CN109827933B - 一种高压下相变状态检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高压下检测材料相变的装置。该装置由光源仓、材料仓、光电检测及温控单元三部分组成。该装置工作时放入压力调节容器中，通过软囊将外部压力传递给材料仓中待测材料。材料仓内温度通过内部温控单元调节。装置工作时，光源产生平行光线，垂直照射材料仓中待测材料，通过光电检测单元测得不同压强和温度下材料透光率。对透光率信号进行数据分析和处理可以得出不同压强和温度下材料的连续相变状态。该装置为相变浮力材料的选择提供有效数据支撑。

Description

一种高压下相变状态检测装置
技术领域
本发明涉及材料相变检测领域，具体涉及一种高压下相变状态检测装置。
背景技术
物质从一种相转变为另一种相的过程称为相变。相变会使物体体积发生变化。温度和压强是相变的两大影响因素。当温度一定时，压强会影响材料的熔点和沸点，从而对材料相变产生影响。
目前关于材料相变检测的方法有超声波检测方法、电学（电阻）检测法等。上述方法分别通过声波传播特性和材料电阻率变化来实现材料相态变化的测量，但是这些方法都存在一个问题：仅在标准大气压下正常工作，因此只能检测常压下材料相态变化与温度的关系，无法应用于高压检测场景,忽略了高压这一影响因素。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种高压下相变状态检测装置。
本发明的技术方案如下：一种高压下相变状态检测装置，包括光源仓、材料仓和光电检测及温控单元，所述材料仓的左侧设有光源仓，所述材料仓的右侧设有光电检测及温控单元，所述光源仓由左端盖、直流电源、开关、光源支架、激光器、第一耐高压壳体和第一透光板组成，所述第一耐高压壳体的左端设有左端盖，所述第一耐高压壳体与左端盖通过螺纹相连接，所述第一耐高压壳体内设有光源支架，所述光源支架上固定有激光器，所述激光器连接有直流电源和开关，所述激光器的右侧设有第一透光板。
所述材料仓由第二耐高压壳体和软囊构成，所述第二耐高压壳体和软囊通过胶黏剂相连接。
所述光电检测及温控单元包括温度传感器、电热丝、第二透光板，检测电路、单片机、第三耐高压壳体和右端盖，所述第三耐高压壳体的右端设有右端盖，所述第三耐高压壳体与右端盖通过螺纹相连接，所述第三耐高压壳体的左侧设有第二透光板，所述第三耐高压壳体内设有检测电路，所述检测电路连接有单片机，所述第二透光板的左侧设有温度传感器和电热丝。
所述光源仓与材料仓通过螺纹连接，所述材料仓与光源检测及温控单元通过螺纹连接。
所述光源仓与材料仓之间设有密封圈，所述材料仓与光源检测及温控单元之间设有密封圈。
所述第一透光玻璃采用耐高压玻璃制成。
所述第二透光玻璃采用耐高压玻璃制成。
所述软囊采用耐压高分子材料制成。
本发明的有益效果：
1.本装置工作时放置在压力容器中，通过软囊实现外部压力的传递，通过内置温控单元实现温度控制，可同时测试压力和温度对材料相变的影响。
2.本发明外壳和透光玻璃采用耐高压材料，软囊采用耐压高分子材料制成，可承受50MPa以下压强。
3.本发明装置采用螺纹联结，可承受较大载荷冲击，结构稳定可靠。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的壳体结构示意图；
图中：1-左端盖，2-直流电源，3-开关，4-光源支架，5-激光器，6-第一耐高压壳体，7-第一透光板，8-密封圈，9-第二耐高压壳体，10-软囊，11-温度传感器，12-电热丝，13-第二透光板，14-检测电路，15单片机，16-第三耐高压壳体，17-右端盖。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明：
如图1-2所示，一种高压下相变状态检测装置，包括光源仓、材料仓和光电检测及温控单元，所述材料仓的左侧设有光源仓，所述材料仓的右侧设有光电检测及温控单元，所述光源仓由左端盖1、直流电源2、开关3、光源支架4、激光器5、第一耐高压壳体6和第一透光板7组成，所述第一耐高压壳体6的左端设有左端盖1，所述第一耐高压壳体6与左端盖1通过螺纹相连接，所述第一耐高压壳体6内设有光源支架4，所述光源支架4上固定有激光器5，所述激光器5连接有直流电源2和开关3，所述激光器5的右侧设有第一透光板7，所述第一透光玻璃7采用耐高压玻璃制成，透光率大于90%，耐压50MPa以上。所述材料仓由第二耐高压壳体9和软囊10构成，所述第二耐高压壳体9和软囊10通过胶黏剂相连接，所述软囊10采用耐压高分子材料制成，能承受50MPa以上压力。
所述光电检测及温控单元包括温度传感器11、电热丝12、第二透光板13，检测电路14、单片机15、第三耐高压壳体16和右端盖17，所述第三耐高压壳体16的右端设有右端盖17，所述第三耐高压壳体16与右端盖17通过螺纹相连接，所述第三耐高压壳体16的左侧设有第二透光板13，所述第二透光玻璃13采用耐高压玻璃制成，透光率大于90%，耐压50MPa以上。所述第三耐高压壳体16内设有检测电路14，所述检测电路14连接有单片机15，所述第二透光板13的左侧设有温度传感器11和电热丝12。
所述光源仓与材料仓通过螺纹连接，所述材料仓与光源检测及温控单元通过螺纹连接，所述光源仓与材料仓之间和材料仓与光源检测及温控单元之间设有密封圈8，所述的第一耐高压壳体6，第二耐高压壳体9和第三耐高压壳体16均采用耐高压合金制成，能承受50MPa以上压力。
首先根据待测材料对激光器5发射的平行光线进行选择，提供365nm紫外光、460nm可见光和940nm红外光三种光源可供选择，激光器5产生的光为平行光线，垂直入射透光板。选择完毕后将激光器5固定在光源支架4上，再将激光器5和光源支架4放入光源仓内。安装完毕后打开开关3，旋紧光源仓的左端盖1。将材料仓左端内螺纹与光源仓壳体右端外螺纹连接在一起，再往材料仓内放入待测材料。材料放置完后，将材料仓右端内螺纹与光电检测及温控单元壳体左端外螺纹连接。最后往光电检测及温控单元壳体放入调试好的光电检测电路和温控电路，检测无误后旋紧右端盖17。
装置调整完毕后，放入高压容器中实验，高压容器中介质可以是空气或水，本装置使用密封圈8静密封，可以在水下正常工作，通过软囊10将外部压力传递给材料仓中待测材料，材料仓内温度通过内部温控单元调节。
装置中光电检测电路14由光电转换单元、电流电压转换单元、电压放大单元、温度补偿单元和单片机15组成。光电转换单元通过硅光电二极管将光信号转化为电流信号，再通过电流电压转换单元将电流信号转为稳定电压信号，电压放大单元接收到电压信号后，通过放大器对其进行增益放大，送入温度补偿单元进行温度补偿。由于材料仓内温度不断在变化，对信号进行温度补偿是必不可少的。最终将信号输入单片机15进行AD电压测量，将光电信号转化为数字信号。对数据进行分析和处理后便可得出最终透光率，将数据储存在单片机15EEPROM中，实验完毕后读取数据。
装置中温控单元与单片机15连接，通过单片机15实现温度控制。温控单元工作时，温度传感器12将测得的材料仓内温度作为反馈量输入到单片机15中，单片机15将实时温度与预设温度进行对比，若仓内温度低于预设温度，则通过电热丝12进行加热，直至温度达到预设值。

Claims (6)

1.一种高压下相变状态检测装置，包括光源仓、材料仓和光电检测及温控单元，其特征在于：所述材料仓的左侧设有光源仓，所述材料仓的右侧设有光电检测及温控单元，所述光源仓由左端盖（1）、直流电源（2）、开关（3）、光源支架（4）、激光器（5）、第一耐高压壳体（6）和第一透光板（7）组成，所述第一耐高压壳体（6）的左端设有左端盖（1），所述第一耐高压壳体（6）与左端盖（1）通过螺纹相连接，所述第一耐高压壳体（6）内设有光源支架（4），所述光源支架（4）上固定有激光器（5），所述激光器（5）连接有直流电源（2）和开关（3），所述激光器（5）的右侧设有第一透光板（7），所述材料仓由第二耐高压壳体（9）和软囊（10）构成，所述第二耐高压壳体（9）和软囊（10）通过胶黏剂相连接，所述光电检测及温控单元包括温度传感器（11）、电热丝（12）、第二透光板（13），检测电路（14）、单片机（15）、第三耐高压壳体（16）和右端盖（17），所述第三耐高压壳体（16）的右端设有右端盖（17），所述第三耐高压壳体（16）与右端盖（17）通过螺纹相连接，所述第三耐高压壳体（16）的左侧设有第二透光板（13），所述第三耐高压壳体（16）内设有检测电路（14），所述检测电路（14）连接有单片机（15），所述第二透光板（13）的左侧设有温度传感器（11）和电热丝（12）。
2.如权利要求1所述的一种高压下相变状态检测装置，其特征在于：所述光源仓与材料仓通过螺纹连接，所述材料仓与光源检测及温控单元通过螺纹连接。
3.如权利要求1所述的一种高压下相变状态检测装置，其特征在于：所述光源仓与材料仓之间设有密封圈（8），所述材料仓与光源检测及温控单元之间设有密封圈（8）。
4.如权利要求1所述的一种高压下相变状态检测装置，其特征在于：所述第一透光板（7）采用耐高压玻璃制成。
5.如权利要求1所述的一种高压下相变状态检测装置，其特征在于：所述第二透光板（13）采用耐高压玻璃制成。
6.如权利要求1所述的一种高压下相变状态检测装置，其特征在于：所述软囊（10）采用耐压高分子材料制成。
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