CN108020495A - 一种高温透气度测试仪及其试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温透气度测试仪，包括有试样夹持器、气体加热器，所述试样夹持器包括有耐热材料制成的活塞、凹形缸体，活塞内上部的倒梯形空腔与活塞延伸管的内腔连通在一起形成倒梯形台阶腔体，活塞滑配在凹形缸体内；凹形缸体壁内设有气体加热器，所述气体加热器为设在凹形缸体壁中的螺旋通道，设在凹形缸体底部的螺旋通道出气口与梯形空腔连通，螺旋通道进气口设在凹形缸体上部。用本发明进行试验，可以将测试温度提高到1000℃及以上，提高测试数据的稳定性和准确率。

Description

一种高温透气度测试仪及其试验方法

技术领域

本发明专利涉及耐火材料透气度测试仪器，特别涉及一种高温透气度测试仪及其试验方法。

背景技术

耐火材料的透气度一般是指耐火制品在一定压差下允许气体通过的性能，是耐火制品的一个重要参数。

我国国家标准《GB/T3000-1999 致密定形耐火制品透气度试验方法》等效采用了国际标准《ISO 8841:1991致密定形耐火制品—透气度的测定》，美国标准《ASTM C 577-1999 耐火材料透气度试验方法》仅将ISO 8841:1991的φ50mm×50mm的圆柱形试样更改为51mm×51mm×51mm的立方体试样。这些标准，均为常温下测试耐火制品透气度的试验方法。

国际标准《ISO 8841:1991致密定形耐火制品—透气度的测定》给出了透气度测试仪的结构：由气源、气体流量测量计、试样夹持器、压力计、游标卡尺等组成。该透气度的试样夹持器由上压盖、试样保持器、下压盖、充气管及充气膜组成；充气膜用橡胶膜制成，呈圆筒状，置于圆筒状试样保持器内，两端套在试样保持器的两端上，再以上、下压盖压紧，上下压盖的压紧面为平面，依靠螺栓紧固；充气膜外充满由充气孔导入的压力气体，以保证圆柱状的试样侧面被充气膜密闭、不透气。

美国国家标准《ASTM C 577-1999 耐火材料透气度试验方法》，密封试样的乳胶套为两个内方外圆的锥台状，乳胶套外不用充气，而用内部呈锥形的金属夹持器扣住，再以千斤顶压紧，使乳胶套与试样紧密接触，保持密闭状态

中钢洛耐院的ZL200720187614.0《一种透气度测试仪的试样夹持器》，其包括由充气膜、试样保持器本体、上压盖和下压盖构成，充气膜设置在试样保持器本体的内部，其特征是：在上压盖和试样保持器本体上端口之间设置有锥形紧固环，紧固环和下压盖上部的断面呈锥形，其锥度分别与试样保持器本体上端口、下端口内的锥度相配。

众所周知，耐火浇注料在使用前，如若能够迅速排出耐火浇注料因受热产生的水蒸气或其他挥发性气体，就可避免干燥过程中因排气不畅而导致的开裂或爆裂；在高温工业中，气体渗透、隔炎燃烧、气相反应烧结等等，无处不见气体与固体接触的机会，材料的透气性或气体的渗透能力，都是高温应用需要研究的课题，自然，科技工作就需要高温透气性测试仪器这一工具。

国内仅有耐火制品的常温透气度测试设备，国外已有可测试800℃以下耐火浇注料的渗透性设备。该设备包括由耐热不锈钢SS-310（最高使用温度870℃）制成的容积均为140cm³的一个进气和一个出气的圆柱形腔体，一个由特殊合金制成的圆柱形试样架，由不锈钢螺栓固定于圆柱形容器之间。样品尺寸通常为直径75mm（60mm暴露于空气流和15mm样品支承）,厚20-30mm。空气由压缩机（2马力）供给，通过6mm的SS-316L管直接到达容器底部。压缩机安装有除湿隔油装置和控制压力到0-10bar的阀门系统，用电子压力传感器测量容器进出口处的压力。容器和试样架置于电炉中（7500W），加热过程是通过PID控制器控制，这允许程序设定成达10个加热速率和10个平稳温度。空气到达样品之前，通过炉内一个2m长的金属线圈预热。容器进出口温度由垂直于试样的铬镍-铝热电偶测量。铜-康铜热电偶用于监控压力传感器附近和进入流量计的空气温度。空气流速由位于样品出口传递至热交换器后的旋转式流量计（0-40L/min）和皂泡流量计（0〜10升/分钟）测量。

现有技术缺陷：1）GB/T3000-1999及ISO 8841:1991、ASTM C577-1999、ZL200720187614.0，试样置于安装有乳胶套的装样机构中，通过乳胶套紧紧包裹试样外表面，气密性非常优秀，仅适合于常温透气度的测试，但不能承受高温；2）现有国外的800℃高温透气度测试仪，由耐热螺栓将内置试样、试样架和圆柱形腔体紧固一起，置于高温炉中，试样及这些耐热钢构件的结构、形状、受热并不一致，其热膨胀量也将难于同步，必然造成夹持力失衡、波动，试样端面夹持部分和试样侧部易漏气，造成测试数据的失真；而且，安装或取出试样，每次都要打开螺栓，操作繁琐；3）为了固定试样，使用耐热O型环，同样，金属O型耐热环，亦没有可靠密闭试样周边漏气的能力，对于较致密的材料，难于进行透气度测试；4）气体预热管缠绕在试样架外侧，不仅结构凌乱，而且接近电热元件，安全性较差；5）试样末端高温气体，经复杂的冷却，达到仪表可以测量的温度后才能进行气体的流测定量，而对于浇注料等受热有水分等挥发物产生的试样，由于混合气体粘度的不确定性，对测试结果会造成不利影响。

发明内容

本发明目的是提供一种高温透气度测试仪及其试验方法，用于克服现有技术测试温度低，试样夹持过于繁琐、密封效果欠佳、加载不稳、试样更换不便、试样末端气体处理复杂、流量测试不准确等缺陷。

本发明的目的可采用如下技术方案来实现：一种高温透气度测试仪，包括有供气系统、高温试验炉、试样夹持器、气体加热器、试样密封体、压密机构、气体冷却机构、控制柜、计算机，所述试样夹持器包括有耐热材料制成的活塞、凹形缸体，活塞内上部的倒梯形空腔与活塞延伸管的内腔连通在一起形成倒梯形腔体，活塞滑配在凹形缸体内；凹形缸体内下部的梯形空腔和凹形缸体底部下方的缸体延伸管的内腔连通在一起形成梯形腔体，梯形腔体上部的平台为试样平台；凹形缸体壁内设有气体加热器，所述气体加热器为设在凹形缸体壁中的螺旋通道和凹形缸体外的气体快捷接口，设在凹形缸体底部的螺旋通道出气口与梯形空腔连通，气体快捷接口与供气系统联通。

所述凹形缸体、缸体延伸管和活塞、活塞延伸管配合使用时，其中心线设在一条直线上。

所述制作活塞、凹形缸体的耐热材料为能承受1000℃及以上的耐高温合金材料或无机非金属材料。

所述供气系统包含有测量气体流量、温度、压力的气体测量系统，气体测量系统通过管路与气体快捷接口接通，气体测量系统的电子信号通过控制柜与计算机连接；

所述的加压密机构包括有机座、固定在机座上的支撑柱、连接在支撑柱上端的悬臂；设在悬臂上的丝杆加载器下端向下依次连接有万向头、压力传感器、压头、活塞延伸管；压力传感器与控制柜连接；所述的在机座上固定有快捷插拔机构，其内设有插拔密封材料和端面O型密封圈，快捷插拔机构与凹形缸体延伸管下端密封连接。

所述的设在梯形腔体里面的试样下部设置有下部压力计和下部热电偶，其与快捷插拔机构密封连接后与控制柜连接，下部压力计的测压导管端口和下部热电偶的测温端头设在距试样下端面15-20mm处；设在倒梯形腔体里面的试样上部压力计和上部热电偶，穿过活塞延伸管上端与控制柜连接；上部热电偶的测温端头和上部压力计的测压导管端口，设在距试样上端面15-20mm处。

所述的气体冷却机构由固定在压头外的散热箱和设在散热箱内的螺旋散热管组成。螺旋散热管的一端与设在散热箱上的箱体排气口连通，另一端与活塞延伸管的内腔贯通，试样上部热电偶和上部压力计与活塞延伸管内壁之间具有足够的间隙，散热箱内设有流动冷却水。

所述的试样密封体由耐高温具有压密性的非金属材料制成的平台状体，其外形尺寸与凹形缸体内尺寸吻合匹配，内尺寸与试样吻合匹配。平台状体由平台本体和上下垫片组成，平台本体设在上下垫片之间，平台本体和上下垫片外形尺寸一致，高度小于凹形缸体高度，其外形为圆环体、多边形体或椭圆形体。

所述试样密封体由耐高温具有压密性的非金属材料制成的台阶状体，台阶状体由上密封体和下密封体对扣在一起组成，其外形尺寸与凹形缸体内尺寸匹配吻合，内尺寸与试样吻合匹配，高度小于凹形缸体高度，其外形为圆环体、多边形体或椭圆形体。

一种高温透气度测试仪的测试方法：

a.试样的制备：在耐火材料制品上，通过钻取、切割、边沿研磨程序制成与试样密封体内腔形状相吻合的试样；不定形的材料试样可以用模具按照不定形材料的成型、养护工艺制备，制备好后备用。试样可以制成直径75mm×(20-30)mm或边长75mm×75mm×25mm的片状。

b.试样的安装：给系统供电，供气系统处于关闭状态，将对开式高温试验炉向外旋转打开，启动严密机构的丝杆加载器，带动万向头、压力传感器、压头和试样夹持器的活塞向上移动脱离凹形缸体，并向一侧旋转，使活塞远离凹形缸体；打开气体快捷接口，供气系统与气体加热器分离，向上抽拔试样夹持器的凹形缸体到炉体外的工作平台上，清理凹形缸体内部后。将试样包裹在试样密封体的空腔内，将试样密封体放置在凹形缸体的试样平台上，测量、检查使试样下部压力计的下部测压导管端口、下部热电偶的下部测温端头能够处在试样下端面15-20mm位置处；将缸体延伸管端头插入到快捷插拔机构上并密封；旋转压密机构的悬臂，使试样夹持器的活塞到达凹形缸体的正上方的中心线上，再次启动丝杆加载器，使活塞进入凹形缸体内并压紧试样密封体，压力传感器测量并传递压紧力到控制柜和计算机，通过计算机控制使其压紧力达到预设值，并持续保持，闭合对开式高温加热炉体。

c. 参数录入：在计算机中，录入试样名称、规格型号、试样材质、试样直径φ或边长、厚度δ、质量G、密度ρ、试验温度、透气度预测值，系统依据输入的以上信息，自动给定压紧力、升温制度、保温时间、给定气体压力、给定气体流量；也可以依据需要，人工修改相应参数。

d. 运行：启动计算机，通过控制柜给气体冷却器、压力传感器冷却机构、炉体冷却机构供水；计算机自动启动加热系统，控制柜依据计算机指令，给高温加热炉供电，炉温按照程序升温，达到预设温度开始保温；启动供气系统供气，气体测量系统的供气调压阀、供气温度计、供气压力计、气体质量流量计自动测控，气体测量系统的供气压力P₀、供气流量Q₀、供气温度T₀由计算机通过控制柜自动检测控制；气体经气体快捷接口到达气体加热器的螺旋管道，经加热到试验温度T后聚集梯形台阶腔体内；试样下表面经加热后的气体压力P₁、温度T₁经试样下部压力计、下部热电偶测量后传递给控制柜和计算机显示并记录；当试样下表面压力P₁达一定值后，气体从试样内部穿过，到达试样上部的倒梯形台阶腔体内，设在试样上部测温计、上部压力计将测得的试样上表面气体温度T₂、压力P₂传递给控制柜，经控制柜传输给计算机进行检测计算；进入倒梯形台阶腔体内的气体经气体冷却机构冷却后，从排气口排出；

e、结果计算：

……()

式中：

V ——试验温度下通过试样的气体体积，m³；

t ——气体通过试样的时间，s；

μ——试样的透气度，m2；

η——试验温度下气体的动力粘度，Pa·s；

A ——气体通过的试样的横截面积，m2；

δ——试样的厚度，m；

p ——试验温度下气体的绝对压力，Pa；

p1——试验温度下气体进入试样端的绝对压力，Pa；

p2——试验温度下气体流出试样端的绝对压力，Pa。

公式（1）与Darcy定律相一致，由Hagen-Poiseuille定律导出。

公式（1）可改写为：

………..(2)

试验温度下气体的动力粘度η，满足Sutherland方程，按公式（3）计算:

..….(3)

式中：

η——温度 T 时气体的粘度

—1.67×10^-3，Pa·s（标准状态0℃时，N₂的粘度值）

T —— 试验温度, K

T₀ ——标准状态273, K

C —— Sutherland常数，N₂，C=106.7（K）

对于氮气，（3）式可改写为式（4）

……(4)

由于单位体积流量，满足式（5）

V₀=Q₀t……………..……(5)

式中：

V₀——流量计测得的气体的体积，m³

t——时间，S

Q₀——流量计测得的气体的流量，m³/s

将（5）式代入（2）式，则有式（6）：

……..(6)

由于气体的压力P，体积V，温度T满足式（7）

……………….…..……..…………..(7)

将（5）代入（7）式，则有式（8）：

……………….…..……..…………..(8)

将（8）式，可改写为，式（9）

………….…..…………..…..(9)

将（9）式代入（2）式，则有式（10）

…….(10)

整理（10）式，则有式（11）

……....(11)。

本发明专利的优点：1.由于本发明将密封材料由原来的乳胶套或橡胶膜更换成耐高温的密封材料，将试样夹持器做成耐高温的试样夹持器，因而可将最高测试温度提高到1000℃及以上。2.气体流量测量装置可控制流量并输出电子信号的传感器，在实现自动记录流量的同时可以自动控制流量大小，实现了测量过程自动化。3.将气体加热器设在凹形缸体内，实现加热与试样夹持器一体化设计，精简了设备结构。4. 由于使用炉体外的压密机构施加压力，使密封体密封试样，使试验过程热胀冷缩引起的密封压力保持稳定，有效杜绝了气体的泄露，有助于提高测试数据的稳定性和准确率。

附图说明

附图1为高温透气度测试仪示意图；

附图2为试样夹持密闭示意图；

附图3为试样密封体为一实施例的结构示意图，其平台本体与上下垫片组合连接在一起；

附图4为试样密封体为另一实施例的结构示意图，其上密封体与下密封体组合连接在一起。

图中：1.气源，2.气体测量系统，3.气体快捷接口，4.机座，5.下部热电偶，5.1.下部测温端头，6.下部压力计，6.1下部测压导管端口，7.快捷插拔机构，7.1.插拔密封材料，7.2.端面O型密封圈，8.缸体延伸管，9.耐火材料，10.气体加热器，11.平台本体，11.1.上下垫片，11.2.上下密封体，12.试样，12.1.试样平台，13.凹形缸体，14.上部压力计，14.1.上部测压导管端口，15.活塞延伸管，15.1.活塞，16.气体冷却机构，17.上部热电偶，17.1.上部测温端头，18.压头，19.压力传感器，20.万向头，21.悬臂，22.丝杆加载器，23.支撑柱，24.箱体排气口，25.控制柜，26.计算机，27.倒梯形空腔，28. 梯形空腔。

具体实施方式

结合附图1、2、3、4对本发明作进一步详细说明。

施例1：

如图1、2、3所示，一种高温透气度测试仪，还包括有对开式高温试验炉、供气系统、试样密封体、手轮驱动的压密机构、控制柜25、计算机26、试样夹持器；所述试样夹持器包括有310S耐热钢制成的活塞15.1、与活塞15.1相匹配的凹形缸体13，活塞15.1滑配在凹形缸体13内，凹形缸体13内下部的梯形空腔28和固定连接在凹形缸体13底部下方的缸体延伸管8的内腔连通在一起形成梯形腔体28，梯形腔体28上部的平台为试样平台12.1，活塞15.1内上部的倒梯形空腔27与活塞延伸管15的内腔连通在一起形成倒梯形腔体27；凹形缸体13壁上设有气体加热器10，所述气体加热器10为设在凹形缸体13壁内的螺旋通道和凹形缸体13外的气体快捷接口3，设在凹形缸体13底部的螺旋通道出气口与梯形空腔28连通，螺旋通道进气口设在凹形缸体13上部。为提高压紧效果，所述凹形缸体13、缸体延伸管8、活塞15.1、活塞延伸管15和快捷插拔机构7以及丝杆加载机器22、万向头20、压力传感器19、压头18的中心线设在一条直线上。

试样夹持器由能承受1000℃及以上的耐高温合金材料或无机非金属材料制成，比如由无机非金属材料的致密刚玉陶瓷或310S耐热钢制成。

实施例2：

如图1、2所示，在实施例1的基础上，所述供气系统包含有测量气体流量、温度、压力的气体测量系统2，气体测量系统2通过管路与气体快捷接口3接通，气体测量系统2的电子信号通过控制柜25与计算机26连接；所述加压密构包括有机座4、固定在机座上的支撑柱23、连接在支撑柱23上端的悬臂21；设在悬臂21上的丝杆加载器22为伺服驱动系统，伺服驱动系统与控制柜25和计算机26连接，丝杆加载器22的下端向下依次连接有万向头20、压力传感器19、压头18、活塞延伸管15；压力传感器19与控制柜25连接；设在梯形腔体28里面的试样12下部压力计6、下部热电偶5与快捷插拔机构7密封连接后与控制柜25连接，下部测压导管端口6.1、下部测温端头5.1设在距试样12下端面15-20mm处；设在倒梯形腔体27里面的试样12上部压力计14穿过活塞延伸管15上端与控制柜25连接；设在倒梯形腔体27里面的试样12上部热电偶17穿过活塞延伸管15上端、压头18与控制柜连接；试样12上部测压导管端口14.1、上部测温端头17.1设在距试样上端面15-20mm处；固定在机座4上的快捷插拔机构7与缸体延伸管8下端密封连接。为进一步提高密封性能，可以在缸体延伸管8下端设置O型密封圈7.2。活塞延伸管15通过试样上部热电偶17与活塞延伸管15之间的间隙与设在压头18外部的气体冷却机构16的螺旋散热管一端连通；所述气体冷却机构由固定在压头18外的散热箱和设在散热箱内的螺旋散热管组成，螺旋散热管另一端与设在散热箱上的箱体排气口24连通，散热箱内设有流动冷却水。所述压头18可以设成中空状。

实施例3：

如图1、2、3所示，在实施例2的基础上，所述试样密封体由耐高温具有压密性的非金属材料制成的平台状体，平台状体由平台本体11和上下垫片11.1组成，平台本体为圆环形，设在上下环状垫片之间；平台本体外径和上下环状垫片外径与凹形缸体13内径匹配吻合，平台本体高度小于凹形缸体13高度。上下环状垫片内径小于试样外径至少5mm，也就是说下上环状垫片要盖住试样上下边缘区域。试样12设在由平台本体11和上下垫片11.1围成的腔体内，也就在试样密封体的空腔中。试样12两端面中心部位暴露在梯形空腔28和倒梯形空腔27处的面积小于上环状垫片或下环状垫片的内环面积，一般为φ60mm。试样密封体可以由石墨纤维材料或含莫来石纤维材料制成。

实施例4：

如图1、2、4所示，在实施例2的基础上，所述试样密封体由耐高温具有压密性的非金属材料制成的台阶状体，台阶状体由上密封杯11.2和下密封杯11.2对扣在一起组成，台阶状体外径与凹形缸体内径匹配吻合，高度小于凹形缸体13高度。试样12设在由台阶状体的上密封体11.2和台阶状体的下密封体11.2围成的空腔内，也就试样密封体的空腔中。试样12两端面中心部位暴露在梯形空腔27和倒梯形空腔28处的面积为上密封体11.2或下密封体11.2的面积，一般可为φ60mm。此处所述的耐高温具有压密性的非金属材料为石墨纤维或含莫来石纤维。

实施例5：

在实施例4的基础上，进行试验，其试验过程如下：

a.试样的制备：在400*300*25碳化硅板上，通过钻取圆片状试样12；测量试样12的直径φ=75.1mm，厚度δ=25.2mm；称量试样的质量295.5g；计算体积密度2.65g/cm3，将试样12设置在试样密封体的内腔中；

b.试样的安装：给系统供电，供气系统处于关闭状态，所述高温试验炉为对开式炉体，对开式炉体由动态炉体和静态炉体组成，缸体延伸管8和活塞延伸管15分别穿过上下炉壁并与上下炉壁滑动密封连接；

将对开式炉体向外旋转打开，启动压密机构的丝杆加载器22，带动万向头20、压力传感器19、压头18和试样夹持器的活塞15.1向上移动脱离凹形缸体13，并向一侧旋转，使活塞15.1远离凹形缸体13；打开气体快捷接口3，供气系统与气体加热器10管路分离，向上抽拔试样夹持器的凹形缸体13到炉体外的工作平台上，清理凹形缸体13内部后，将装有试样12的试样密封体放置在凹形缸体13的试样平台12.1上；再将缸体延伸管8端头插入到快捷插拔机构7上并密封，测量、检查使试样12下部测压导管端口6.1、下部测温端头5.1能够处在试样12下端面15-20mm位置处；旋转压密机构的悬臂21，使试样夹持器的活塞15.1到达凹形缸体13的正上方的中心线上，启动丝杆加载器22，使活塞15.1进入凹形缸体13内并压紧试样密封体，压力传感器19测量并传递压紧力到控制柜25和计算机26，使其压紧力达到预设值，并持续保持，闭合对开式炉体。

如果凹形缸体13内有上次测试过的试样12、进行高温气密性检查的耐热钢试块、致密刚陶瓷试块或其它密闭结构材料试块，应清理掉，用毛刷清理凹形缸体13内部及试样平台12.1。依据密闭材料的特性和试样12可以承受的压应力设定压力值，一般施压最大力值不大于2000kN。在丝杆加载器22加压的过程中，由于凹形缸体13受压向下移动，在压力的作用下，使缸体延伸管8与快捷插拔机构7之间的密封性更好。

c. 参数录入：在计算机26中，录入试样名称：碳化硅板、规格型号：SIC2018、试样材质：SIC95、试样直径φ:75.1、厚度δ:25.2、质量G:295.5、密度ρ:2.65、试验温度:1000、透气度预测值，系统依据输入的以上信息，自动给定压紧力、升温制度、保温时间、供气的气体压力、供气的气体流量。

d. 运行：启动计算机26，通过控制柜25给气体冷却器16等供水；计算机26自动启动加热系统，控制25柜依据计算机指令，给电炉供电，炉温按照程序升温，达到预设温度开始保温；启动供气系统供气，气体测量系统2的供气调压阀、供气温度计、供气压力计、供气流量计自动测控，气体测量系统2的供气压力P₀、供气流量Q₀、供气温度T₀由计算机26通过控制柜25自动检测控制；气体经气体快捷接口3到达气体加热器10，经加热后到达梯形腔体28内；试样12下表面气体压力P₁、温度T₁经试样下部压力计6、下部热电偶5测量后传递给控制柜25，经控制柜25传输给计算机26显示并记录；当试样12下表面的试验温度T₁、压力P₁达到一定值后，气体从试样12内部穿过，到达试样12上部的倒梯形腔体27内，设在试样12上部热电偶17、上部压力计14将测得的试样12上表面气体温度T₂、压力P₂传递给控制柜25，经控制柜25传输给计算机26进行检测计算；进入倒梯形腔体27内的气体经压头18到达气体冷却机构16；高温气体经气体冷却机构16冷却后从箱体排气口24排出。

在实施例当中，由于在活塞压力作用下，试样密封体受压变形，使凹形缸体13与试样密封体、试样12与试样密封体之间的密封性更好，能有效阻止相互之间接触的部位漏气，使测量气体从试样12中间透过，提高了测量的准确率。

本发明所述的气体测量系统2中使用的气体流量测量装置为可控制流量并输出电子信号的传感器，比如：质量流量计；快捷插拔密封材料为含石墨纤维柔性材料；O型密封圈由硅橡胶材料制成。

Claims (10)

1.一种高温透气度测试仪，包括有供气系统、高温试验炉、试样夹持器、气体加热器、试样密封体、压密机构、气体冷却机构、控制柜、计算机，其特征是：所述试样夹持器包括有耐热材料制成的活塞、凹形缸体，活塞内上部的倒梯形空腔与活塞延伸管的内腔连通在一起形成倒梯形腔体，活塞滑配在凹形缸体内；凹形缸体内下部的梯形空腔和凹形缸体底部下方的缸体延伸管的内腔连通在一起形成梯形腔体，梯形腔体上部的平台为试样平台；凹形缸体壁内设有气体加热器，所述气体加热器为设在凹形缸体壁中的螺旋通道和凹形缸体外的气体快捷接口，设在凹形缸体底部的螺旋通道出气口与梯形空腔连通，气体快捷接口与供气系统联通。

2.根据权利要求1所述的一种高温透气度测试仪，其特征是：所述的凹形缸体、缸体延伸管和活塞、活塞延伸管配合使用时，其中心线设在一条直线上。

3.根据权利要求1所述的一种高温透气度测试仪，其特征是：所述的耐热材料为能承受1000℃及以上的耐高温合金材料或无机非金属材料。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种高温透气度测试仪，其特征是：所述的供气系统包含有测量气体流量、温度、压力的气体测量系统，气体测量系统通过管路与气体快捷接口接通，气体测量系统的电子信号通过控制柜与计算机连接。

5.根据权利要求1所述的一种高温透气度测试仪，其特征是：所述的加压密机构包括有机座、固定在机座上的支撑柱、连接在支撑柱上端的悬臂；设在悬臂上的丝杆加载器下端向下依次连接有万向头、压力传感器、压头、活塞延伸管；压力传感器与控制柜连接；所述的在机座上固定有快捷插拔机构，其内设有插拔密封材料和端面O型密封圈，快捷插拔机构与凹形缸体延伸管下端密封连接。

6.根据权利要求5所述的一种高温透气度测试仪，其特征是：所述的设在梯形腔体里面的试样下部设置有下部压力计和下部热电偶，其与快捷插拔机构密封连接后与控制柜连接，下部压力计的测压导管端口和下部热电偶的测温端头设在距试样下端面15-20mm处；设在倒梯形腔体里面的试样上部压力计和上部热电偶，穿过活塞延伸管上端与控制柜连接；上部热电偶的测温端头和上部压力计的测压导管端口，设在距试样上端面15-20mm处。

7.根据权利要求1所述的一种高温透气度测试仪，其特征是：所述的气体冷却机构由固定在压头外的散热箱和设在散热箱内的螺旋散热管组成。螺旋散热管的一端与设在散热箱上的箱体排气口连通，另一端与活塞延伸管的内腔贯通，试样上部热电偶和上部压力计与活塞延伸管内壁之间具有足够的间隙，散热箱内设有流动冷却水。

8.根据权利要求1所述的一种高温透气度测试仪，其特征是：所述的试样密封体由耐高温具有压密性的非金属材料制成的平台状体，其外形尺寸与凹形缸体内尺寸吻合匹配，内尺寸与试样吻合匹配。平台状体由平台本体和上下垫片组成，平台本体设在上下垫片之间，平台本体和上下垫片外形尺寸一致，高度小于凹形缸体高度，其外形为圆环体、多边形体或椭圆形体。

9.根据权利要求1所述的一种高温透气度测试仪，其特征在于：所述试样密封体由耐高温具有压密性的非金属材料制成的台阶状体，台阶状体由上密封体和下密封体对扣在一起组成，其外形尺寸与凹形缸体内尺寸匹配吻合，内尺寸与试样吻合匹配，高度小于凹形缸体高度，其外形为圆环体、多边形体或椭圆形体。

10.根据权利要求1至9任一个所述的一种高温透气度测试仪的测试方法，其特征是：

a.试样的制备：在耐火材料制品上，通过钻取、切割、边沿研磨程序制成与试样密封体内腔形状相吻合的试样；不定形的材料试样可以用模具按照不定形材料的成型、养护工艺制备，制备好后备用。试样可以制成直径75mm×(20-30)mm或边长75mm×75mm×25mm的片状。

b.试样的安装：给系统供电，供气系统处于关闭状态，将对开式高温试验炉向外旋转打开，启动严密机构的丝杆加载器，带动万向头、压力传感器、压头和试样夹持器的活塞向上移动脱离凹形缸体，并向一侧旋转，使活塞远离凹形缸体；打开气体快捷接口，供气系统与气体加热器分离，向上抽拔试样夹持器的凹形缸体到炉体外的工作平台上，清理凹形缸体内部后。将试样包裹在试样密封体的空腔内，将试样密封体放置在凹形缸体的试样平台上，测量、检查使试样下部压力计的下部测压导管端口、下部热电偶的下部测温端头能够处在试样下端面15-20mm位置处；将缸体延伸管端头插入到快捷插拔机构上并密封；旋转压密机构的悬臂，使试样夹持器的活塞到达凹形缸体的正上方的中心线上，再次启动丝杆加载器，使活塞进入凹形缸体内并压紧试样密封体，压力传感器测量并传递压紧力到控制柜和计算机，通过计算机控制使其压紧力达到预设值，并持续保持，闭合对开式高温加热炉体。

c. 参数录入：在计算机中，录入试样名称、规格型号、试样材质、试样直径φ或边长、厚度δ、质量G、密度ρ、试验温度、透气度预测值，系统依据输入的以上信息，自动给定压紧力、升温制度、保温时间、给定气体压力、给定气体流量；也可以依据需要，人工修改相应参数。

d. 运行：启动计算机，通过控制柜给气体冷却器、压力传感器冷却机构、炉体冷却机构供水；计算机自动启动加热系统，控制柜依据计算机指令，给高温加热炉供电，炉温按照程序升温，达到预设温度开始保温；启动供气系统供气，气体测量系统的供气调压阀、供气温度计、供气压力计、气体质量流量计自动测控，气体测量系统的供气压力P₀、供气流量Q₀、供气温度T₀由计算机通过控制柜自动检测控制；气体经气体快捷接口到达气体加热器的螺旋管道，经加热到试验温度T后聚集梯形台阶腔体内；试样下表面经加热后的气体压力P₁、温度T₁经试样下部压力计、下部热电偶测量后传递给控制柜和计算机显示并记录；当试样下表面压力P₁达一定值后，气体从试样内部穿过，到达试样上部的倒梯形台阶腔体内，设在试样上部测温计、上部压力计将测得的试样上表面气体温度T₂、压力P₂传递给控制柜，经控制柜传输给计算机进行检测计算；进入倒梯形台阶腔体内的气体经气体冷却机构冷却后，从排气口排出；

e、结果计算：

…………………()

式中：

V ——试验温度下通过试样的气体体积，m³；

t ——气体通过试样的时间，s；

μ——试样的透气度，m2；

η——试验温度下气体的动力粘度，Pa·s；

A ——气体通过的试样的横截面积，m2；

δ——试样的厚度，m；

p ——试验温度下气体的绝对压力，Pa；

p1——试验温度下气体进入试样端的绝对压力，Pa；

p2——试验温度下气体流出试样端的绝对压力，Pa。

公式（1）与Darcy定律相一致，由Hagen-Poiseuille定律导出。

公式（1）可改写为：

………………………..(2)

试验温度下气体的动力粘度η，满足Sutherland方程，按公式（3）计算:

……………(3)

式中：

η——温度 T 时气体的粘度

—1.67×10^-3，Pa·s（标准状态0℃时，N₂的粘度值）

T —— 试验温度, K

T₀ ——标准状态273, K

C —— Sutherland常数，N₂，C=106.7（K）

对于氮气，（3）式可改写为式（4）

….(4)

由于单位体积流量，满足式（5）

V₀=Q₀t………………………………………………..……(5)

式中：

V₀——流量计测得的气体的体积，m³

t——时间，S

Q₀——流量计测得的气体的流量，m³/s

将（5）式代入（2）式，则有式（6）：

…………..………(6)

由于气体的压力P，体积V，温度T满足式（7）

………………………….…..……..…………..(7)

将（5）代入（7）式，则有式（8）：

………………………….…..……..…………..(8)

将（8）式，可改写为，式（9）

………………………….…..…………..…..(9)

将（9）式代入（2）式，则有式（10）

……….(10)

整理（10）式，则有式（11）

……....(11)。