CN209131395U - 一种带有冷却功能的内耗测量系统及其内耗测试加热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带有冷却功能的内耗测量系统及其内耗测试加热装置，属于测量仪器技术领域。本实用新型的一种带有冷却功能的内耗测试加热装置，包括管式炉、内耗温控系统、和螺旋缠绕冷水管，管式炉内部设有炉腔，电炉丝缠绕于炉腔内壁，炉腔内部设有热电偶，该热电偶及电炉丝的电源接线均与内耗温控系统连接，螺旋缠绕冷水管缠绕于管式炉的外围。采用本实用新型的带有冷却功能的内耗测试加热装置，解决了现有内耗系统加热炉无法控制冷却速率均匀性的问题。

Description

一种带有冷却功能的内耗测量系统及其内耗测试加热装置

技术领域

本实用新型涉及测量仪器技术领域，更具体地说，涉及一种带有冷却功能的内耗测量系统及其内耗测试加热装置。

背景技术

内耗是指在一定外部条件下(如振幅和频率)，材料内部缺陷和原子运动所引起的机械振动能量的耗散。它对材料中的缺陷的动力学特性非常敏感。因此，内耗可以测量缺陷的浓度和分布、缺陷的扩散激活能和相变动力学等。主要的内耗测量模式为扭摆式内耗测量，该测量方法是在葛式扭摆仪上实现的，片状或者丝状试样借助于夹头悬挂着，在试样的一端附加一个惯性元件，该惯性元件由竖摆杆、横摆杆以及横摆杆的摆锤组成。内耗测量时先激发扭摆使其处于自由振动状态，由于振动能量在材料内部消耗，从而每次的扭摆振幅减小，利用振幅的对数减缩量δ来量度内耗。

内耗测量的时候，为了获取内耗-温度曲线，需要对测试样品进行加热，测量样品在均匀加热过程中的内耗值。不同类型材料出现内耗峰值的温度(Tp)通常也不同，一般钢铁材料测量时加热的温度为300℃-700℃。为了精确的表征内耗峰的性质(如是驰豫型内耗峰还是相变型内耗峰)和退火对内耗峰的影响，在测试升温过程中的内耗峰后还需接着测量从高温均匀冷却至室温过程中的内耗峰。但由于现有的内耗加热炉无冷却系统，样品测试过程中无法获得均匀的冷却速率。

针对上述存在的问题，现已有相关专利公开。

如，中国专利申请号：201220151663X，申请日：2012年4月12日，发明创造名称为：一种用于声频内耗测量的低温制冷装置，该申请案公开了一种用于声频内耗测量的低温制冷装置，将样品安放在法兰上并将其固定，用真空泵对真空室和样品室抽真空，待真空度达到要求时，向液氮储存室中充入液氮；当温度下降到符合测量要求时，进行测量操作，该申请案通过控制液氮的流量和使用量达到声频内耗测量时所需要的测量温度和变温速率，虽然能够对样品室起到降温的效果，但其对于被测样品冷却速率的均匀性难以把控，且其冷却系统采用液氮制冷，制造成本高且对仪器的精密程度要求高，结构复杂，不适于大批量生产。

实用新型内容

1.实用新型要解决的技术问题

本实用新型的目的在于克服现有技术中内耗加热炉无冷却系统，样品测试过程中无法获得均匀的冷却速率的不足，提供了一种带有冷却功能的内耗测量系统及其内耗测试加热装置。采用本实用新型的技术方案，解决了现有内耗系统加热炉无法控制冷却速率均匀性的问题。

2.技术方案

为达到上述目的，本实用新型提供的技术方案为：

本实用新型的一种带有冷却功能的内耗测试加热装置，其特征在于：包括管式炉、内耗温控系统、和螺旋缠绕冷水管，所述的管式炉内部设有炉腔，电炉丝缠绕于炉腔内壁，所述炉腔内部设有热电偶，该热电偶及电炉丝的电源接线均与内耗温控系统连接，所述螺旋缠绕冷水管缠绕于管式炉的外围。

更进一步的，所述的螺旋缠绕冷水管包括进口端和出口端，其进口端和出口端与冷却水系统相连，且进口端设有流量控制开关。

更进一步的，所述管式炉的上端设有密封接口，该密封接口与内耗系统接口通过螺栓固定相连。

更进一步的，所述管式炉外部位于密封接口的下方设有设备冷却水环，该冷却水环与冷却水系统相连。

更进一步的，所述管式炉上的各部件均采用耐高温材料。

本实用新型的一种内耗测量系统，包括内耗系统，其特征在于：还包括上述中任一项所述的内耗测试加热装置。

更进一步的，所述的内耗系统包括固定支架、扭摆和热电偶，扭摆和热电偶的一端固定安装于固定支架上，其另一端伸入到内耗测试加热装置的炉腔内。

更进一步的，所述扭摆的底端设有上夹头和下夹头，待测样品固定连接于上夹头和下夹头之间。

更进一步的，所述扭摆的下端与炉腔过盈配合，且其中轴线与管式炉的中轴线重合；所述热电偶与扭摆平行设置，且其测量端头延伸至待测样品中部。

3.有益效果

采用本实用新型提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本实用新型的一种带有冷却功能的内耗测试加热装置，通过由内耗温控系统、热电偶和电炉丝组成的一整套反馈调节系统以及由螺旋缠绕冷水管组成的冷却水系统共同作用，实现了该加热装置对温度的有效控制，能够使样品均匀加热到最高500℃，并控制均匀冷却至室温(约20℃)，冷却速率可达1℃-4℃/min，满足均匀升温和均匀冷却过程中对内耗值的测量要求。

(2)本实用新型的一种带有冷却功能的内耗测试加热装置，通过将螺旋缠绕冷水管的进口端和出口端与冷却水系统相连，从而既能够满足炉内样品均匀、快速降温的需求，同时也实现了对冷却水的循环利用，在降低了温度的同时有利于节约成本；另外，进口端还设有流量控制开关，从而可以根据炉内温度及设定的冷却速率对冷却水的流量进行调节和控制。

(3)本实用新型的一种带有冷却功能的内耗测试加热装置，通过密封接头下方设备冷却水环的设置，实现了对密封接头及内耗系统的冷却保护；同时，本实用新型采用螺旋缠绕冷水管，加快样品的冷却速度。

(5)本实用新型的一种内耗测量系统，包括上述内耗测试加热装置，将管式炉的炉腔与内耗系统的扭摆下端过盈配合，其中轴线与管式炉的中轴线重合，扭摆下端(包括上夹头、下夹头、样品和热电偶)装入管式炉中电炉丝的中部位置，可以保证样品受热均匀。该测量系统结构简单、容易装拆、容易维护、制造成本低，将内耗测试加热装置作为现有内耗系统的配件，与内耗系统兼容性好，解决了现有内耗系统加热炉无法控制冷却速率均匀性的问题。

附图说明

图1为本实用新型的带有冷却功能的内耗测试加热装置的结构示意图；

图2为本实用新型的内耗系统的结构示意图；

图3为图1的带有冷却功能的内耗测试加热装置的剖面图；

图4为本实用新型的带有冷却功能的内耗测试加热装置的俯视图。

示意图中的标号说明：1、管式炉；2、炉腔；3、电炉丝；4、电源接线；5、设备冷却水环；6、密封接口；7、螺栓；8、螺旋缠绕冷水管；9、进口端；10、出口端；11、流量控制开关；12、内耗系统；13、热电偶；14、扭摆；15、上夹头；16、下夹头；17、样品；18、内耗温控系统；19、冷却水系统。

具体实施方式

为进一步了解本实用新型的内容，结合附图对本实用新型作详细描述。

实施例1

结合图1、图3和图4，本实施例的一种带有冷却功能的内耗测试加热装置，包括管式炉1、内耗温控系统18和螺旋缠绕冷水管8，其中管式炉1内部设有炉腔2，电炉丝3缠绕于炉腔2内壁，且炉腔2内部设有热电偶13，该热电偶13及电炉丝3的电源接线4均与内耗温控系统18连接，通过内耗温控系统18控制加热炉的升温与降温。所述螺旋缠绕冷水管8缠绕于管式炉1的外围，通过螺旋缠绕冷水管8的设置可以实现炉内样品的快速冷却，热电偶13实时测量炉内温度与内耗温控系统18设置的冷却速率反馈调节，从而可以有效保证冷却速率的均匀性，进而满足均匀加热及冷却过程中对样品内耗测量的要求。

实施例2

结合图1和图3，本实施例的一种带有冷却功能的内耗测试加热装置，其结构基本同实施例1，更进一步的，其螺旋缠绕冷水管8包括进口端9和出口端10，进口端9和出口端10与冷却水系统19相连，且进口端9设有流量控制开关11。将螺旋缠绕冷水管8的进口端9和出口端10连接于冷却水系统19，构成一个冷却水循环系统(直接采用现有循环冷却水系统的结构)，输入的冷水通过进口端9进入螺旋缠绕冷水管8对管式炉1进行降温，然后通过出口端10排出，因其排出的水经管式炉1后温度增高，所以经冷却处理后再次循环输送给进口端9，实现循环利用。

本实施例中冷却水系统控制循环水冷温度控制在5-7℃。由于上述进口端9设有流量控制开关11，因此可以根据炉内温度反馈及内耗温控系统18预先设定的冷却速率对流量控制开关11的开度，即冷却水的流量进行调节，从而保证冷却速率的均匀性。具体的，在升温过程中流量控制开关11闭合，只有在降温过程中流量控制开关11才开启，对试样17进行冷却，冷却速率较快，可达5℃/min以上。

实施例3

结合图1、图3和图4，本实施例的一种带有冷却功能的内耗测试加热装置，其结构基本同实施例2，更进一步的，管式炉1的上端设有密封接口6，该密封接口6与内耗系统12接口通过螺栓7固定相连，且管式炉1外部位于密封接口6的下方设有设备冷却水环5，该冷却水环5与冷却水系统相连，通过设备冷却水环5的设置，实现了对密封接头6及内耗系统12的冷却保护。本实施例中采用螺旋缠绕冷水管，因此散热性好，能够加快样品的冷却速度；所述管式炉1上的各部件均采用耐高温材料。

实施例4

本实施例的一种内耗测量系统，包括图2所示的内耗系统12以及实施例3中的内耗测试加热装置。其中，所述内耗系统12包括固定支架、扭摆14和热电偶13，扭摆14和热电偶13的一端固定安装于固定支架上，其另一端伸入到内耗测试加热装置的炉腔2内，扭摆14的底端设有上夹头15和下夹头16，待测样品17固定连接于上夹头15和下夹头16之间。

具体的，上述密封接口6与内耗系统12的固定支架固定相连，扭摆14和热电偶13平行设置，管式炉1的炉腔2与内耗系统12的扭摆14下端过盈配合，且扭摆14的中轴线与管式炉1的中轴线重合；将扭摆14下端(包括上夹头15、下夹头16、样品17和热电偶13)装入管式炉1中电炉丝3的中部位置，以保证样品17受热均匀。

当需要对加热级冷却过程中的样品内耗进行测量时，将管式炉1从图2所示的扭摆下端导入并上移至密封接口6与内耗系统12接口进行对接，保证管式炉1的中轴线与扭摆14的中轴线重合，然后将密封接口6与内耗系统12接口通过四个螺栓7进行固定，设备冷却水环5两端与冷却水系统19连接，并启动冷却系统开始工作。

通过内耗系统12设置试验参数，升温速率和降温速率都为2℃/min，最高温度为400℃。开始试验，电炉丝3工作，设备冷却水环5对内耗系统11进行冷却保护，温度达到400℃后保温5min。保温期间，螺旋缠绕冷水管8与冷却水系统19连接，降温开始后，打开流量控制开关11，流量为最大流量的70％，对内耗样品进行冷却。在降温过程中，电炉丝3、热电偶13和内耗温控系统18组成反馈系统，使得样品均匀冷却，满足降温速率为2℃/min，冷却至30℃后测试结束。

本实施例的测量系统结构简单、容易装拆、容易维护、制造成本低，将内耗测试加热装置作为现有内耗系统的配件，与内耗系统兼容性好，解决了现有内耗系统加热炉无法控制冷却速率均匀性的问题。

实施例5

本实施例的一种内耗测量系统，其结构同实施例4，测量过程为：通过内耗系统12设置试验参数，升温速率和降温速率都为2℃/min，最高温度500℃。开始试验，电炉丝3工作，设备冷却水环5对内耗系统11进行冷却保护，温度达到500℃后保温5min。保温期间，螺旋缠绕冷水管8与冷却水系统19连接，降温开始后，打开流量控制开关11，流量为最大流量的70％，对内耗样品进行冷却。在降温过程中，电炉丝3、热电偶13和内耗温控系统18组成反馈系统，使得样品均匀冷却，满足降温速率为2℃/min，冷却至35℃后测试结束。

实施例6

本实施例的一种内耗测量系统，其结构同实施例4，测量过程为：通过内耗系统12设置试验参数，升温速率和降温速率都为3℃/min，最高温度450℃。开始试验，电炉丝3工作，设备冷却水环5对内耗系统11进行冷却保护，温度达到450℃后保温5min。保温期间，螺旋缠绕冷水管8与冷却水系统19连接，降温开始后，打开流量控制开关11，流量为最大流量的90％，对内耗样品进行冷却。在降温过程中，电炉丝3、热电偶13和内耗温控系统18组成反馈系统，使得样品均匀冷却，满足降温速率为3℃/min，冷却至20℃后测试结束。

以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种带有冷却功能的内耗测试加热装置，其特征在于：包括管式炉(1)、内耗温控系统(18)和螺旋缠绕冷水管(8)，所述的管式炉(1)内部设有炉腔(2)，电炉丝(3)缠绕于炉腔(2)内壁，所述炉腔(2)内设有热电偶(13)，该热电偶(13)及电炉丝(3)的电源接线(4)均与内耗温控系统(18)连接，所述螺旋缠绕冷水管(8)缠绕于管式炉(1)的外围。

2.根据权利要求1所述的一种带有冷却功能的内耗测试加热装置，其特征在于：所述的螺旋缠绕冷水管(8)包括进口端(9)和出口端(10)，其进口端(9)和出口端(10)与冷却水系统(19)相连，且进口端(9)设有流量控制开关(11)。

3.根据权利要求1或2所述的一种带有冷却功能的内耗测试加热装置，其特征在于：所述管式炉(1)的上端设有密封接口(6)，该密封接口(6)与内耗系统(12)接口通过螺栓(7)固定相连。

4.根据权利要求3所述的一种带有冷却功能的内耗测试加热装置，其特征在于：所述管式炉(1)外部位于密封接口(6)的下方设有设备冷却水环(5)，该冷却水环(5)与冷却水系统(19)相连。

5.根据权利要求3所述的一种带有冷却功能的内耗测试加热装置，其特征在于：所述管式炉(1)上的各部件均采用耐高温材料。

6.一种内耗测量系统，包括内耗系统(12)，其特征在于：还包括权利要求1-5中任一项所述的内耗测试加热装置。

7.根据权利要求6所述的一种内耗测量系统，其特征在于：所述的内耗系统(12)包括固定支架、扭摆(14)和热电偶(13)，扭摆(14)和热电偶(13)的一端固定安装于固定支架上，其另一端伸入到内耗测试加热装置的炉腔(2)内。

8.根据权利要求7所述的一种内耗测量系统，其特征在于：所述扭摆(14)的底端设有上夹头(15)和下夹头(16)，待测样品(17)固定连接于上夹头(15)和下夹头(16)之间。

9.根据权利要求7或8所述的一种内耗测量系统，其特征在于：所述扭摆(14)的下端与炉腔(2)过盈配合，且其中轴线与管式炉(1)的中轴线重合；所述热电偶(13)与扭摆(14)平行设置，且其测量端头延伸至待测样品(17)中部。