿弧形槽14延伸方向的各个截面连续分布，形成线接触，且弧形突起20的截面圆弧半径小于弧形槽14的截面圆弧半径，保证两个耐腐蚀臂部件13转动中始终保持与所述穿出孔为线接触。将引伸计1通过弧形嵌套结构安装在箱体3上，长臂部件以及短臂部件相对连接臂部件向上和向下倾斜。弧形槽14位于连接臂部件的上下表面，相应的弧形突起位于所述穿出孔的上下两侧边缘，其余两侧边缘与连接臂部件紧密接触并进行适当密封(保留相对滑动即可)。上述弧形嵌套结构既满足实验过程中引伸计的两耐腐蚀臂部件13的自由转动，同时弧形嵌套结构的相切位置构成了线密封，防止环境液体自引伸计穿出位置泄露。

上述引伸计测试系统的特点如下：

1)引伸计两臂(即两个耐腐蚀臂部件)采用活动铆接连接，依据杠杆原理将环境箱内实验件的小变形量(例如，对于棒型实验件15的拉伸实验，变形量通常指两个夹头夹持位置之间距离的变化)放大，经由量程表6读出，提高了整个实验数据的精度。

2)引伸计夹持端采用可活动调整的夹头连接实验件，可适用于各种类型实验件，采用活动夹头，可调整到任意角度及位置，故可在一定程度上减弱安装过程中所产生的弯矩及扭矩。

3)整个引伸计测试系统采用两处防泄漏处理：第一，引伸计与有机玻璃壁面采用弧形嵌套结构所形成的线密封；第二，在线密封未果的情况下，利用回收槽7对泄露液体进行回收。

4)量程表6与指针19可以通过采用对比鲜明的颜色处理，方便实验过程中的数据采集。

上述引伸计测试系统的使用：首先将环境箱底座上的连接件4与实验机相连，以固定环境箱。利用U型夹具2夹持实验件下端，并调整实验件在U型夹具2中的位置以及U型夹具2的高度来满足实验件的安装要求和降低安装中的弯矩及扭矩。引伸计上的夹头9夹持实验件的待测位置两侧，调节夹头9的合理角度，以降低安装过程中所产生的弯矩和扭矩。实验件上端连接实验机，实验机和CCD图像采集系统8分别与计算机连接，此时整个引伸计测试系统的部件连接就已完成。接下来在环境箱内加入预定的溶液，使液位高于实验件2～3cm，打开CCD图像采集系统8，启动实验机，对目标材料实验件进行实验操作。实验过程中由引伸计1测试实验件的变形量变化并进行放大后传至环境箱外的量程表6上，CCD图像采集系统8完成对量程表上变形量数据的记录工作并将数据传至计算机。至整个实验结束，计算机读取实验数据(即CCD图像采集系统8采集的始末数据)，经计算获取实验件在整个实验过程中的变形量，实验过程中可通过透明的有机玻璃壁面5可观察整个实验过程。

Claims (9)

1.一种液体环境下的引伸计测试系统，其特征在于：该测试系统包括环境箱、引伸计(1)以及量程表(6)；所述引伸计(1)包括两个具有共同支点且相互独立动作的杠杆臂，每个杠杆臂包括位于环境箱内的夹持段和位于环境箱外的指示段，所述指示段的长度大于夹持段，所述支点位于环境箱的侧壁面上，所述指示段远离所述支点的一端设置有与量程表(6)配合的指针(19)，所述夹持段远离所述支点的一端设置有用于夹持引伸计测试对象的夹头(9)；

所述杠杆臂具体包括位于所述环境箱内的短臂部件、位于所述环境箱外的长臂部件以及与所述短臂部件和长臂部件相连的连接臂部件；两个杠杆臂的连接臂部件通过铆钉(12)连接并可以相对转动；

所述引伸计(1)经由所述环境箱的侧壁面穿出环境箱，穿出位置采用弧形嵌套结构，弧形嵌套结构包括沿与所述铆钉(12)轴向平行的方向设置于铆钉(12)两侧的连接臂部件表面上的弧形槽(14)以及设置于环境箱的侧壁面上的引伸计穿出孔，该穿出孔的其中两对侧边缘具有弧形突起(20)，弧形突起(20)与对应侧的弧形槽(14)以相切的方式接触，相切位置点沿弧形槽(14)延伸方向的各个截面连续分布而形成线接触，且所述弧形突起(20)的截面圆弧半径小于弧形槽(14)的截面圆弧半径。

2.根据权利要求1所述一种液体环境下的引伸计测试系统，其特征在于：所述环境箱包括由底座以及设置于底座上的侧壁面构成的筒状箱体(3)，所述侧壁面的局部区域可透光。

3.根据权利要求2所述一种液体环境下的引伸计测试系统，其特征在于：所述环境箱还包括设置于所述箱体(3)内的用于固定引伸计测试对象的U型夹具(2)以及设置于所述箱体(3)外的与所述底座相连的连接件(4)，所述箱体(3)、U型夹具(2)、夹头(9)以及杠杆臂采用耐腐蚀材料制成。

4.根据权利要求3所述一种液体环境下的引伸计测试系统，其特征在于：所述U型夹具(2)包括U型支架、用于支撑U型支架的定位螺栓(18)、两个可以沿U型支架的底部导轨面移动的夹板(17)以及设置于U型支架上的用于控制夹板移动的调节螺杆(16)，定位螺栓(18)与所述底座采用螺纹连接。

5.根据权利要求1所述一种液体环境下的引伸计测试系统，其特征在于：所述夹头(9)包括双头螺栓(10)以及与双头螺栓(10)两端的螺纹对应配合的两个锁紧螺母(11)，两个锁紧螺母(11)之间设置有两个可以沿双头螺栓(10)移动的夹条(21)，双头螺栓(10)与对应杠杆臂相连。

6.根据权利要求1所述一种液体环境下的引伸计测试系统，其特征在于：所述夹头(9)设置于所述短臂部件上，所述指针(19)设置于所述长臂部件上，所述短臂部件和长臂部件沿着相反的方向倾斜，并与对应连接的连接臂部件构成钝角夹角；两个杠杆臂的短臂部件、长臂部件各自具有相反的倾斜方向。

7.根据权利要求1所述一种液体环境下的引伸计测试系统，其特征在于：所述引伸计(1)的两个杠杆臂采用活动铆接连接，以铆接位置作为支点，利用杠杆原理将环境箱内引伸计测试对象的变形量放大，并经由所述量程表(6)读出；所述量程表(6)与指针(19)采用对比鲜明的颜色处理。

8.根据权利要求1所述一种液体环境下的引伸计测试系统，其特征在于：所述测试系统还包括设置于所述环境箱底部的液体回收槽(7)。

9.根据权利要求1所述一种液体环境下的引伸计测试系统，其特征在于：所述测试系统还包括用于采集所述指针(9)在所述量程表(6)上的指示位置的CCD图像采集系统(8)以及与该CCD图像采集系统(8)相连的计算机。