CN109030347A - 一种集成式表面冻粘检测实验设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种集成式表面冻粘检测实验设备，由低温隔热密闭实验舱、滴水观察小平台、微型角度倾斜台、电动剪切力移动机构、测力计、滴水升降管机构、正应力拉伸机构、小桶结冰机构、滴水观测大平台和高清DV摄像机构成，能够用于样品的水平向表面冻粘剪切力检测、竖直向表面冻粘粘附力检测、液滴冷凝过程原位观测、液滴动态行为观测和表面机械强度检测。本发明的集成式表面冻粘检测设备具有多种检测功能，简化了实验操作步骤，提高了实验测试速率，极大地节省了人力成本、时间成本与金钱投入成本；配备更加精确的检测元件，提高了实验数据结果的真实性和准确性，具有重大的应用前景，适合广泛的推广和使用。
Description
技术领域
本发明属于科研实验设备技术领域，具体涉及一种具备多种检测功能的实验设备，特别涉及一种集成式表面冻粘检测实验设备。
背景技术
在自然环境中，温度和湿度是不可分割的两个自然因素，不同地区由于不同的地理位置，产生的温度、湿度效应也各不相同。针对不同的工况条件，实验室对于实验样品的检测，也要模拟实际工况进行测试。就温度条件而言，模拟极冷条件对金属材料表面物理性能进行研究具有重要意义。例如，模拟飞机在高空飞行时的气候、天象条件，可以使飞机极端复杂条件下的飞行更加安全，极大地降低飞行风险和失事率。
目前，现有技术中的低温实验检测设备，很大程度上都是自行搭建，不能保证模拟实验环境的真实性，从而导致实验样品的检测数据出现误差不准确；操作的灵活性不高，设备布线很乱；实验设备功能单一，占用面积较大。因此，研发一种具有多种检测功能、检测数据更加准确、操作过程更加简单的集成式表面冻粘检测设备具有重要意义。
发明内容
本发明的目的就在于解决现有低温实验检测设备模拟的实验环境真实性差、检测功能单一、操作过程复杂的不足，提供一种集成式表面冻粘检测实验设备。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种集成式表面冻粘检测实验设备，由低温隔热密闭实验舱、滴水观察小平台1、微型角度倾斜台2、电动剪切力移动机构3、测力计6、滴水升降管机构7、正应力拉伸机构8、小桶结冰机构9、滴水观测大平台11和高清DV摄像机12构成；
所述低温隔热密闭实验舱主要由密闭箱体、安装在箱体内壁上的制冷线圈5、粘附在箱体内壁上的保温层4和安装于箱体上部的照明机构10组成；
所述滴水观察小平台1、微型角度倾斜台2和滴水观测大平台11固定在密闭箱体内部；其中，滴水观察小平台1安装在电动剪切力移动机构3末端，其上装有夹持样品的夹具；微型角度倾斜台2能够与电动剪切力移动机构3固定，与滴水观察小平台1间距为5cm；滴水观测大平台11能够与同尺寸不锈钢基座配合，对高度与位置进行调整，在高清DV摄像机12中获得高清的观测图像；
所述滴水升降管机构7和正应力拉伸结构8均安装于密闭箱体上部，且滴水升降管机构7的不锈钢管伸入低温隔热密闭实验舱内部，并沿竖直轨道升降；
所述测力计6与滴水观察小平台1或正应力拉伸机构8固定，分别用于剪切力以及粘附力的测试，测力计6能够与电动剪切力移动机构3协同配合，小桶结冰机构9放置在滴水观察小平台1上；剪切力测试时，测力计6的推杆与小桶结冰机构9紧密贴合，剪切力测试计6的下端与实验样品表面相距1～2mm；粘附力测试时，测力计6的拉杆与小桶结冰机构9对心且通过挂钩相连接；
所述低温隔热密闭实验舱的箱体上还设有观察视窗，其上安装有用于固定高清DV摄像机12的摄像机托架，高清DV摄像机12的摄像镜头与观察视窗对心。
所述制冷线圈5呈S型，能够与外接的低温制冷机配合实现箱体内部温度调节，实验舱可控温度范围为-45℃～25℃。
所述滴水观察小平台1、微型角度倾斜台2和滴水观测大平台11与密闭箱体通过螺纹连接，滴水观察小平台1和微型角度倾斜台2分别通过螺栓和内六角螺柱与电动剪切力移动机构3固定，滴水观测大平台11通过双头螺栓安装于不锈钢基座上。
所述微型角度倾斜台2的角度转动范围为-30°～30°。
所述滴水升降管机构7和正应力拉伸结构8均通过内六角螺柱安装于箱体上部。
所述竖直轨道上设有标尺，伸入低温隔热密闭实验舱内的不锈钢管装有注射器支架，外部不锈钢管安装有微型管状漏斗。
所述测力计6呈U型，能够同时测量推力与拉力，其通过内六角螺柱与外接实验平台以及正应力拉伸机构8固定。
本发明集成式表面冻粘检测实验设备能够用于样品的水平向表面冻粘剪切力检测、竖直向表面冻粘粘附力检测、液滴冷凝过程原位观测、液滴动态行为观测和表面机械强度检测。
应用所述的具备多种检测功能的集成式表面冻粘检测设备进行水平向冻粘剪切力检测实验，使用方法如下：
步骤一：首先，打开低温制冷机，通过数显式热电偶温度检测装置检测到的实时数据，调整低温隔热密闭实验舱内环境温度T1或者试验台温度到实验温度T2；
步骤二：将实验样品装夹到滴水观察小平台1上，小桶结冰机构9放置在实验样品上，采用注射器注入去离子水，关好舱门，静置足够的时间，确保去离子水完全冰冻；
步骤三：打开测力计6开关，设置峰值为AUTO PEAK(自动保存峰值)状态，打开电动剪切力移动机构3，操作电动剪切力移动机构3匀速移动，记录测力计6峰值为τ1；
步骤四：重复步骤三，记录若干组测力计6峰值τn，利用这些数据进行冻粘剪切力平均值的计算。
应用所述的具备多种检测功能的集成式表面冻粘检测设备进行竖直向表面冻粘粘附力检测实验，使用方法如下：
步骤一：首先，打开低温制冷机，通过数显式热电偶温度检测装置检测到的实时数据，调整低温隔热密闭实验舱内环境温度T1或者试验台温度到实验温度T2；
步骤二：将实验样品装夹到滴水观察小平台1上，小桶结冰机构9放置在实验样品上，采用注射器注入去离子水，关好舱门，静置足够的时间，确保去离子水完全冰冻；
步骤三：打开正应力拉伸机构8开关，设置峰值为AUTO PEAK(自动保存峰值)状态，摇动正应力拉伸机构8中的手轮操纵挂钩紧密连接，拉断小桶结冰机构9与实验样品接合表面，记录测力计6峰值为f1；
步骤四：重复步骤三，记录若干组测力计6峰值fn，利用这些数据进行冻粘粘附力平均值的计算。
应用所述的具备多种检测功能的集成式表面冻粘检测设备进行液滴冷凝过程原位观测实验，使用方法如下：
步骤一：首先，打开低温制冷机，通过数显式热电偶温度检测装置检测到的实时数据，调整实验舱内环境温度T1或者试验台温度到实验温度T2；
步骤二：将实验样品放置于滴水观测大平台11上，打开高清DV摄像机12，并调整到最佳观测位置；
步骤三：低落液滴于实验样品上，关闭舱门，观测实验过程，记录实验数据。
应用所述的具备多种检测功能的集成式表面冻粘检测设备进行液滴动态行为观测实验，使用方法如下：
步骤一：首先，打开低温制冷机，通过数显式热电偶温度检测装置检测到的实时数据，调整实验舱内环境温度T1或者试验台温度到实验温度T2；
步骤二：将注射器安装到固定滑块上，参考标尺上的刻度，调整滑块在导轨上的位置hn；
步骤三：将实验样品装夹在微型角度倾斜台2上，调整微型角度倾斜台2到实验角度θn，关闭舱门；
步骤四：打开高清DV摄像机12，缓慢低落液滴，记录水滴撞击行为数据。
应用所述的具备多种检测功能的集成式表面冻粘检测设备进行表面机械强度检测实验，使用方法如下：
步骤一：将微型管状漏斗(下口直径dn)支架安装到固定滑块上，参考标尺上的刻度，调整滑块在导轨上的位置hn；
步骤二：将实验样品装夹在微型角度倾斜台2上，调整微型角度倾斜台2到实验角度θn；
步骤三：低落微型管状漏斗中的泥沙，记录实验数据。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明的集成式表面冻粘检测设备具有多种检测功能，简化了实验操作步骤，提高了实验测试速率，极大地节省了人力成本、时间成本与金钱投入成本；配备更加精确的检测元件，提高了实验数据结果的真实性和准确性，具有重大的应用前景，适合广泛的推广和使用。
附图说明
图1-图3是本发明集成式表面冻粘检测设备的结构示意图；
图4是本发明小桶结冰机构零件图。
图中，1.滴水观察小平台 2.微型角度倾斜台 3.电动剪切力移动机构 4.保温层5.制冷线圈 6.测力计 7.滴水升降管机构 8.正应力拉伸机构 9.小桶结冰机构 10.照明机构 11.滴水观测大平台 12.高清DV摄像机。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
如图1-图3所示，一种具备多种检测功能的集成式表面冻粘检测设备，由低温隔热密闭实验舱、滴水观察小平台1、微型角度倾斜台2、电动剪切力移动机构3、U型的测力计6、滴水升降管机构7、正应力拉伸机构8、小桶结冰机构9、滴水观测大平台11和高清DV摄像机12构成。
所述低温隔热密闭实验舱主要由密闭箱体、安装在箱体内壁上S型的制冷线圈5、粘附在箱体内壁上的保温层4和安装于箱体上部的照明机构10组成，制冷线圈5能够与外接的低温制冷机配合实现箱体内部温度调节，实验舱可控温度范围为-45℃～25℃。
所述滴水观察小平台1、微型角度倾斜台2和滴水观测大平台11通过螺纹连接在密闭箱体内部。滴水升降管机构7和正应力拉伸结构8均通过内六角螺柱安装于箱体上部。滴水升降管机构7的实验用不锈钢管设计为伸入低温隔热密闭实验舱内部，该不锈钢管可沿竖直向轨道进行升降，该轨道上黏贴有标尺(单位：cm)，便于对升降高度量化计算。低温隔热密闭实验舱内部不锈钢管固装有注射器支架，其外部不锈钢管安装有微型管状漏斗。
所述滴水观察小平台1通过螺栓安装在电动剪切力移动机构3末端，其上装有夹持样品的夹具。所述微型角度倾斜台2设计为可拆卸结构，其中倾斜台的角度转动范围为-30°～30°。使用时，通过内六角螺柱安装于电动剪切力移动机构3上，与滴水观察小平台1间距为5cm。滴水观测大平台11也为可拆装结构，配合有同尺寸不锈钢基座。使用时，滴水观测大平台11通过双头螺栓安装于不锈钢基座上，实验样品可直接放置在平台上，无需装夹。此时，可手动调整滴水观测大平台11的高度和位置，从而在高清DV摄像机12中获得高清的观测图像。
所述测力计6能够同时测量推力与拉力。在样品的水平向表面冻粘剪切力检测时，所述测力计6通过内六角螺柱固装在外接实验平台上，测力计6能够与电动剪切力移动机构3协同配合，小桶结冰机构9放置在滴水观察小平台1上，测力计6的推杆与小桶结冰机构9紧密贴合，测力计6的下端与实验样品表面相距1～2mm。在竖直向表面冻粘粘附力检测时，测力计6通过内六角螺柱安装在正应力拉伸机构8上，其能够与电动剪切力移动机构3协同配合，小桶结冰机构9放置在滴水观察小平台1上，测力计6的拉杆与小桶结冰机构9对心且通过挂钩相连接。
所述低温隔热密闭实验舱的箱体上还设有观察视窗，其上安装有用于固定高清DV摄像机12的摄像机托架，高清DV摄像机12的摄像镜头与观察视窗对心。
本发明集成式表面冻粘检测实验设备能够用于样品的水平向表面冻粘剪切力检测、竖直向表面冻粘粘附力检测、液滴冷凝过程原位观测、液滴动态行为观测和表面机械强度检测。
在进行样品的水平向表面冻粘剪切力检测时，涉及滴水观察小平台1、电动剪切力移动机构3、剪切力测试计6、小桶结冰机构9。其中，测力计6与电动剪切力移动机构3协同作用，测力计6推杆与小桶结冰机构9紧密贴合，最下部位贴合点相距实验样品表面1～2mm，滴水观察小平台1安装在电动剪切力移动机构3上，其上安装有夹持样品的夹具。
在进行竖直向表面冻粘粘附力检测时，涉及滴水观察小平台1、正应力拉伸机构8、小桶结冰机构9。其中，测力计6安装在正应力拉伸机构8上，测力计6拉杆与实验储水套筒对心设计，二者通过挂钩连接，滴水观察小平台1安装在电动剪切力移动机构3上，其上安装有夹持样品的夹具。
在进行液滴冷凝过程原位观测时，涉及滴水观测大平台11和高清DV摄像机12。观察视窗安装在密闭箱体上，视窗上安装有摄像机托架，摄像镜头与观察视窗对心设计，滴水观测大平台11安装在电动剪切力移动机构3上。
在进行液滴动态行为观测时，涉及微型角度倾斜台2、滴水升降管机构7、滴水观测大平台11和高清DV摄像机12。观察视窗安装在密闭箱体上，视窗上安装有摄像机托架，摄像镜头与观察视窗对心设计。滴水升降管机构7的实验用不锈钢管设计为伸入低温隔热密闭实验舱内部，该不锈钢管可沿竖直向轨道进行升降，该轨道上黏贴有标尺(单位：cm)，便于对升降高度量化计算。低温隔热密闭实验舱内部不锈钢管固装有注射器支架，其外部不锈钢管安装有微型管状漏斗。注射器支架安装在滑块上，滑块安装在导轨上，微型角度倾斜台2可转动角度-30°～30°。
所述表面机械强度检测参数与液滴动态行为观测参数一致。
实施例2
应用本实施例集成式表面冻粘检测设备进行水平向冻粘剪切力检测实验，使用方法如下：
步骤一：首先，打开低温制冷机，通过数显式热电偶温度检测装置检测到的实时数据，调整低温隔热密闭实验舱内环境温度T1或者试验台温度到实验温度T2；
步骤二：将实验样品装夹到滴水观察小平台1上，小桶结冰机构9放置在实验样品上，采用注射器注入去离子水，关好舱门，静置足够的时间，确保去离子水完全冰冻；
步骤三：打开测力计6开关，设置峰值为AUTO PEAK(自动保存峰值)状态，打开电动剪切力移动机构3，操作电动剪切力移动机构3匀速移动，记录测力计6峰值为τ1；
步骤四：重复步骤三，记录若干组测力计6峰值τn，利用这些数据进行冻粘剪切力平均值的计算。
实施例3
应用所述的具备多种检测功能的集成式表面冻粘检测设备进行竖直向表面冻粘粘附力检测实验，使用方法如下：
步骤一：首先，打开低温制冷机，通过数显式热电偶温度检测装置检测到的实时数据，调整低温隔热密闭实验舱内环境温度T1或者试验台温度到实验温度T2；
步骤二：将实验样品装夹到滴水观察小平台1上，小桶结冰机构9放置在实验样品上，采用注射器注入去离子水，关好舱门，静置足够的时间，确保去离子水完全冰冻；
步骤三：打开正应力拉伸机构8开关，设置峰值为AUTO PEAK(自动保存峰值)状态，摇动正应力拉伸机构8中的手轮操纵挂钩紧密连接，拉断小桶结冰机构9与实验样品接合表面，记录测力计6峰值为f1；
步骤四：重复步骤三，记录若干组测力计6峰值fn，利用这些数据进行冻粘粘附力平均值的计算。
实施例4
应用所述的具备多种检测功能的集成式表面冻粘检测设备进行液滴冷凝过程原位观测实验，使用方法如下：
步骤一：首先，打开低温制冷机，通过数显式热电偶温度检测装置检测到的实时数据，调整实验舱内环境温度T1或者试验台温度到实验温度T2；
步骤二：将实验样品放置于滴水观测大平台11上，打开高清DV摄像机12，并调整到最佳观测位置；
步骤三：低落液滴于实验样品上，关闭舱门，观测实验过程，记录实验数据。
实施例5
应用所述的具备多种检测功能的集成式表面冻粘检测设备进行液滴动态行为观测实验，使用方法如下：
步骤一：首先，打开低温制冷机，通过数显式热电偶温度检测装置检测到的实时数据，调整实验舱内环境温度T1或者试验台温度到实验温度T2；
步骤二：将注射器安装到固定滑块上，参考标尺上的刻度，调整滑块在导轨上的位置hn；
步骤三：将实验样品装夹在微型角度倾斜台2上，调整微型角度倾斜台2到实验角度θn，关闭舱门；
步骤四：打开高清DV摄像机12，通过升降管机构7缓慢低落液滴，记录水滴撞击行为数据。
实施例6
应用所述的具备多种检测功能的集成式表面冻粘检测设备进行表面机械强度检测实验，使用方法如下：
步骤一：将微型管状漏斗(下口直径dn)支架安装到固定滑块(支管夹12)上，参考标尺上的刻度，调整滑块在导轨上的位置hn；
步骤二：将实验样品装夹在微型角度倾斜台2上，调整微型角度倾斜台2到实验角度θn；
步骤三：通过升降管机构7，低落微型管状漏斗中的泥沙，记录实验数据。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种集成式表面冻粘检测实验设备，其特征在于：由低温隔热密闭实验舱、滴水观察小平台(1)、微型角度倾斜台(2)、电动剪切力移动机构(3)、测力计(6)、滴水升降管机构(7)、正应力拉伸机构(8)、小桶结冰机构(9)、滴水观测大平台(11)和高清DV摄像机(12)构成；
所述低温隔热密闭实验舱主要由密闭箱体、安装在箱体内壁上的制冷线圈(5)、粘附在箱体内壁上的保温层(4)和安装于箱体上部的照明机构(10)组成；所述滴水观察小平台(1)、微型角度倾斜台(2)和滴水观测大平台(11)固定在密闭箱体内部；其中，滴水观察小平台(1)安装在电动剪切力移动机构(3)末端，其上装有夹持样品的夹具；微型角度倾斜台(2)能够与电动剪切力移动机构(3)固定，与滴水观察小平台(1)间距为5cm；滴水观测大平台(11)能够与同尺寸不锈钢基座配合，对高度与位置进行调整，在高清DV摄像机(12)中获得高清的观测图像；所述滴水升降管机构(7)和正应力拉伸结构(8)均安装于密闭箱体上部，且滴水升降管机构(7)的不锈钢管伸入低温隔热密闭实验舱内部，并沿竖直轨道升降；
所述测力计(6)与滴水观察小平台(1)或正应力拉伸机构(8)固定，分别用于剪切力以及粘附力的测试，测力计(6)能够与电动剪切力移动机构(3)协同配合，小桶结冰机构9放置在滴水观察小平台(1)上；剪切力测试时，测力计(6)的推杆与小桶结冰机构(9)紧密贴合，剪切力测试计(6)的下端与实验样品表面相距1～2mm；粘附力测试时，测力计(6)的拉杆与小桶结冰机构(9)对心且通过挂钩相连接；
所述低温隔热密闭实验舱的密闭箱体上还设有观察视窗，其上安装有用于固定高清DV摄像机(12)的摄像机托架，高清DV摄像机(12)的摄像镜头与观察视窗对心。
2.根据权利要求1所述的一种集成式表面冻粘检测实验设备，其特征在于：所述制冷线圈(5)呈S型，能够与外接的低温制冷机配合实现箱体内部温度调节，实验舱可控温度范围为-45℃～25℃。
3.根据权利要求1所述的一种集成式表面冻粘检测实验设备，其特征在于：所述滴水观察小平台(1)、微型角度倾斜台(2)和滴水观测大平台(11)与密闭箱体通过螺纹连接，滴水观察小平台(1)和微型角度倾斜台(2)分别通过螺栓和内六角螺柱与电动剪切力移动机构(3)固定，滴水观测大平台(11)通过双头螺栓安装于不锈钢基座上。
4.根据权利要求1所述的一种集成式表面冻粘检测实验设备，其特征在于：所述微型角度倾斜台(2)的角度转动范围为-30°～30°。
5.根据权利要求1所述的一种集成式表面冻粘检测实验设备，其特征在于：所述滴水升降管机构(7)和正应力拉伸结构(8)均通过内六角螺柱安装于箱体上部。
6.根据权利要求1所述的一种集成式表面冻粘检测实验设备，其特征在于：所述竖直轨道上设有标尺，伸入低温隔热密闭实验舱内的不锈钢管装有注射器支架，外部不锈钢管安装有微型管状漏斗。
7.根据权利要求1所述的一种集成式表面冻粘检测实验设备，其特征在于：所述测力计(6)呈U型，能够同时测量推力与拉力，其通过内六角螺柱与外接实验平台以及正应力拉伸机构(8)固定。
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| Publication number | Publication date |
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