CN108318339A - 一种形状记忆高分子热力耦合实验装置 - Google Patents

一种形状记忆高分子热力耦合实验装置 Download PDF

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康国政
赵天行
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Abstract

本发明公开了一种形状记忆高分子热力耦合实验装置，MTS acumen电磁伺服试验机通过MTS acumen控制器连接到MTS控制计算机；所述加热装置通过开关继电器的触点连接到加热直流电源；开关继电器的控制端连接到温度控制器的输出端；温度控制器还分别连接到非接触式激光温度传感器、MTS acumen控制器和MTS控制计算机；降温风扇连接到降温直流电源，降温直流电源的控制端连接到MTS控制计算机；MTS acumen电磁伺服试验机使用的形状记忆高分子试样设置在所述温度控制箱中。本发明在使用温度箱进行热力耦合实验的同时，还能够进行应变的测量；可进行不同温度的变形实验，不同程度的强制对流实验，不同升降温速率的形状记忆实验。

Description

一种形状记忆高分子热力耦合实验装置
技术领域
本发明涉及形状记忆高分子性能测试领域，特别是一种形状记忆高分子热力耦合实验装置。
背景技术
随着科学的进步，航空航天、生物医学、微电子等高技术领域正在进行飞速发展，人们对材料性能的要求也越来越高，传统的结构材料已经不能满足科学发展的需要，所以很多具有特殊功能的材料应运而生。形状记忆高分子具有变形大，生物相容性好，制作简单，成本便宜，可印刷等有点，得到了广泛的运用。运用最广泛的一类形状记忆高分子为热激活的形状记忆高分子，此材料在玻璃化温度以上模量较低呈现超弹性，称之为橡胶态，在玻璃化温度以下模量较高呈现脆性，称之为玻璃态。形状记忆行为是通过在高温下(高于玻璃化温度)施加一定的变形，然后在固定形变的情况下降低温度，初去外力后临时形状形成，再在无外力的条件下升高温度，初始形状得以回复。整个形状记忆过程中是通过温度的变化来调节材料的内在玻璃相和橡胶相的变化，以及两者之间的内部作用力来完成的。在这个过程中，即存在力的变化，又存在温度的变化，力和温度之间是有相互影响的。另外还需要进行强制对流实验，讨论变形生热过程中材料力学性能的影响，以及不考虑变形生热(即强制对流减弱变形生热)下材料的力学性能的变化。
为了满足形状记忆高分子的热力耦合实验的需求，现有的也存在着许多的温控系统，基本是以温度箱的形式出现，现有的温度箱有以下缺点，大部分的温控箱仅能保温，不能满足升降温速率的控制，也不能满足强制对流的影响，而且能够满足升降温速率的要求的温控箱价格较贵，普遍情况是温控箱体积太大重量太重，使用极其不方便，特别是对于微小型MTS acumen试验机来说，这些温控箱可视化程度不高，采用温度箱的同时不能使用引伸计。为了满足这种形状记忆高分子热力耦合实验的研究，以及考虑到现有温控系统存在的问题，本发明专门设计一套满足形状记忆高分子热力耦合实验的温控系统，共同组建一套形状记忆高分子热力耦合实验装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种形状记忆高分子热力耦合实验装置。
实现本发明目的的技术方案如下：
一种形状记忆高分子热力耦合实验装置，包括MTS acumen电磁伺服试验机、MTSacumen控制器和MTS控制计算机；所述MTS acumen电磁伺服试验机通过MTS acumen控制器连接到MTS控制计算机；还包括温度控制箱；所述温度控制箱设置有加热装置和降温风扇，还设置有非接触式激光温度传感器；所述加热装置通过开关继电器的触点连接到加热直流电源；开关继电器的控制端连接到温度控制器；温度控制器还分别连接到非接触式激光温度传感器、MTS acumen控制器和MTS控制计算机；所述降温风扇连接到降温直流电源，降温直流电源的控制端连接到MTS控制计算机；所述MTS acumen电磁伺服试验机使用的形状记忆高分子试样设置在所述温度控制箱中。
进一步地，还包括视频引伸计和视频引伸计控制计算机，视频引伸计连接到视频引伸计控制计算机。
进一步地，所述加热装置包括位于上部的加热片和位于下部的加热风扇，设置在温度控制箱的侧壁底部。作为其改进，所述加热装置为两个，分别设置在温度控制箱的两侧侧壁。
进一步地，所述降温风扇为两个，对称设置在温度控制箱的两侧侧壁上，其中一个为吸风风扇，另一个为排风风扇。
本发明的有益效果是：(1)能够同步采集力，位移和温度的数据；(2)体积小，质量轻，便于使用和更换；(3)造价成本低，适合于小成本大产出的科学研究；(4)采用透明温控箱，可视化程度高；(5)在使用温度箱进行热力耦合实验的同时，还能够进行应变的测量；(6)可进行不同温度的变形实验，不同程度的强制对流实验，不同升降温速率的形状记忆实验。
附图说明
图1为形状记忆高分子热力耦合实验装置示意图；
图2为温度控制箱构造示意图；
图3为加热装置结构示意图。
其中，1—MTS acumen电磁伺服试验机；2—MTS acumen控制器；3—MTS控制计算机；4—视频引伸计；5—视频引伸计控制计算机；6—温度控制箱；7—加热直流电源；8—交流电源；9—温度控制器；10—开关继电器；11—变送器；12—降温直流电源；13—非接触激光温度传感器；14—形状记忆高分子试样；15—加热装置；16—降温风扇；17—加热风扇；18—加热片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1，2，3所示，为一套形状记忆高分子热力耦合的实验装置，包括MTS acumen电磁伺服试验机1，控制其运行的控制器2和显示控制的电脑3；还包括配合MTS实验机进行应变测量的视频引伸计4和其配套的安装处理软件的电脑5；还包括测量温度模块中的非接触式激光温度传感器13，温度传感器13连接在控制温度的温控器9上，温度数据通过变送器11传输到MTS控制器2中；升温模块中，通过直流电源7给加热装置15加热，使得温控箱6中的温度升高，直流电源7和加热装置15之间通过继电器10进行控制，继电器10的信号通过温控器9给出，其中加热装置15是通过加热片18后面安装一个风扇17来将热量传输到温控箱6中；降温模块中，通过一个直流电源12控制风扇16的转动，进行内外气体的交流来降温；直流电源7和12通过交流电源8供给能量。
使用时，按照图1，2，3中的连接方式进行组装，确保直流电源与电器元件连接式正负极的正确接入，确保电路的通路正常，确保继电器10的输入输出端的正确接入，确保温控器9和控制器2各串口的正确识别和接入。
本发明可进行不同温度下的单轴拉伸实验，通过调节温控箱的环境温度不同，然后在拉伸过程中保持温控箱的温度不变，进行单轴拉伸实验。首先将试样14安装在MTS试验机1上，将温控箱6的温度保持在实验温度附近，温控箱6中的环境温度通过非接触激光温度传感器13感应试样表面的温度，再将温度数据传输给温控器9，温控器的命令是通过安装labview软件的电脑3给予，然后温控器9控制继电器10的开端，从而控制直流电源7给加热装置15供给功率，最终确保了试样温度的稳定性。力和位移的信号通过MTS试验机1传感器传输给控制器2，温度信号通过变送器11传输给控制器2，最终在电脑3上进行显示和读取数据。应变通过视频引伸计进行测量，在传输到控制电脑5上。
本发明可进行不同升降温速率的形状记忆循环实验，通过同时设置MTS试验机1上的加卸载保持时间与温控系统中设置的升降温保持时间一致，可进行不同速率的形状记忆循环实验。MTS试验机1上的力和位移控制都通过电脑3上软件进行设置，通过控制器2进行操控。温控箱6中的温度控制通过电脑3上安装的labview软件进行编程控制温控器9的信号输出，其中升温和降温是两个不同的板块，通过程序设置区分。升温时，继电器10打开，直流电源7输出功率进行加热，加热的速率是通过直流电源7的输出功率大小来控制，通过温度传感器13实时采集温控箱温度反馈给温控器9进行实时调整，温度过高继电器开关10关闭，直流电源7不输出功率。降温时，传感器13实时采集温控箱温度反馈给温控器9进行实时调整程序中的输出变量值，再进行控制直流电源12的输出功率，调节降温风扇16的转速和热交换量。信号采集同不同温度下单轴拉伸实验一样，这样就完成了形状记忆循环实验。
本发明还可进行强制对流实验，通过控制降温模块中风扇16的转速，对试样14表面的温度进行强制热交换，避免变形生热对材料力学性能的影响，可通过调控转速和排风量，进行不同强制对流程度的实验。

Claims (5)

1.一种形状记忆高分子热力耦合实验装置，其特征在于，包括MTS acumen电磁伺服试验机(1)、MTS acumen控制器(2)和MTS控制计算机(3)；所述MTS acumen电磁伺服试验机(1)通过MTS acumen控制器(2)连接到MTS控制计算机(3)；
还包括温度控制箱(6)；所述温度控制箱(6)设置有加热装置(15)和降温风扇(16)，还设置有非接触式激光温度传感器(13)；
所述加热装置(15)通过开关继电器(10)的触点连接到加热直流电源(7)；开关继电器(10)的控制端连接到温度控制器(9)；温度控制器(9)还分别连接到非接触式激光温度传感器(13)、MTS acumen控制器(2)和MTS控制计算机(3)；
所述降温风扇(16)连接到降温直流电源(12)，降温直流电源(12)的控制端连接到MTS控制计算机(3)；
所述MTS acumen电磁伺服试验机(1)使用的形状记忆高分子试样(14)设置在所述温度控制箱(6)中。
2.如权利要求1所述的试验装置，其特征在于，还包括视频引伸计(4)和视频引伸计控制计算机(5)，视频引伸计(4)连接到视频引伸计控制计算机(5)。
3.如权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述加热装置(15)包括位于上部的加热片(18)和位于下部的加热风扇(17)，设置在温度控制箱(6)的侧壁底部。
4.如权利要求3所述的试验装置，其特征在于，所述加热装置(15)为两个，分别设置在温度控制箱(6)的两侧侧壁。
5.如权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述降温风扇(16)为两个，对称设置在温度控制箱(6)的两侧侧壁上，其中一个为吸风风扇，另一个为排风风扇。
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