CN113353632A - 一种自动换样机构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的是一种自动换样机构，所述的自动换样机构安装在中子散射静电悬浮器的悬浮器真空腔体内，且自动换样机构包括上换样组件和下换样组件，所述上换样组件和下换样组件之间通过落样导管连接，所述下换样组件上设有可供样品更换的样品工位。本发明的样品盘通过采用多孔转盘式结构，实现多个样品在悬浮器真空腔体内的自动更换。

Description

一种自动换样机构
技术领域
本发明涉及中子散射静电悬浮器的技术领域，尤其涉及一种用于中子散射静电悬浮器的自动换样机构。
背景技术
中子散射静电悬浮器是实现工程材料无容器环境下中子散射原位测量、多物性测量的光机电一体化集成装置。静电悬浮技术利用静电场中带电荷样品受到的库仑力来抵消重力，实现微重力、无容器的环境，无容器的环境消除了容器壁引起的污染、凝固过程异质形核作用和热输运的影响，尤其有利于工程材料熔体的深过冷现象研究，对工程材料尤其是非晶和纳米晶合金材料的研发有重要的理论和现实意义。此外，由于悬浮时不对样品产生额外的能量输入，从而可避免干扰样品的相变过程，易于结合其他非接触测量设备实现样品的热物性测量。应用于中子散射，可实现工程大试样(尤其是高温熔体)的稳定悬浮、静态和动态微观结构的原位测量。
目前，国内外所研制的静电悬浮器，在换样时需要抽真空、暴露大气、开启腔体、再抽真空等复杂操作才能完成样品的更换，无法充分的利用中子束流的时间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自动换样机构，旨在解决现有技术中的静电悬浮器，在换样时需要抽真空、暴露大气、开启腔体、再抽真空等复杂操作才能完成样品的更换，无法充分的利用中子束流的时间的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供的一种自动换样机构，该自动换样机构安装在中子散射静电悬浮器的悬浮器真空腔体内，且自动换样机构包括上换样组件和下换样组件，上换样组件和下换样组件之间通过落样导管连接，下换样组件上设有可供样品更换的样品工位。
进一步的，上换样组件包括样品盘和用于驱动样品盘转动的电机，电机设置于样品盘的下方，样品盘上开设有多个样品孔位，且样品孔位与落样导管的顶端对齐。
进一步的，样品盘整体呈圆盘状，且圆周处均布开设有多个样品孔位，样品盘底部贴合安装有与其形状相匹配的底座，底座上开设有与落样导管顶端连通的一通孔，当样品孔位旋转至底座通孔位置时，样品沿着通孔落下进入落样导管。
进一步的，下换样组件包括法兰盘和电极组件，电极组件安装在法兰盘的下端，落样导管的底端贯穿法兰盘与电极组件连通，样品工位设于电极组件上。
进一步的，电极组件包括陶瓷绝缘板、若干侧电极以及中空状的上电极和下电极，上电极与落样导管的底端连通，上电极、下电极和侧电极之间形成的静电场为样品工位，静电场可控制样品的静电悬浮。
进一步的，下电极贯通于陶瓷绝缘板的上表面与下表面。
进一步的，下换样组件还包括双轴位移台和拉杆组件，拉杆组件一端与双轴位移台可活动连接，另一端竖直安装有样品承接杆，双轴位移台安装在法兰盘上，用于驱动拉杆组件带动样品承接杆活动。
进一步的，自动换样机构还包括样品回收机构，样品回收机构安装在下换样组件的正下方。
进一步的，样品回收机构包括回收斜盘、样品通管、样品收集管和安装底座，样品通管一端与回收斜盘连通，另一端与样品收集管的顶部连通，样品收集管的底部通过安装底座安装在悬浮器真空腔体内。
进一步的，回收斜盘是倾斜的圆盘状结构。
进一步的，安装底座是锁紧结构，用于限制样品收集管的底部出口，该锁紧结构可以为卡箍法兰结构，也可以为卡扣锁紧结构，也可以为螺栓螺孔锁紧结构，以及其它能实现方便开合的锁紧结构。
进一步的，落样导管为一体式结构，其一端与底座上开设的通孔连通，另一端与电极组件的上电极连通。
进一步的，落样导管为分体式结构，其包括上导管和下导管，所述上导管与下导管之间套接连接或者通过漏斗连通连接，上导管与底座上开设的通孔连通，所述下导管与电极组件的上电极连通。
进一步的，下换样组件上设置有提升杆，提升杆安装在法兰盘上。
本发明提供的一种自动换样机构，其有益效果是：
1、本发明的样品盘通过采用多孔转盘式结构，实现多个样品在悬浮器真空腔体内的自动更换；
2、本发明通过在下换样组件的正下方设置有样品回收机构，实现使用后的样品的自动回收；
3、本发明的上换样组件可以直接从悬浮器真空腔体的顶部开孔进行填充满样品，同时是上换样组件可拆除的，也能将上换样组件从悬浮器真空腔体的顶部拆除后进行填满样品，也方便上换样组件的维修养护；
4、本发明的通过设置有提升杆，可将整个自动换样机构从悬浮器真空腔体的顶部抽出，用于维修养护；
5、本发明的落样导管通过采用分体式结构，上导管和下导管的设置，可以减轻上换样组件拆卸与安装时对落样导管的压力，还能提高拆卸与安装的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
需要说明的是，正面为面向质子束流的一面，而背面则为背向质子束流的一面；
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为本发明安装于悬浮器真空腔体内的立体结构示意图；
图3为本发明的分解结构示意图；
图4为本发明的上换样组件的说明图，(a)是上换样组件的立体结构示意图，(b)是上换样组件的横截面示意图；
图5为本发明的下换样组件的结构示意图；
图6为样品承接杆进行旋转活动的结构示意图；
图7为样品承接杆进行高程活动的结构示意图；
图8为本发明的样品回收机构的说明图，(a)是样品回收机构的立体结构示意图，(b)是样品回收机构的横截面示意图。
其中，图中各附图标记：
1、自动换样机构，2、悬浮器真空腔体；
10、上换样组件，11、样品盘，111、样品孔位，12、底座，121、通孔，13、电机；
20、下换样组件，21、法兰盘，22、电极组件，221、上电极，222、下电极，223、陶瓷绝缘板，224、侧电极，23、双轴位移台，24、拉杆组件，25、样品承接杆，26、提升杆；
30、落样导管，31、上导管，32、下导管；
40、样品回收机构，41、回收斜盘，42、样品通管，43、样品收集管，44、安装底座；
50、样品。
具体实施方式
以下结合说明书附图，详细说明本发明的具体实施方式：
本第一实施例如图1至3所示，自动换样机构1安装在中子散射静电悬浮器的悬浮器真空腔体2内，且自动换样机构1包括上换样组件10和下换样组件20，上换样组件10和下换样组件20之间通过落样导管30连接，下换样组件10上设有可供样品更换的样品工位，而且，落样导管30为一体式结构。
如图4(a)和4(b)所示，上换样组件10包括样品盘11和用于驱动样品盘11转动的电机13，样品盘11整体呈圆盘状，且圆周处均布开设有多个样品孔位111，该样品孔位111与落样导管30的顶端对齐，样品盘11底部贴合安装有与其形状相匹配的底座12，底座12上开设有与落样导管30顶端连通的一通孔121，电机13设置于样品盘11的下方，并安装在底座12的底部，当电机13驱动样品盘11转动，使得样品孔位111旋转至底座12的通孔121位置时，样品50在重力的作用下沿着通孔121落下进入落样导管30，另外，样品盘11及及其底座12是可拆卸式的安装在落样导管30的顶端，可从悬浮器真空腔体2的顶部进行拆除。
如图5所示，下换样组件20包括法兰盘21和安装在法兰盘21下端的电极组件22，电极组件22包括陶瓷绝缘板223、若干侧电极224以及中空状的上电极221和下电极222，落样导管30的底端贯穿法兰盘21与中空的上电极221连通，上电极221、下电极222和侧电极224之间形成的静电场为样品工位，静电场可控制样品的静电悬浮。
其中，中空的下电极222是设置在陶瓷绝缘板223的中心位置上，中空的上电极221与下电极222的轴线互相对齐，且下电极222贯通于陶瓷绝缘板223的上表面与下表面。
以及，侧电极224设置有2对，分别设置于下电极222的两侧。
另外，下换样组件20上设置有提升杆26，提升杆26安装在法兰盘21上，用于将整个自动换样机构1从悬浮器真空腔体2的顶部抽出，用于维修养护。
进一步参考图6、7、8(a)和8(b)，下换样组件20还包括安装在法兰盘21上的双轴位移台23和拉杆组件24，拉杆组件24一端与双轴位移台23可活动连接，另一端竖直安装有样品承接杆25，样品承接杆25的起始位置位于陶瓷绝缘板223的下方，启动双轴位移台23驱动拉杆组件24带动样品承接杆25进行旋转运动，当样品承接杆25的轴线旋转至与下电极222的轴线互相对齐时，双轴位移台23驱动拉杆组件24带动样品承接杆25在下电极222的中空通孔内进行高程运动，并上升到达可接住样品50的高度，在电极加高压使样品50产生静电悬浮之后，样品承接杆25再下降至陶瓷绝缘板223的下方，当样品50悬浮完毕或悬浮失败后，双轴位移台23驱动拉杆组件24带动样品承接杆25进行旋转运动，使得样品50在重力的作用下可从中空的下电极222掉落，为检查悬浮测试后的样品50，还包括样品回收机构40，样品回收机构40安装在下换样组件20的陶瓷绝缘板223正下方，样品回收机构40包括倾斜圆盘状结构的回收斜盘41、以及样品通管42、样品收集管43和安装底座44，使得样品50在重力的作用下穿过下电极222中空的通孔掉落至回收斜盘41，并经样品通管42滑落到样品收集管43内聚集。
其中，样品通管42一端与回收斜盘41连通，另一端与样品收集管43的顶部连通，样品收集管43的底部通过安装底座44安装在悬浮器真空腔体2内；
以及，安装底座44是卡箍法兰结构，用于限制样品收集管43的底部出口，该锁紧结构可以为卡箍法兰结构，也可以为卡扣锁紧结构，也可以为螺栓螺孔锁紧结构，以及其它能实现方便开合的锁紧结构。
本第二实施例，与第一实施例不同的是，落样导管30为分体式结构，其包括上导管31和下导管32，上导管31与底座12上开设的通孔121连通，下导管32与电极组件22的上电极221连通，上导管31与下导管32之间套接连接。
本第三实施例，与第二实施例不同的是，上导管31与下导管32之间通过漏斗连通连接。
需要说明的是，上电极221、下电极222和样品承接杆25的轴线均与水平面相垂直。
工作原理：运行自动换样机构1，同时启动电机13和双轴位移台23，电机13是驱动样品盘11进行转动，使得样品孔位111旋转至底座12的通孔121位置，样品50在重力的作用下沿着通孔12221滑落进落样导管30内，并掉落至上电极221位置，此时同步运转的双轴位移台23驱动拉杆组件24带动样品承接杆25进行旋转运动，当样品承接杆25的轴线旋转至与下电极222的轴线互相对齐时，双轴位移台23驱动拉杆组件24带动样品承接杆25在下电极222的中空通孔内进行高程运动，并上升到达可接住样品50的高度，然后此时的样品50从上电极221掉落至样品承接杆25的顶端，样品承接杆25下降至下电极222上表面，在上电极221加负高压使样品50产生静电悬浮之后，样品承接杆25再下降至陶瓷绝缘板223的下方，并接着进行旋转运动，避免堵塞下电极222的中心孔，当样品50静电悬浮完毕或静电悬浮失败后，样品50在重力的作用下穿过下电极222中空的通孔或在电场力作用下偏离至侧面空间掉落至回收斜盘41，并经样品通管42滑落到样品收集管43内聚集，接着，电机13继续驱动样品盘11进行转动，进而重复上述的工作方式。
本发明提供的一种自动换样机构，其有益效果是：
1、本发明的样品盘通过采用多孔转盘式结构，实现多个样品在悬浮器真空腔体内的自动更换；
2、本发明通过在下换样组件的正下方设置有样品回收机构，实现使用后的样品的自动回收；
3、本发明的上换样组件可以直接从悬浮器真空腔体的顶部开孔进行填充满样品，同时是上换样组件可拆除的，也能将上换样组件从悬浮器真空腔体的顶部拆除后进行填满样品，也方便上换样组件的维修养护；
4、本发明的通过设置有提升杆，可将整个自动换样机构从悬浮器真空腔体的顶部抽出，用于维修养护；
5、本发明的落样导管通过采用分体式结构，上导管和下导管的设置，可以减轻上换样组件拆卸与安装时对落样导管的压力，还能提高拆卸与安装的效率。
本实施例的其余部分与实施例一相同，在本实施例中未解释的特征，均采用实施例一的解释，这里不再进行赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种自动换样机构，其特征在于：所述的自动换样机构安装在中子散射静电悬浮器的悬浮器真空腔体内，且自动换样机构包括上换样组件和下换样组件，所述上换样组件和下换样组件之间通过落样导管连接，所述下换样组件上设有可供样品更换的样品工位。
2.根据权利要求1所述的一种自动换样机构，其特征在于：所述上换样组件包括样品盘和用于驱动样品盘转动的电机，所述电机设置于样品盘的下方，所述样品盘上开设有多个样品孔位，且样品孔位与落样导管的顶端对齐。
3.根据权利要求2所述的一种自动换样机构，其特征在于：所述样品盘整体呈圆盘状，且圆周处均布开设有多个样品孔位，所述样品盘底部贴合安装有与其形状相匹配的底座，所述底座上开设有与落样导管连通的一通孔，当样品孔位旋转至底座通孔位置时，样品沿着通孔落下进入落样导管。
4.根据权利要求1所述的一种自动换样机构，其特征在于：所述下换样组件包括法兰盘和电极组件，所述电极组件安装在法兰盘的下端，所述落样导管的底端贯穿法兰盘与电极组件连通，所述样品工位设于电极组件上。
5.根据权利要求4所述的一种自动换样机构，其特征在于：所述电极组件包括陶瓷绝缘板、若干侧电极以及中空状的上电极和下电极，所述上电极与落样导管的连通，所述上电极、下电极和侧电极之间形成的静电场为样品工位，静电场可控制样品的静电悬浮。
6.根据权利要求5所述的一种自动换样机构，其特征在于：所述下电极贯通于陶瓷绝缘板的上表面与下表面。
7.根据权利要求4或5或6任一项所述的一种自动换样机构，其特征在于：所述下换样组件还包括双轴位移台和拉杆组件，所述拉杆组件一端与双轴位移台可活动连接，另一端竖直安装有样品承接杆，所述双轴位移台安装在法兰盘上，用于驱动拉杆组件带动样品承接杆活动。
8.根据权利要求1所述的一种自动换样机构，其特征在于：所述自动换样机构还包括样品回收机构，所述样品回收机构安装在下换样组件的正下方。
9.根据权利要求8所述的一种自动换样机构，其特征在于：所述样品回收机构包括回收斜盘、样品通管、样品收集管和安装底座，所述样品通管一端与回收斜盘连通，另一端与样品收集管的顶部连通，所述样品收集管的底部通过安装底座安装在悬浮器真空腔体内。
10.根据权利要求9所述的一种自动换样机构，其特征在于：所述回收斜盘是倾斜的圆盘状结构。
11.根据权利要求10所述的一种自动换样机构，其特征在于：所述安装底座是锁紧结构，用于限制样品收集管的底部出口。
12.据权利要求1所述的一种自动换样机构，其特征在于：所述的落样导管为一体式结构，其一端与底座上开设的通孔连通，另一端与电极组件的上电极连通。
13.据权利要求1所述的一种自动换样机构，其特征在于：所述的落样导管为分体式结构，其包括上导管和下导管，所述上导管与下导管之间套接连接。
14.据权利要求13所述的一种自动换样机构，其特征在于：所述的上导管与底座上开设的通孔连通，所述下导管与电极组件的上电极连通。
15.根据权利要求4所述的一种自动换样机构，其特征在于：所述的下换样组件上设置有提升杆，所述提升杆安装在法兰盘上。
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