CN106442162A - 一种加热装置及加热监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种加热装置及加热监测装置，属于材料测试技术领域。加热监测装置包括加热装置和温度监测装置，加热装置用于对原位拉伸测试使用的被测试样进行加热，加热装置包括加热元件、导热板、箱体以及与箱体相配合的盖体；加热元件、导热板均设置于箱体内；被测试样夹持于箱体和盖体之间，箱体具有第一腔室和第二腔室，第一腔室和第二腔室分别位于导热板相对的两侧，加热元件位于第一腔室。通过导热板将加热元件与被测试样分隔在两个不同的空间里，采用非接触辐射方式对被测试样加热，从而保证了被测试样在加热过程中试验的安全性。温度监测装置，保证了加热过程中被测试样表面温度处于能够进行正常的拉伸试验的恒温状态。
Description
技术领域
本发明涉及材料测试技术领域，具体而言，涉及一种加热装置及加热监测装置。
背景技术
近些年来，关于材料的物理场下的力学性能测试受到了学术界和工程界越来越多的关注。工程领域中时常会因材料及其制品的意外破坏、失效而导致经济损失甚至严重事故的发生，很大一部分原因就是在设计过程中模拟校核时未考虑真实条件下各种负面环境所带来的不利影响。由于热场在服役条件中最常见，也是对材料性能的改变影响最显著的因素之一，因此关于热场下的材料拉伸测试成了经久不衰的研究课题。
通常材料试验中热场加载的实现有几种分类，即被测试样两端夹具加载以及被测试样中部直接加载，接触加载以及非接触加载，各种方式都有其独有的优点。但传统的小型材料性能试验机的温度加载模块都是固定在装置上，且对小型材料原位拉伸的被测试样直接进行加热，存在一定的安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种加热装置，对小型材料原位拉伸的被测试样来说，其能够通过间接加热的方式对被测试样进行加热，提高了加热试验过程的安全性。
本发明的另一目的在于提供一种加热监测装置，其能够对加热过程中被测试样表面的温度进行监测，从而保证被测试样表面温度处于能够进行正常的拉伸试验的恒温状态。
本发明是这样实现的：
一种加热装置，用于对原位拉伸测试使用的被测试样进行加热。加热装置包括加热元件、导热板、箱体以及与箱体相配合的盖体，加热元件、导热板均设置于箱体内；被测试样夹持于箱体和盖体之间；箱体具有第一腔室和第二腔室，第一腔室和第二腔室分别位于导热板相对的两侧，加热元件位于第一腔室。
优选地，加热元件为热电阻。
优选地，箱体包括相对设置的第一侧壁和第二侧壁，盖体包括相对设置的第三侧壁和第四侧壁；第一侧壁与第三侧壁之间形成第一夹持孔，第二侧壁与第四侧壁之间形成第二夹持孔，被测试样沿长度方向的两端分别穿过第一夹持孔、第二夹持孔。
优选地，盖体开设有用于观察被测试样的通孔，且盖体设置有与通孔相配合的透明隔热体。
优选地，透明隔热体为高温玻璃。
优选地，加热装置还包括支撑装置，支撑装置设置有容纳箱体的容纳槽，支撑装置的侧壁设置有限位件，箱体可选地相对于容纳槽移动以调节高度，并通过限位件固定。
优选地，箱体的内壁设置有隔热件。
优选地，隔热件的材质为石棉或聚氨酯发泡板或云母。
一种加热监测装置，其包括加热装置和监测被测试样温度的温度监测装置。
优选地，温度监测装置包括热电偶及与热电偶相连接的信号处理装置。
本发明的有益效果是：被测试样与加热元件置于加热装置内部，通过导热板将加热元件与被测试样分隔在两个不同的空间里，采用非接触热辐射方式对被测试样加热，首先对加热元件施加电压，将产生的热量通过热辐射传递给导热板，然后导热板将热量进行二次传热传递给被测试样，从而保证了被测试样加热过程中试验的安全性；同时，在本发明中将加热装置应用在加热监测装置中，通过温度监测装置监测被测试样表面的温度，热电偶将所监测到的温度信号传递给信号处理装置，经过信号处理装置的反馈，调节加热元件两端所施加的电压，保证被测试样处于能够进行正常的拉伸试验的恒温状态。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。
图1为本发明实施例1提供的加热监测装置结构示意图；
图2为本发明实施例1提供的加热装置结构示意图；
图3为本发明实施例1提供的加热装置中箱体的结构示意图；
图4为本发明实施例1提供的加热监测装置正视面结构示意图。
图标：101-加热监测装置；300-被测试样；100-加热装置；110-加热元件；120-导热板；140-盖体；130-箱体；132-第一侧壁；134-第五侧壁；122-第一表面；124-第二表面；126-第一腔室；128-第二腔室；200-温度监测装置；142-第三侧壁；144-第一夹持孔；148-透明隔热体；146-通孔；150-支撑装置；152-限位件；210-热电偶；220-弹性夹片；230-信号处理装置；222-凹槽。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
图1是本实施例1提供的一种加热监测装置101的结构示意图，加热监测装置101包括加热装置100和用于监测被测试样300温度的温度监测装置200。加热装置100用于对原位拉伸测试使用的被测试样300进行加热，温度监测装置200用于监测被加热的被测试样300表面的温度，用温度监测装置200对被测试样300表面温度进行监测，通过反馈的温度信息，对被测试样300表面的温度进行调节，确保被测试样300所达到的温度处于能够进行正常拉伸试验的恒温状态。
图2为加热装置100结构示意图，参照图2，加热装置100包括加热元件110、导热板120、箱体130以及与箱体130相配合的盖体140；加热元件110、导热板120均设置于箱体130内；被测试样300夹持于箱体130和盖体140之间。加热之前先将被测试样300置于箱体130上，然后再将盖体140盖合在箱体130上，使被测试样300处于夹持状态，避免加热过程中出现被测试样300移动导致被测试样300受热不均匀，从而影响被测试样300的拉伸效果。
在本实施例中，盖体140与箱体130采用分离式设计的目的在于便于将加热装置100安装在需要进行热场加载的小型力学性能试验仪器中，对试验仪器空间的合理利用具有重要意义。
图3是加热装置100中箱体130的结构示意图，参照图3，箱体130包括第一侧壁132和与第一侧壁132相对设置的第二侧壁(未示出)、第五侧壁134和与第五侧壁134相对设置的第六侧壁(未示出)，第一侧壁132、第二侧壁分别连接于第五侧壁134、第六侧壁之间，进一步地，第一侧壁132、第二侧壁中至少有一个侧壁与第五侧壁134、第六侧壁采用可拆卸的连接。
优选地，第一侧壁132与第五侧壁134、第六侧壁采用可拆卸连接；在本实施例中将第一侧壁132采用可拆卸方式连接，便于被测试样300及箱体130内部其它部件例如加热元件110、导热板120的安装。
需要说明的是：第一侧壁132、第二侧壁、第五侧壁134及第六侧壁的位置关系为基于附图所示位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的加热监测装置101必须具有特定方位构造，因此不能理解为对本发明的限制。
在本实施例中，箱体130的第一侧壁132、第二侧壁、第五侧壁134及第六侧壁相互依次连接形成空腔，导热板120内置于空腔中，导热板120的一端固定在第五侧壁134上，导热板120的另一端固定在第六侧壁上，进一步地，导热板120的两端放置在同一水平面。
参照图2，导热板120包括相对设置的第一表面122和第二表面124。在本实施例中，导热板120的第一表面122与第二表面124分别为对称设置的曲面，且以导热板120中心线为对称轴两端分别向第五侧壁134、第六侧壁的方向逐渐扩张。导热板120的曲面设计可在一定程度上保证其在热辐射过程中的均匀受热，进而进一步保证被测试样300的均匀受热。
在本实施例中，导热板120的形状并不仅仅局限于曲面板，也可以是其它的形状，例如平面板。在本实施例中导热板120的材质采用的是硅导热板120，因Si-Si是很强的共价键结构，质点的振动会迅速传到相邻质点，故其导热系数很高，导热能力很强，从而加快了热传播的速度，有利于将导热板120上的热量通过热辐射传递给被测试样300。
在本发明的其它实施例中，导热板120的材质也可以根据导热板120的形状、厚度、及需要传导的温度来确定，因同种材料在不同的温度下，其导热系数也会不一样，例如导热板120的材质也可以是铜、铝、不锈钢等，在本发明的其它实施例中，导热板120的材质可根据具体的情况进行选择。
参照图2，由于导热板120置于箱体130的内部，将箱体130的空腔分为第一腔室126和第二腔室128，第一腔室126和第二腔室128分别为位于导热板120相对的两侧；加热元件110设置于第一腔室126，被测试样300设置于第二腔室128的上方，且夹持于箱体130和盖体140之间；导热板120将加热元件110与被测试样300分隔在两个不同的腔室中，避免了加热元件110与被测试样300的直接接触，从而保证了包含被测试样300在内的试验过程的安全性。
在本实施例中箱体130的内侧壁均设置有隔热件(未示出)，用于隔绝箱体130内部热量与外界热量的热交换，在一定程度上起到隔热作用，保证了箱体130内部产生的热量不散发出去，从而加快了对被测试样300的热辐射传递。在本实施例中隔热件的材质是石棉，但在本发明的其它实施例中，隔热件的材质并不仅仅局限于石棉，也可以是其它的隔热材质，例如聚氨酯发泡板、云母。
在本实施例中，加热元件110为热电阻，通过给热电阻施加电压，对导热板120通过热辐射方式加热，再由导热板120对被测试样300进行热辐射加热，从而对由热电阻产生的热量通过导热板120进行二次热传递，可有效避免直接加热带来的安全隐患。
请依次参照图1、图2、图3，盖体140包括第三侧壁142和与第三侧壁142相对设置的第四侧壁(未示出)，第一侧壁132与第三侧壁142之间形成第一夹持孔144，第二侧壁与第四侧壁之间形成第二夹持孔(未示出)，且第一夹持孔144、第二夹持孔的大小与被测试样300的两端相配合，确保被测试样300能够穿过第一夹持孔144、第二夹持孔；被测试样300沿长度方向的两端分别穿过第一夹持孔144、第二夹持孔，从而将被测试样300固定。
参照图2，盖体140上开设有用于观察被测试样300的通孔146，进一步地，通孔146设置在盖体140两对角线相交处的中心位置，且通孔146的大小可根据需要观察的视野范围确定，确保能够完整的观察到箱体130内部的加热情况。
在本实施例中，盖体140上还设置有与通孔146相配合的透明隔热体148，进一步地，透明隔热体148是高温玻璃，高温玻璃可以作为光学数字显微镜的观测视窗使用；通过透明隔热体148可以观测到被测试样300的加热情况，同时对箱体130也起到一定的隔热作用。
参照图1，加热装置100还包括支撑装置150，支撑装置150设置有容纳箱体130的容纳槽(未示出)，且支撑装置150的侧壁设置有限位件152，箱体130可选地相对于容纳槽上下移动以调节高度，并通过限位件152固定，从而来适应不同仪器的高度，以保证被测试样300进行正常的拉伸试验。在本发明中，限位件152为螺钉，通过螺钉将支撑装置150与箱体130固定，从而达到调节整体高度的目的。
参照图4，加热监测装置101还包括温度监测装置200，温度监测装置200包括热电偶210、弹性夹片220和与热电偶210相连接的信号处理装置230。请再参照图2所示，第六侧壁靠近盖体140的一端面设置有凹槽222，弹性夹片220的一端设置于凹槽222内，弹性夹片220的另一端固定热电偶210；进一步地，弹性夹片220可在凹槽222内横向自由移动。
在本实施例中，弹性夹片220的材质是金属，但在本发明的其它实施例中，弹性夹片220的材质也不仅仅局限于金属，也可以是其它材质，例如橡胶、塑料等。
本实施例中加热监测装置101是这样实现加热监测功能的：将被测试样300置于加热位置的箱体130，对热电阻施加电压使其产生热量，热量通过热辐射的方式给导热板120加热，导热板120将通过二次热传递将热量传递给被测试样300，从而实现对被测试样300的加热过程；在对被测试样300加热的过程中，热电偶210通过弹性夹片220产生的力的作用，使热电偶210与被测试样300表面相接处，弹性夹片220在凹槽222内自由来回的移动，监测被测试样300表面不同位置的温度；与此同时，热电偶210将所监测到的温度信号传递给与其相连接的信号处理装置230，经过信号处理装置230的反馈，调节热电阻两端所施加的电压，保证被测试样300处于能够进行正常拉伸试验的恒温状态。
综上所述，在本发明中将被测试样300与加热元件110置于加热装置100内部，通过导热板120将加热元件110与被测试样300分隔在两个不同的空间里，采用非接触辐射方式对被测试样300加热，从而实现了被测试样300加热过程中试验的安全性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种加热装置，用于对原位拉伸测试使用的被测试样进行加热，其特征在于，所述加热装置包括加热元件、导热板、箱体以及与所述箱体相配合的盖体，所述加热元件、所述导热板均设置于所述箱体内；所述被测试样夹持于所述箱体和所述盖体之间，所述箱体具有第一腔室和第二腔室，所述第一腔室和所述第二腔室分别位于所述导热板相对的两侧，所述加热元件位于所述第一腔室。
2.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述加热元件为热电阻。
3.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述箱体包括相对设置的第一侧壁和第二侧壁，所述盖体包括相对设置的第三侧壁和第四侧壁，所述第一侧壁与所述第三侧壁之间形成第一夹持孔，所述第二侧壁与所述第四侧壁之间形成第二夹持孔，所述被测试样沿长度方向的两端分别穿过所述第一夹持孔、所述第二夹持孔。
4.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述盖体开设有用于观察所述被测试样的通孔，且所述盖体设置有与所述通孔相配合的透明隔热体。
5.根据权利要求4所述的加热装置，其特征在于，所述透明隔热体为高温玻璃。
6.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述加热装置还包括支撑装置，所述支撑装置设置有容纳所述箱体的容纳槽，所述支撑装置的侧壁设置有限位件，所述箱体可选地相对于所述容纳槽移动以调节高度，并通过所述限位件固定。
7.根据权利要求1～6任一项所述的加热装置，其特征在于，所述箱体的内壁设置有隔热件。
8.根据权利要求7所述的加热装置，其特征在于，所述隔热件的材质为石棉或聚氨酯发泡板或云母。
9.一种加热监测装置，其特征在于，包括如权利要求1～8任一项所述加热装置和监测所述被测试样温度的温度监测装置。
10.根据权利要求9所述的加热监测装置，其特征在于，所述温度监测装置包括热电偶及与所述热电偶相连接的信号处理装置。
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- 2016-11-18 CN CN201611018468.9A patent/CN106442162A/zh active Pending
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