CN212674816U - 一种多功能可控载荷及形变量稳态法平板导热仪加载系统 - Google Patents
一种多功能可控载荷及形变量稳态法平板导热仪加载系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN212674816U CN212674816U CN202021588243.9U CN202021588243U CN212674816U CN 212674816 U CN212674816 U CN 212674816U CN 202021588243 U CN202021588243 U CN 202021588243U CN 212674816 U CN212674816 U CN 212674816U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- heat conduction
- loading
- test
- load
- fixed
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 83
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 26
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 15
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 abstract description 6
- 230000006835 compression Effects 0.000 abstract description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 29
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 12
- 230000008569 process Effects 0.000 description 11
- 239000006261 foam material Substances 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000007907 direct compression Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 239000005060 rubber Substances 0.000 description 1
- 239000007779 soft material Substances 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
本发明针对稳态法平板导热仪存在载荷不易调节、恒定载荷下压缩量不易控制以及装置本身不能测试材料厚度的不足，发明了一种多功能可控载荷及形变量稳态法平板导热仪加载系统。加载系统不改变现有装置的导热测试分析计算系统，变现有的气动提升和重力式加载为电动提升和加载，采用力传感器和激光位移传感器分别测试载荷和形变，利用加载系统实现导热测试前的材料厚度测试，实现可控载荷和变形模式下的导热测试。与现有装置相比：操作更加简单、同时扩大了装置的应用场景以及应用范围，测试结果的准确性、稳定性和重复性得到进一步的提升。本发明技术适合于稳态法平板导热仪的实验室对现有装置的功能提升，同时也适合于新开发导热仪应用。
Description
技术领域
本实用新型涉及导热仪领域，主要涉及稳态法平板导热仪，特别涉及到一种多功能可控载荷及形变量稳态法平板导热仪加载系统。
背景技术
导热系数是材料的固有属性，很多材料应用时都需要测定其导热性能。通过导热仪实验测定导热系数通常有两大类方法：稳态法和非稳态法。热流法是一种常用的标准稳态测量方法，可用于高分子材料、陶瓷、复合材料、玻璃和橡胶等材料的导热系数测定。目前采用此种方法的导热仪，国外主要有美国TA公司、德国耐驰仪器、美国Anter公司、日本EKO公司和英国国家物理实验室，国内主要有北京世纪建通环境技术有限公司和湘潭湘仪仪器有限公司。
热流稳态法导热性能测试要求符合ASTM E1530和ASTM D5470标准，测试原理是将厚度一定的样品置于两个平板间，对样品施加一定的热流量和压力，使用校正过的热流传感器测量通过样品的热流，测试样品的厚度、热板/冷板间的温度梯度，然后根据不同厚度下对应的热流量数据作直线拟合得出样品的导热系数。
在实践应用中发现，不同公司的稳态法平板导热仪有各自的应用范围，尽管有的导热仪的应用范围较大，但是涉及到不同软硬的材料，测试仪器在施加载荷时就难于控制，从而导致测试的导热参数存在准确性问题。
参照附图1所示的稳态法平板导热仪，其加载系统主要由锁紧支撑(1)、锁紧螺栓(2)、T型盘式载荷(3)、气动活塞(4)、导向活塞缸(5)、加载杆(6)、热炉(7)、基座及控制台(8)、上部支撑框架(9)、顶板(10)、固定螺栓(12)、上压板(13)和下压板(15)组成，上部支撑框架(9)和顶板(10)位于基座及控制台(8)的上部，热炉(7)位于基座及控制台(8)上部的上部支撑框架(9)之间；导向活塞缸(5)固定于顶板(10)中间，带有气动活塞(4)的加载杆(6)安装于导向活塞缸(5)中；加载杆(6)的顶端带有螺纹，T型盘式载荷(3)盘面向下通过螺纹安装加载杆(6)的顶端；L型锁紧支撑(1)的顶面通过固定螺栓(12)固定于加载杆(6)的顶面；当T型盘式载荷(3)旋转至所设定的位置时，固定于锁紧支撑(1)侧面的锁紧螺栓(2)的头部旋转顶住T型盘式载荷(3)的圆柱部分，保证导热测试过程中载荷的稳定性；上压板(13)固定于加载杆(6)的底端，随加载杆(6)一起运动；下压板(15)固定于基座及控制台(8)上部。
材料的导热测试过程为：
1)导向活塞缸(5)底部的气缸中进入高压气体，推动气动活塞(4)上的加载杆(6)向上移动，同时T型盘式载荷(3)与导向活塞缸(5)的上端面之间出现加载间隙(11)；
2)在热炉(7)中的上压板(13)和下压板(15)之间放入测试样品(14)；
3)导向活塞缸(5)中的高压气体释放；
4)带有T型盘式载荷(3)的加载杆(6)在重力的作用下降，热炉(7)中的上压板(13)下压，使得样品(14)被压紧于上压板(13)和下压板(15)之间，即可进行导热测试过程。
在稳态法平板导热仪的测试加载系统中，样品的载荷为重力式加载，载荷来自于加载杆(6)及其顶部固定的T型盘式载荷(3)重量，测试过程中其载荷是恒定的，即恒定压力模式下的导热测试。测试过程中，样品的压缩极限由加载间隙(11)设定。如果加载间隙(11)的尺寸大同时样品在恒定载荷下可压缩变形，则加载系统可实现较大压缩量下的导热测试；如果加载间隙(11)的尺寸小则当T型盘式载荷(3)的下表面与导向活塞缸(5)的上表面相接触时，加载杆(6)即不能再下降，此时加载间隙(11)即限制了测试样品的最大变形。
该装置对于不易变形的较硬材料较易控制，但是对于软质易于变形的泡沫类材料，由于其恒定的载荷，可能导致压缩变形过大，其加载间隙(11)较难设定和控制，难于得到合适载荷状态下的导热性能。尚未发现现有导热仪可针对不同软硬程度的材料，实现可控应力或者可控应变状态下的稳态法平板导热性能测试。
材料的导热性能测试时，需要提前确定材料的厚度。而测试厚度通常需要专用的厚度测试仪，即材料在一定压力的条件下进行测试。对于较硬材料，压力对厚度影响较小测试相对容易，而对于软质泡沫类材料，其厚度受载荷的影响较大，通常在不同标准中对其厚度测试载荷有不同的要求，为了保证导热性能测试的准确性、可重复性和稳定性，最好导热仪本身带有厚度测试功能。
发明内容
本发明针对稳态法平板导热仪存在载荷不易调节、恒定载荷下压缩量不易控制以及装置本身不能测试材料厚度的不足，发明了一种多功能可控载荷及形变量稳态法平板导热仪加载系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种多功能可控载荷及形变量稳态法平板导热仪加载系统，不改变现有装置的导热测试分析计算系统，变现有的气动提升和重力式加载为电动提升和加载，采用力传感器和激光位移传感器分别测试载荷和形变，利用加载系统实现导热测试前的材料厚度测试，实现可控载荷和变形模式下的导热测试；
加载系统主要由基座及控制台(8)、上部支撑框架(9)、激光反射板(21)、齿条式加载导杆(22)、传动轴(23)、支撑架A(24)、伺服电机(25)、皮带(26)、上部支撑平板(27)、力传感器(28)、下加载杆(29)、导向套(30)、激光位移传感器(31)、支撑架B(32)、齿轮(33)、上升限位触发器(34)、下降限位触发器(35)和顶部外盖(36)组成。
所述的上部支撑框架(9)固定于基座及控制台(8)顶面的中部；
所述的上部支撑平板(27)固定在上部支撑框架(9)的顶部；
所述的导向套(30)位于上部支撑框架(9)中间穿过上部支撑平板(27)；
所述的齿条式加载导杆(22)下部穿过导向套(30)，通过力传感器(28)与下加载杆(29)固定；
所述的上升限位触发器(34)和下降限位触发器(35)安装于齿条式加载导杆(22)上，分别位于导向套(30)的上下两侧；
所述的伺服电机(25)固定于上部支撑平板(27)上表面的右端；
所述的支撑架A(24)和支撑架B(32)固定在上部支撑平板(27)上，位于齿条式加载导杆(22)的两侧；
所述的固定有齿轮(33)的传动轴(23)，安装在支撑架A(24)和支撑架B(32)上，右端悬空；
所述的皮带(26)将传动轴(23)的右端与伺服电机(25)的动力输出端相连；
所述的激光位移传感器(31)固定于上部支撑平板(27)上表面的左侧；
所述的激光反射板(21)固定于齿条式加载导杆(22)的顶面，激光反射板(21)的悬空端位于激光位移传感器(31)的正上方；
所述的顶部外盖(36)固定在上部支撑平板(27)之上，将上部支撑平板(27)上安装和固定的各个零件遮盖起来。
本发明的有益效果是，与现有装置相比：1)本发明直接采用伺服电机进行导热测试时的装置提升和加载，不需要再配置空压机气泵进行气动提升加载装置，减少了工作场所的噪音污染；2)可控载荷及形变量加载系统，实现不同材料(尤其是软质材料)在可控载荷或者可控压缩形变状态下的导热性能的测试研究，降低了设备的操作难度，扩大了装置的应用范围；3)加载系统本身可以按照材料厚度测试的不同应力标准，直接得到材料的厚度数据，不再需要另行采用其他专用装置测试厚度；4)加载系统本身不改变现有导热测试加热分析计算系统，只对设备的加载系统进行电动化和自动化改造，改造方便；5)加载系统实现了准确的厚度测试和可控的载荷及形变量设定，提高了测试的准确性、稳定性和重复性。
附图说明
图1是热流稳态法平板导热仪加载系统结构图。
图2是本实用新型一种多功能可控载荷及形变量稳态法平板导热仪加载系统的结构主视图。
图3是图2上部三维结构图。
图4是本实用新型加载系统的操作和控制流程图。
图中：1.锁紧支撑，2.锁紧螺栓，3.T型盘式载荷，4.气动活塞，5.导向活塞缸，6.加载杆，7.热炉，8.基座及控制台，9.上部支撑框架，10.加载间隙，11.顶板，12.固定螺栓，13.上压板，14.样品，15.下压板；
21.激光反射板，22.齿条式加载导杆，23.传动轴，24.支撑架A，25.伺服电机，26.皮带，27.上部支撑平板，28.力传感器，29.下加载杆，30.导向套，31.激光位移传感器，32.支撑架B，33.齿轮，34.上升限位触发器，35.下降限位触发器，36.顶部外盖。
具体实施方式
参照附图2和附图3，一种多功能可控载荷及形变量稳态法平板导热仪加载系统，加载系统主要由热炉(7)、基座及控制台(8)、上部支撑框架(9)、激光反射板(21)、齿条式加载导杆(22)、传动轴(23)、支撑架A(24)、伺服电机(25)、皮带(26)、上部支撑平板(27)、力传感器(28)、下加载杆(29)、导向套(30)、激光位移传感器(31)、支撑架B(32)、齿轮(33)、上升限位触发器(34)、下降限位触发器(35)和顶部外盖(36)组成。
上部支撑框架(9)固定于基座及控制台(8)顶面的中部，热炉(7)位于基座及控制台(8)上部的上部支撑框架(9)之间；
在上部支撑框架(9)的顶部固定有上部支撑平板(27)；
导向套(30)位于上部支撑框架(9)中间穿过上部支撑平板(27)；
齿条式加载导杆(22)下部穿过导向套(30)，通过力传感器(28)与下加载杆(29)固定；
上升限位触发器(34)和下降限位触发器(35)安装于齿条式加载导杆(22)上，分别位于导向套(30)的上下两侧；
伺服电机(25)固定于上部支撑平板(27)上表面的右端；
支撑架A(24)和支撑架B(32)固定在上部支撑平板(27)上，位于齿条式加载导杆(22)的两侧；
固定有齿轮(33)的传动轴(23)，安装在支撑架A(24)和支撑架B(32)上，右端悬空；
皮带(26)将传动轴(23)的右端与伺服电机(25)的动力输出端相连；
激光位移传感器(31)固定于上部支撑平板(27)上表面的左侧；
激光反射板(21)固定于齿条式加载导杆(22)的顶面，激光反射板(21)的悬空端位于激光位移传感器(31)的正上方；
顶部外盖(36)固定在上部支撑平板(27)之上，将上部支撑平板(27)上安装和固定的各个零件遮盖起来。
实施例
参照附图2、附图3和附图4，导热测试时，启动加载系统，然后按照下列步骤进行操作及控制。
1)选择载荷/变形模式
载荷模式下，进行恒定载荷测试，根据材料的特性选择不同的载荷，测试过程中维持样品上所受的载荷恒定，同时实时记录测试时样品的变形数据；
变形模式下，进行恒定变形测试，测试过程中样品材料所产生的变形恒定，实时记录测试时样品的载荷数据。
2)设定测试温度/设定厚度测试载荷
设定测试温度：根据样品的特性及测试要求，设定导热测试温度。该设定在原导热测试分析系统中设定。
设定厚度测试载荷：无论何种测试模式，在测试前都需要确定样品的准确厚度。不同材料的样品，厚度测试有不同的要求，对于刚性材料测试比较容易，而对于软质易变形材料，为保证数据的可比性，厚度测试在一定的载荷(应力)下进行，因此测试前根据材料的厚度测试载荷要求，设定材料的厚度测试载荷。
3)提升热炉(7)，开放导热测试样品放置压板
热炉(7)在上部支撑框架(9)间有导向和锁定装置，提升热炉(7)并锁定后，使得导热测试样品放置压板完全开放，即上压板(13)、下压板(15)处于完全可见状态。
4)伺服电机(25)带动下加载杆(29)快速提升
提前设定当上压板(13)与下压板(15)刚刚接触时提升高度为0，此状态只允许设备在组装调试时使用，正常使用时为避免力传感器(28)损坏，不允许上压板(13)与下压板(15)直接接触。
提升高度的测试：激光反射板(21)随着上压板(13)同步移动，激光位移传感器(31)根据接受到激光反射板(21)上的激光角度变化，实时计算提升高度。
提升过程中，系统实时显示上压板(13)的提升高度，需要提升的高度根据估计的样品厚度确定，只要能将样品顺利放入上压板(13)与下压板(15)之间即可。
5)样品置入导热测试上下压板之间
将标准面积的样品放入上压板(13)与下压板(15)之间。
6)手动将热炉(7)归位
7)启动厚度测试测试过程
控制系统启动伺服电机(25)，通过皮带(26)、传动轴(23)、齿轮(33)和齿条式加载导杆(22)组成的皮带及齿轮齿条传动系统，带动下加载杆(29)慢速下降，上压板(13)与样品(14)接触。
上压板(13)接触样品(14)，当力传感器(28)的实时载荷至厚度测试设定载荷时，伺服电机(25)停止运动，激光反射板(21)与激光位移传感器(31)测距系统实时测量的距离即为样品厚度，实时显示并记录。
厚度测试完成后，厚度测试时的力传感器(28)载荷置为0，激光测距系统的高度值置为0。
8)热炉(7)开始加热
按照2)设定的导热测试温度，热炉开始加热。
9)热炉(7)及样品达到设定测试温度，导热测试
启动原设备的导热测试分析程序；同时本发明加载系统的上压板(13)按照设定的载荷/变形运动，即加载系统开始工作。
测试过程中：力传感器(28)的实时载荷减去厚度测试时的载荷(厚度测试载荷置0时的力传感器载荷)为导热测试时载荷；样品的厚度值减去激光测距系统的实时高度数值为导热测试时变形值。
为避免测试过程中，上压板(13)与下压板(15)直接压缩，导致力传感器(28)损坏，齿条式加载导杆(22)上固定有下降限位触发器(35)，当下降限位触发器(35)与导向套(30)的上表面接触时，伺服电机(25)停止运动。
安装于齿条式加载导杆(22)上的上升限位触发器(34)控制上压板(13)的提升高度，伺服电机(25)带动齿条式加载导杆(22)上升，当上升限位触发器(34)与导向套(30)的下表面接触时，伺服电机(25)停止运动，保证加载系统处于有效工作高度范围内。
10)测试结束，进入下一组样品测试。
Claims (1)
1.一种多功能可控载荷及形变量稳态法平板导热仪加载系统，其特征在于：不改变现有装置的导热测试分析计算系统，变现有的气动提升和重力式加载为电动提升和加载，采用力传感器和激光位移传感器分别测试载荷和形变，利用加载系统实现导热测试前的材料厚度测试，实现可控载荷和变形模式下的导热测试；
加载系统主要由基座及控制台(8)、上部支撑框架(9)、激光反射板(21)、齿条式加载导杆(22)、传动轴(23)、支撑架A(24)、伺服电机(25)、皮带(26)、上部支撑平板(27)、力传感器(28)、下加载杆(29)、导向套(30)、激光位移传感器(31)、支撑架B(32)、齿轮(33)、上升限位触发器(34)、下降限位触发器(35)和顶部外盖(36)组成；
所述的上部支撑框架(9)固定于基座及控制台(8)顶面的中部；
所述的上部支撑平板(27)固定在上部支撑框架(9)的顶部；
所述的导向套(30)位于上部支撑框架(9)中间穿过上部支撑平板(27)；
所述的齿条式加载导杆(22)下部穿过导向套(30)，通过力传感器(28)与下加载杆(29)固定；
所述的上升限位触发器(34)和下降限位触发器(35)安装于齿条式加载导杆(22)上，分别位于导向套(30)的上下两侧；
所述的伺服电机(25)固定于上部支撑平板(27)上表面的右端；
所述的支撑架A(24)和支撑架B(32)固定在上部支撑平板(27)上，位于齿条式加载导杆(22)的两侧；
所述的固定有齿轮(33)的传动轴(23)，安装在支撑架A(24)和支撑架B(32)上，右端悬空；
所述的皮带(26)将传动轴(23)的右端与伺服电机(25)的动力输出端相连；
所述的激光位移传感器(31)固定于上部支撑平板(27)上表面的左侧；
所述的激光反射板(21)固定于齿条式加载导杆(22)的顶面，激光反射板(21)的悬空端位于激光位移传感器(31)的正上方；
所述的顶部外盖(36)固定在上部支撑平板(27)之上，将上部支撑平板(27)上安装和固定的各个零件遮盖起来。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202021588243.9U CN212674816U (zh) | 2020-08-04 | 2020-08-04 | 一种多功能可控载荷及形变量稳态法平板导热仪加载系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202021588243.9U CN212674816U (zh) | 2020-08-04 | 2020-08-04 | 一种多功能可控载荷及形变量稳态法平板导热仪加载系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN212674816U true CN212674816U (zh) | 2021-03-09 |
Family
ID=74820920
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202021588243.9U Active CN212674816U (zh) | 2020-08-04 | 2020-08-04 | 一种多功能可控载荷及形变量稳态法平板导热仪加载系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN212674816U (zh) |
-
2020
- 2020-08-04 CN CN202021588243.9U patent/CN212674816U/zh active Active
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107607390B (zh) | 变温拉扭复合载荷材料力学性能原位测试装置及方法 | |
| AU2020102029A4 (en) | Sliding friction and wear tester | |
| CN103048136B (zh) | 关节轴承高低温环境寿命试验机 | |
| CN109163982B (zh) | 一种热环境双向加载试验设备和试验方法 | |
| CN105424498A (zh) | 混凝土材料高温中抗压试验机及高温中抗压试验方法 | |
| CN106990007B (zh) | 材料残余应力与表面硬度关系测试方法及装置 | |
| CN105547856A (zh) | 混凝土材料高温中弯曲试验机及高温中弯曲试验方法 | |
| CN103293182A (zh) | 防护热流计法导热系数自动测定仪及检测方法 | |
| CN105403467A (zh) | 混凝土材料高温中劈拉试验机及高温中劈拉试验方法 | |
| CN103134674B (zh) | 用于偶件滑动性检测的装置及方法 | |
| CN105158057A (zh) | 多场耦合下原位三轴拉伸疲劳测试装置及方法 | |
| CN109060552B (zh) | 一种热环境回弹试验设备和试验方法 | |
| CN110243513A (zh) | 滚珠丝杠副效率检测装置 | |
| CN102262026A (zh) | 密封条植绒摩擦试验仪 | |
| CN205280509U (zh) | 混凝土材料高温中抗压试验机 | |
| CN109342194B (zh) | 一种岩石试样横向变形测量装置 | |
| CN212674816U (zh) | 一种多功能可控载荷及形变量稳态法平板导热仪加载系统 | |
| CN106644329B (zh) | 一种高精度动态测量的120mn桥梁支座测试机 | |
| CN110220810B (zh) | 往复滑动摩擦测量测试平台 | |
| CN205262878U (zh) | 混凝土材料高温中弯曲试验机 | |
| CN114279900B (zh) | 力热磁环境下刀具功能表面真实润湿性的测试装置及方法 | |
| CN217084519U (zh) | 适用于低速大功率水力测功器的移动式液压扭矩校验装置 | |
| CN216082341U (zh) | 测试橡胶材料高温压缩蠕变和应力松弛实验机构 | |
| CN113820233B (zh) | 利用液氮介质浸泡的低温往复式摩擦学测试仪及测试方法 | |
| CN206020191U (zh) | 一种隔热型材高温持久载荷拉伸试验机 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |