CN112050775A - 一种密闭加热炉内大型构件变形测量装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种密闭加热炉内大型构件变形测量装置及其方法，所述装置包括大底板、传感组件、触点组件和杠杆组件，所述传感组件固定连接在大底板上表面的后侧，所述触点组件滑动连接在传感组件的前侧，所述杠杆组件固定连接在大底板的中部，且所述杠杆组件的后端与触点组件底部接触。本发明采用杠杆式结构设计，将高温下的工件的变形转换为位移并传递到传感器上，这样，变形测量从高温炉内的高温区域转移到高温炉外的常温区域，实现了高温材料变形的定量研究，提高了测量精度；且高温区域的仪器部件均采用耐超高温材料制成，可靠性较高。

Description

一种密闭加热炉内大型构件变形测量装置及其方法

技术领域

本发明涉及高温力学测试技术领域，尤其涉及一种密闭加热炉内大型构件变形测量装置及其方法。

背景技术

高新技术领域和国防装备建设中的高温材料与结构需要承受复杂的热/力/氧化耦合或复杂燃烧环境，且由于材料本身性能的复杂性，在对应用到极端环境下的部件的设计、服役安全性评价时，必须掌握材料在高温氧化环境下的变形、强度等参数。然而，目前国内外对于高温力学评价还没有有效的方法，也缺乏相关的仪器设备。这主要是由于在高温氧化环境下，现有设备的发热体、夹具以及传感仪器难以承受。但是，目前高新技术和国防装备建设的发展迫切需要高温/超高温氧化环境下力学性能测试的装置。

在高温力学试验中，常用的变形测量方法分为接触式测量和非接触测量两种。接触式测量常用高温引伸计测量试件标距内的变形，但由于在高温环境下，引伸计的引伸臂与试件常用固定的方式(胶接、夹持、捆绑等)难以适用；此外，为了保证引伸计正常工作，常将高温炉的侧面炉壁开孔，仅将引伸臂置于炉中，传感测量部分置于炉外，这给高温炉的隔热密封设计带来了困难。非接触测量主要包括散斑技术、云纹、激光引伸计等方法，但一方面，随着温度的升高，试样表面的自辐射现象加重，由于加热炉窗口引起的图象扭转以及加热气体折射率的变化会引起图像的失真，大大影响图像的采集以及计算的精度；另一方面，非接触测量为采集到试样的变形信息，常在高温炉炉壁上开设观测窗，这给高温炉的结构、隔热及密闭设计带来了困难。

因此，如何提升高温环境下材料与结构力学试验方法和技术的研究能力，建立和完善高温环境下各项力学性能指标的测试、表征技术和评价标准，以满足高新技术领域和国防装备建设中的材料与结构在高温环境下的力学性能测试手段的强烈需求，已成为当前国内外高温试验仪器研发的重要课题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种密闭加热炉内大型构件变形测量装置，利用杠杆式结构实现炉内高温变形的实时测量，操作可靠且测量精度较高。

本发明采用的技术方案如下：

本发明所提出的一种密闭加热炉内大型构件变形测量装置，包括大底板和传感组件：该组件包括传感器下板、拉杆、传感器上板和传感器；所述传感器下板固定连接在大底板上表面后侧，所述传感器上板设置在传感器下板正上方，所述拉杆分别对称设置在传感器上板和传感器下板的左右两侧之间，所述传感器固定连接在传感器上板和传感器下板的中部区域之间；及触点组件：该组件包括滚轮，触点轴，触点架，压力架，配重块和压力杆；所述触点架滑动连接在前端两侧的拉杆之间，所述触点轴穿过触点架中部，所述滚轮通过滚轮轴与触点轴后端连接，所述滚轮与传感器前侧点接触，所述压力架固定连接在触点架顶端中部，所述压力杆后端上部通过连接轴与压力架前端连接，所述压力杆后端下部与触点轴前端通过卡槽配合连接，所述配重块穿过压力杆并与其前端滑动连接；以及杠杆组件：该组件包括杠杆套，杠杆，杠杆立柱，杠杆轴和杠杆中间块；所述杠杆立柱间隔一定距离的对称固定连接在大底板上表面中部的左右两侧，所述杠杆中间块下部通过杠杆轴连接在杠杆立柱中部之间，所述杠杆穿过杠杆中间块中部并通过螺栓与其固定连接，所述杠杆套分别通过螺栓固定连接在杠杆的前后两端。

进一步的，所述传感器、杠杆套、杠杆和杠杆轴均由耐超高温材料制成。

进一步的，所述的耐超高温材料为陶瓷基复合材料或六方氮化硼。

进一步的，所述拉杆与触点架之间、所述滚轮与触点轴之间均通过耐超高温的陶瓷套管连接。

一种密闭加热炉内大型构件变形测量方法，包括如下步骤：

(1)放置试件，依据实际工况对待测量试件进行摆放；

(2)变形测量装置整体装配，根据试件的摆放确定变形测量装置的安装位置，不断调整后，找到大底板固定连接在试件放置托盘上的合适位置并进行安装；对传感器下板、拉杆、传感器上板、传感器、滚轮、触点轴、触点架、压力架、配重块和压力杆进行装配，连接件装配前需进行打磨使其表面光滑；将杠杆套、杠杆、杠杆立柱、杠杆轴和杠杆中间块进行连接装配，需保证杠杆能灵活升降，然后再将其安装在大底板上；

(3)传感器调试，通过上下移动触点架使得滚轮在传感器上沿直线运动一定的距离，测量该距离并与计算机上的变形信号进行比较，若两者相差较小则调试结束，否则，通过检查传感器或调整配重块重新进行校准；

(4)传感器调试完成后将变形测量装置与试件一起送入高温炉加热，通过2080高温镍铬合金丝将变形信号传输到炉外的采集仪中，再通过与采集仪连接的计算机对高温炉内的试件变形信息进行实时的监控；

(5)待温度稳定后，计算机对采集信号进行归零处理；

(6)计算机归零处理后，通过与传感器连接的采集仪对高温炉内的试件变形信息进行实时的数据采集，从而得到试验所需的数据和图形信息。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明实现了高温加热炉内试件变形的测量，采用接触式测量将变形转换为位移信号，再将位移信号从高温炉内传递到高温炉外，实现了高温变形的定量研究，提高了测量精度；同时高温区域的仪器部件多采用耐高温材料，最高测试温度可达1000℃；实现了高温材料的力学性能测试和研究，操作简单，可行性较高。

附图说明

图1是本发明所提出的一种密闭加热炉内大型构件变形测量装置一个实施例的整体结构示意图；

图2是本发明的侧视结构示意图；

图3是传感组件和触点组件连接的结构示意图；

图4是图3中触点组件的机构示意图；

图5是杠杆组件的结构示意图。

其中，附图标记：1-大底板；2-传感组件；3-触点组件；4-杠杆组件；5-试件；11-限位孔；21-传感器下板；22-拉杆；23-传感器上板；24-传感器；241-传感器立柱；31-滚轮；311-滚轮轴；32-触点轴；321-限位盘；322-螺栓；33-触点架；331-陶瓷套管；34-压力架；35-配重块；36-压力杆；361-连接轴；41-杠杆套；411-螺栓；42-杠杆；43-杠杆立柱；44-杠杆轴；45-杠杆中间块；451-螺栓。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

需要说明的是，在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“顶部”、“底部”、“一侧”、“另一侧”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作。

参见附图1至5，给出了本发明所提出的一种密闭加热炉内大型构件变形测量装置一个实施例的整体结构。所述装置包括大底板1、传感组件2、触点组件3和杠杆组件4。所述传感组件2固定连接在大底板1上表面的后侧，所述触点组件滑动连接在传感组件2的前侧，所述杠杆组件4固定连接在大底板1的中部，且所述杠杆组件4的后端与触点组件3底部接触；所述大底板1上表面中部设置有用于固定安装杠杆组件4的限位孔11。

所述传感组件2包括传感器下板21、拉杆22、传感器上板23和传感器24；所述传感器下板21固定连接在大底板1上表面的后侧，所述传感器上板23间隔一定距离的设置在传感器下板21的正上方，所述拉杆22分别对称固定连接在传感器上板21和传感器下板23的左右两侧之间，本实施例中，所述拉杆22共设置有六根，所述传感器24通过传感器立柱241固定连接在传感器上板23和传感器下板21的中部区域之间，所述传感器24通过与大底板1、传感器下板21、传感器上板23和拉杆22进行固定以保证测试装置的稳定。

所述触点组件3包括滚轮31、触点轴32、触点架33、压力架34、配重块35和压力杆36；所述触点架33穿过传感组件2前端左右两侧的拉杆22，与前端左右两侧的拉杆22滑动连接，可沿拉杆22自由滑动，所述触点轴32穿过触点架33的中部，所述滚轮31通过滚轮轴311与触点轴32后端转动连接，所述滚轮31与传感器24前侧为点接触，所述滚轮31可沿传感器立柱241的平行方向上下直线运动，所述压力架34固定连接在触点架33顶端中部，所述压力杆36的后端上部通过连接轴361与压力架34前端转动连接，所述压力杆36的后端下部与触点轴32前端连接的限位盘321通过卡槽配合连接，所述限位盘321通过螺栓322与触点轴32固定连接，所述配重块35穿过压力杆36并与眼里干36的前端滑动连接。为了保证测量的精度，减小受温度影响热胀冷缩而引起的测量误差，本实施例中，所述拉杆22与触点架33之间、所述滚轮31与触点轴32之间均通过耐超高温的陶瓷套管331连接；此外，为了保证测量过程的正常进行，所述传感器24在安装调试完成后要在表面涂抹高温胶层来进行防护。所述压力架34和压力杆36用于为配重块35提供支撑，同时还可以起到连接配重块35和触点轴32的作用；调整所述配重块35的数目可以起到调节触点轴32与传感器24的接触力。

所述杠杆组件4包括杠杆套41、杠杆42、杠杆立柱43、杠杆轴44和杠杆中间块45；所述杠杆立柱43间隔一定距离的对称固定连接在大底板上表面中部的左右两侧，所述杠杆立柱43与限位孔11通过轴孔配合的方式固定连接，所述杠杆中间块45下部通过杠杆轴44转动连接在左右两侧杠杆立柱43的中部之间，所述杠杆42穿过杠杆中间块45中部并通过螺栓451与其固定连接，所述杠杆套41分别通过螺栓411固定连接在杠杆42的前后两端，所述前端杠杆套41通过螺栓411与待测量试件接触，所述后端杠杆套41通过螺栓411与触点架33底部接触。

所述传感器24、杠杆套41、杠杆42和杠杆轴44的材质为耐超高温的陶瓷基复合材料或六方氮化硼，本实施例中，所述传感器24、杠杆套41、杠杆42、杠杆轴44、滚轮轴311和连接轴361均由六方氮化硼材料制成；所述大底板1、传感器下板21、拉杆22、传感器上板23、传感器立柱241、滚轮31、触点轴32、触点架33、压力架34、配重块35、压力杆36、杠杆立柱43和杠杆中间块45均由45钢材料制成。

一种密闭加热炉内大型构件变形测量方法，包括如下步骤：

(1)放置试件，依据实际工况对待测量试件进行摆放；

(2)变形测量装置整体装配，根据试件的摆放确定变形测量装置的安装位置，不断调整后，找到大底板固定连接在试件放置托盘上的合适位置并进行安装；对传感器下板、拉杆、传感器上板、传感器、滚轮、触点轴、触点架、压力架、配重块和压力杆进行装配，连接件装配前需进行打磨使其表面光滑；将杠杆套、杠杆、杠杆立柱、杠杆轴和杠杆中间块进行连接装配，需保证杠杆能灵活升降，然后再将其安装在大底板上；

(3)传感器调试，通过上下移动触点架使得滚轮在传感器上沿直线运动一定的距离，测量该距离并与计算机上的变形信号进行比较，若两者相差较小则调试结束，否则，通过检查传感器或调整配重块重新进行校准；

(4)传感器调试完成后将变形测量装置与试件一起送入高温炉加热，通过2080高温镍铬合金丝将变形信号传输到炉外的采集仪中，再通过与采集仪连接的计算机对高温炉内的试件变形信息进行实时的监控；

(5)待温度稳定后，计算机对采集信号进行归零处理；

(6)计算机归零处理后，通过与传感器连接的采集仪对高温炉内的试件变形信息进行实时的数据采集，从而得到试验所需的数据和图形信息。

本发明的工作原理在于：当待测量试件5受热发生变形时，所述杠杆42前端杠杆套41上的螺栓411与试件5表面接触，在接触面的法线方向产生运动，使得杠杆42运动，所述杠杆42后端杠杆套41上的螺栓411则产生与试件5变形相反的运动，所述触点轴32在触点架33的带动下沿拉杆22上下运动，所述滚轮31随着触点轴32的运动沿着传感器24上下移动，所述传感器24随着滚轮31的运动产生相应的位移信号，通过采集仪采集传感器24上产生的位移信号，经转换后即可得到工件的变形量。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种密闭加热炉内大型构件变形测量装置，其特征在于：所述装置包括大底板和

传感组件：该组件包括传感器下板、拉杆、传感器上板和传感器；所述传感器下板固定连接在大底板上表面后侧，所述传感器上板设置在传感器下板正上方，所述拉杆分别对称设置在传感器上板和传感器下板的左右两侧之间，所述传感器固定连接在传感器上板和传感器下板的中部区域之间；及

触点组件：该组件包括滚轮，触点轴，触点架，压力架，配重块和压力杆；所述触点架滑动连接在前端两侧的拉杆之间，所述触点轴穿过触点架中部，所述滚轮通过滚轮轴与触点轴后端连接，所述滚轮与传感器前侧点接触，所述压力架固定连接在触点架顶端中部，所述压力杆后端上部通过连接轴与压力架前端连接，所述压力杆后端下部与触点轴前端通过卡槽配合连接，所述配重块穿过压力杆并与其前端滑动连接；以及

杠杆组件；该组件包括杠杆套，杠杆，杠杆立柱，杠杆轴和杠杆中间块；所述杠杆立柱间隔一定距离的对称固定连接在大底板上表面中部的左右两侧，所述杠杆中间块下部通过杠杆轴连接在杠杆立柱中部之间，所述杠杆穿过杠杆中间块中部并通过螺栓与其固定连接，所述杠杆套分别通过螺栓固定连接在杠杆的前后两端。

2.根据权利要求1所述的一种密闭加热炉内大型构件变形测量装置，其特征在于：所述传感器、杠杆套、杠杆和杠杆轴均由耐超高温材料制成。

3.根据权利要求2所述的一种密闭加热炉内大型构件变形测量装置，其特征在于：所述的耐超高温材料为陶瓷基复合材料或六方氮化硼。

4.根据权利要求1所述的一种密闭加热炉内大型构件变形测量装置，其特征在于：所述拉杆与触点架之间、所述滚轮与触点轴之间均通过耐超高温的陶瓷套管连接。

5.一种密闭加热炉内大型构件变形测量方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

(1)放置试件，依据实际工况对待测量试件进行摆放；

(2)变形测量装置整体装配，根据试件的摆放确定变形测量装置的安装位置，不断调整后，找到大底板固定连接在试件放置托盘上的合适位置并进行安装；对传感器下板、拉杆、传感器上板、传感器、滚轮、触点轴、触点架、压力架、配重块和压力杆进行装配，连接件装配前需进行打磨使其表面光滑；将杠杆套、杠杆、杠杆立柱、杠杆轴和杠杆中间块进行连接装配，需保证杠杆能灵活升降，然后再将其安装在大底板上；

(3)传感器调试，通过上下移动触点架使得滚轮在传感器上沿直线运动一定的距离，测量该距离并与计算机上的变形信号进行比较，若两者相差较小则调试结束，否则，通过检查传感器或调整配重块重新进行校准；

(4)传感器调试完成后将变形测量装置与试件一起送入高温炉加热，通过2080高温镍铬合金丝将变形信号传输到炉外的采集仪中，再通过与采集仪连接的计算机对高温炉内的试件变形信息进行实时的监控；

(5)待温度稳定后，计算机对采集信号进行归零处理；

(6)计算机归零处理后，通过与传感器连接的采集仪对高温炉内的试件变形信息进行实时的数据采集，从而得到试验所需的数据和图形信息。

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