CN108918282A - 一种带温度控制的脉冲压力试验系统及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种带温度控制的脉冲压力试验系统及其工作方法，该系统包括用于与试样连接的脉冲压力机、用于放置试样的试验台、水箱箱体、第一加热电阻丝、第二加热电阻丝、第一温度测控仪、第二温度测控仪、用于测量试样温度的温度传感器、第一温度控制执行器和第二温度控制执行器，试验台放置于水箱箱体内，第一加热电阻丝和第二加热电阻丝上下设置在试验台下方，第一温度测控仪连接第一加热电阻丝，第二温度测控仪连接第二加热电阻丝，温度传感器连接第一温度控制执行器，第二温度控制执行器分别连接第一温度控制执行器、第一温度测控仪和第二温度测控仪。与现有技术相比，本发明具有易调节、经济适用性好、使用范围大、易于加工等优点。
Description
技术领域
本发明涉及脉冲压力试验技术领域，尤其是涉及一种带温度控制的脉冲压力试验系统及其工作方法。
背景技术
脉冲疲劳试验台通过设定自动完成压力和温度的调节和控制，使被测件达到实际使用的工作状态，进行疲劳寿命检测，最终确定产品的性能。其脉冲试验机采用计算机与PLC（可编程逻辑控制器）结合的控制方式，通过闭环控制实现任意波形的生成和调整。通常设备适用于橡胶软管、汽车制动管、动力转向管、离合器管、汽车空调及散热器软管等压力脉冲测试，同时也可以对一些小型的管件、接头等进行脉冲试验。然而，对于管径较大且其工作温度较低（不超过100℃）的管道而言，试验台配套装置通常不适用且不经济。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种带温度控制的脉冲压力试验系统及其工作方法，采用水浴加热的方式对不同管径试样加热，与脉冲压力机可组成完整脉冲试验台，满足试验要求，具有易调节、经济适用性好、使用范围大、易于加工等优点。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种带温度控制的脉冲压力试验系统，包括用于与试样连接的脉冲压力机、用于放置试样的试验台、水箱箱体、第一加热电阻丝、第二加热电阻丝、第一温度测控仪、第二温度测控仪、用于测量试样温度的温度传感器、第一温度控制执行器和第二温度控制执行器，所述试验台放置于水箱箱体内，所述第一加热电阻丝和第二加热电阻丝上下设置在试验台下方，第一加热电阻丝的功率小于第二加热电阻丝的功率，所述第一温度测控仪连接第一加热电阻丝，所述第二温度测控仪连接第二加热电阻丝，所述温度传感器连接第一温度控制执行器，所述第二温度控制执行器分别连接第一温度控制执行器、第一温度测控仪和第二温度测控仪。
所述第一加热电阻丝的功率为180W-220W，第二加热电阻丝的功率为780W-820W。
所述温度传感器采用pt100温度传感器。
所述第一温度控制执行器和第二温度控制执行器均采用FB58温度控制执行器。
所述第一温度测控仪和第二温度测控仪均采用TMC300型温度测控仪。
所述水箱箱体的外壁上包覆有由聚苯乙烯板制作而成的保温层。
所述保温层的厚度为4cm-6cm。
所述试验台包括两个支撑杆件和两个横杆，两个支撑杆件均呈M型，两个横杆平行设置，两个横杆的一端分别与一个支撑杆件的两侧V型弯折处一一对应连接，两个横杆的另一端分别与另一个支撑杆件的两侧V型弯折处一一对应连接。
所述支撑杆件的两侧V型弯折处的夹角为105°-115°，支撑杆件的中间V型弯折处的夹角为165°-175°。
一种上述带温度控制的脉冲压力试验系统的工作方法，包括以下步骤：
位于试样表面的温度传感器实时采集试样表面温度，第二温度控制执行器接收第一温度控制执行器发送的试样表面温度，当试样表面温度小于试验设置温度T1时，第二温度控制执行器通过第一温度测控仪和第二温度测控仪对应控制第一加热电阻丝和第二加热电阻丝同时开始工作，对水箱内水进行加热，进入系统加热阶段；
当试样表面温度达到设定温度下限值T2时，控制第二功率电阻丝停止工作，第一功率电阻丝开关保持工作状态，进入系统保温阶段；
当试样表面温度达到设定温度上限值T3时，控制第一功率电阻丝停止工作，且第二功率电阻丝停止工作，进入系统降温阶段；
脉冲压力机在系统保温阶段对试样加载压力，进行脉冲压力试验；
其中，T1< T2< T3。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
（1）该试验系统试通过水浴加热的方式对试样进行加热，通过在水箱下部设置不同功率的电阻丝达到不同加热效果，水浴使用的恒温水箱水体通过三位式调节控制方式利用两个温度测控仪和两个温度控制执行器实时监控与调整温度，有利于保证试验温度控制的准确性，提高试件脉冲压力试验的精度，结构新颖，能满足一定温度及加载条件下脉冲压力试验要求，并且能保证在不破坏试样力学性能的情况下对试样完成加载。
（2）本试验系统相对其他系统，具有易调节、经济适用性好、使用范围大、易于加工等优点，系统使用简单，易于维护，可较大程度的满足完成脉冲压力作用情况下的试验要求。
（3）水箱箱体外层加有隔热的保温层，利于水箱调节温度。
（4）试验台放置在水箱中时，可保证试样不直接接触加热电阻丝。试验台采用两个M型的支撑杆件实现稳定的四脚支撑，同时M型的支撑杆件和两个横杆配合实现与试样接触面的凹型结构，因此试验台占地面积及与试样接触面积均较小，在不影响试验结果的情况下能保证较为稳定的结构。
（5）可满足对不同管径试样，尤其是大管径试样的试验要求，增大了其适用范围。
附图说明
图1为本发明系统的结构示意图；
图2为本发明中试验台的正视示意图；
图3为本发明中试验台的右视示意图；
图4为本发明中试验台的俯视示意图。
图中，1、试样，2、试验台，201、支撑杆件，202、横杆，3、水箱箱体，301、保温层，4、第一加热电阻丝，5、第二加热电阻丝，6、第一温度测控仪，7、第二温度测控仪，8、温度传感器，9、第一温度控制执行器，10、第二温度控制执行器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，一种带温度控制的脉冲压力试验系统，包括用于与试样1连接的脉冲压力机、用于放置试样1的试验台2和水浴加热水箱，该水浴加热水箱包括水箱箱体3、第一加热电阻丝4、第二加热电阻丝5、用于控制第一加热电阻丝4工作的第一温度测控仪6、用于控制第二加热电阻丝5工作的第二温度测控仪7、用于测量试样1温度的温度传感器8、用于控制温度传感器8的第一温度控制执行器9和用于通过闭环控制实现实时温度调整的第二温度控制执行器10，试验台2放置于水箱箱体3内，第一加热电阻丝4和第二加热电阻丝5上下设置在试验台2下方，第一加热电阻丝4的功率小于第二加热电阻丝5的功率，第一温度测控仪6连接第一加热电阻丝4，第二温度测控仪7连接第二加热电阻丝5，温度传感器8连接第一温度控制执行器9，第二温度控制执行器10分别连接第一温度控制执行器9、第一温度测控仪6和第二温度测控仪7。该试验系统主要适用于不同管径的整根管道试样1，可调节试验温度，通过密封两端并连接脉冲压力机完成试验，满足脉冲压力试验的试验要求。
系统通过水浴加热的方式对试样1进行加热，水浴使用的恒温水箱通过三位式调节控制方式实时监控调整温度，其中三位式调节控制方式是指大功率电阻丝与小功率电阻丝同时作用时的系统加热控制方式、小功率电阻丝单独作用时额系统保温控制方式以及大功率电阻丝与小功率电阻丝同时断开时的降温控制方式。
第一加热电阻丝4的功率为180W-220W，第二加热电阻丝5的功率为780W-820W。本实施例中，第一加热电阻丝4的功率为200W，第二加热电阻丝5的功率为800W，通过控制不同功率的电阻丝的开合对水箱箱体3内的水进行加热、控温及降温。
温度传感器8采用pt100温度传感器8，第一温度控制执行器9和第二温度控制执行器10均采用FB58温度控制执行器，第一温度测控仪6和第二温度测控仪7均采用TMC300型温度测控仪，用于调节加热电阻丝的开关，满足两个电阻丝不同时工作的要求。各电路元件连接均为其自带端口标准连接。
水箱箱体3的外壁上包覆有由EPS聚苯乙烯板制作而成的保温层301，保温层301的厚度为4cm-6cm，本实施例厚度为5cm，利于水箱调节温度。
试验台2仅起到支撑作用，不影响其力学性能及试验结果，如图2-4所示，试验台2包括两个支撑杆件201和两个横杆202，两个支撑杆件201均呈M型，两个横杆202平行设置，两个横杆202的一端分别与一个支撑杆件201的两侧V型弯折处一一对应连接，两个横杆202的另一端分别与另一个支撑杆件201的两侧V型弯折处一一对应连接，支撑杆件201的两侧V型弯折处的夹角θ 1为105°-115°，支撑杆件201的中间V型弯折处的夹角θ 2为165°-175°。本实施例中，夹角θ 1为110°，夹角θ 2为170°，试样1在水箱箱体3中放置在试样1台上，可保证试样1不直接接触加热电阻丝，试验台2采用四脚支撑，与试样1接触面采用凹型结构，因此试验台2占地面积及与试样1接触面积均较小，对试验影响可忽略。
带温度控制的脉冲压力试验系统可实现脉冲压力作用情况下带温度控制的试验新方法，即在恒温水箱加热下对试样1施加脉冲压力进行试验的技术。上述带温度控制的脉冲压力试验系统的工作方法包括以下步骤：
位于试样1表面的温度传感器8实时采集试样1表面温度，温度传感器8贴近试样1表面，有利于试验温度控制的准确性，第二温度控制执行器10接收第一温度控制执行器9发送的试样1表面温度，当试样1表面温度小于试验设置温度T1时，第二温度控制执行器10向第一温度测控仪6和第二温度测控仪7发送对应控制命令，分别控制第一加热电阻丝4和第二加热电阻丝5同时开始工作，两个电阻丝同时对水箱内水进行加热，进入系统加热阶段；
当试样1表面温度达到设定温度下限值T2时，控制第二功率电阻丝停止工作，第一功率电阻丝开关保持工作状态，进入系统保温阶段；
当试样1表面温度达到设定温度上限值T3时，控制第一功率电阻丝停止工作，且第二功率电阻丝停止工作，即第一功率电阻丝、第二功率电阻丝开关同时关闭，进入系统降温阶段；
脉冲压力机在系统保温阶段对试样1加载压力，进行脉冲压力试验；
其中，T1< T2< T3。
使用本发明中的水浴加热水箱、试验台2及脉冲压力机组成一套脉冲压力实验系统。试样1为外径110mm、长600mm的HDPE（高密度聚乙烯）管，密封试样1两端，与脉冲压力机连接。水箱箱体3内注水，水箱箱体3内温度设定80℃，波动设定±3℃，通电20分钟后水箱箱体3内温度达到设定范围，将试样1整根放置在试验台2上，保温1小时后开始试验。脉冲压力机加载压力后，实验系统可完整工作。
综上所述，本发明系统使用简单，组成新颖，能满足一定温度及加载条件下脉冲压力试验要求，并且能保证在不破坏试样力学性能的情况下对试样1完成加载；同时，本装置可满足对不同试样1直径及长度在不同温度下的试验要求，适用范围大。
Claims (10)
1.一种带温度控制的脉冲压力试验系统，包括用于与试样连接的脉冲压力机，其特征在于，还包括用于放置试样的试验台、水箱箱体、第一加热电阻丝、第二加热电阻丝、第一温度测控仪、第二温度测控仪、用于测量试样温度的温度传感器、第一温度控制执行器和第二温度控制执行器，所述试验台放置于水箱箱体内，所述第一加热电阻丝和第二加热电阻丝上下设置在试验台下方，第一加热电阻丝的功率小于第二加热电阻丝的功率，所述第一温度测控仪连接第一加热电阻丝，所述第二温度测控仪连接第二加热电阻丝，所述温度传感器连接第一温度控制执行器，所述第二温度控制执行器分别连接第一温度控制执行器、第一温度测控仪和第二温度测控仪。
2.根据权利要求1所述的一种带温度控制的脉冲压力试验系统，其特征在于，所述第一加热电阻丝的功率为180W-220W，第二加热电阻丝的功率为780W-820W。
3.根据权利要求1所述的一种带温度控制的脉冲压力试验系统，其特征在于，所述温度传感器采用pt100温度传感器。
4.根据权利要求1所述的一种带温度控制的脉冲压力试验系统，其特征在于，所述第一温度控制执行器和第二温度控制执行器均采用FB58温度控制执行器。
5.根据权利要求1所述的一种带温度控制的脉冲压力试验系统，其特征在于，所述第一温度测控仪和第二温度测控仪均采用TMC300型温度测控仪。
6.根据权利要求1所述的一种带温度控制的脉冲压力试验系统，其特征在于，所述水箱箱体的外壁上包覆有由聚苯乙烯板制作而成的保温层。
7.根据权利要求6所述的一种带温度控制的脉冲压力试验系统，其特征在于，所述保温层的厚度为4cm-6cm。
8.根据权利要求1所述的一种带温度控制的脉冲压力试验系统，其特征在于，所述试验台包括两个支撑杆件和两个横杆，两个支撑杆件均呈M型，两个横杆平行设置，两个横杆的一端分别与一个支撑杆件的两侧V型弯折处一一对应连接，两个横杆的另一端分别与另一个支撑杆件的两侧V型弯折处一一对应连接。
9.根据权利要求8所述的一种带温度控制的脉冲压力试验系统，其特征在于，所述支撑杆件的两侧V型弯折处的夹角为105°-115°，支撑杆件的中间V型弯折处的夹角为165°-175°。
10.一种如权利要求1所述的带温度控制的脉冲压力试验系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
位于试样表面的温度传感器实时采集试样表面温度，第二温度控制执行器接收第一温度控制执行器发送的试样表面温度，当试样表面温度小于试验设置温度T1时，第二温度控制执行器通过第一温度测控仪和第二温度测控仪对应控制第一加热电阻丝和第二加热电阻丝同时开始工作，对水箱内水进行加热，进入系统加热阶段；
当试样表面温度达到设定温度下限值T2时，控制第二功率电阻丝停止工作，第一功率电阻丝开关保持工作状态，进入系统保温阶段；
当试样表面温度达到设定温度上限值T3时，控制第一功率电阻丝停止工作，且第二功率电阻丝停止工作，进入系统降温阶段；
脉冲压力机在系统保温阶段对试样加载压力，进行脉冲压力试验；
其中，T1< T2< T3。
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