維也裡試驗恆溫器的製作方法

2023-07-13 18:39:51 3

專利名稱：維也裡試驗恆溫器的製作方法
技術領域：
本發明屬於計量技術領域，主要涉及一種計量裝置，尤其涉及一種用於火 藥維也裡安定性試驗用的維也裡試驗恆溫器。技術背景維也裡試驗又稱石蕊試紙試驗，是一種以硝酸酯為基的火藥安定性試驗的基本方法。其原理是將一定量的樣品(硝酸酯火藥或硝化纖維素)放入帶有 石蕊試紙的維也裡試樣杯中密封，並將試樣杯放入106. 5 ± 0. 5'C的恆溫器內 加熱，觀察樣品分解釋放出來的N02與石芯試紙作用使試紙顏色改變的時間， 來判斷火藥或硝化纖維素的安定性。我國現用的維也裡試驗恆溫器基本沿用原蘇聯進口裝置的結構形式。這是 一種圓簡型結構的恆溫器，在內外壁夾層中灌入甘油，簡底裝有電加熱部件， 一個點接觸溫度計插在外壁甘油中，通過一臺溫控器控制加熱電流。在簡內腔中 裝有一個框架式的試樣杯支架，該支架由皮帶輪帶動在恆溫器內腔中轉動，按 照試驗標準規定，轉速為每分鐘5轉 8轉。在支架外緣開有10 15個試樣杯安 放孔，在一個孔中插入一支維也裡試驗專用溫度計，其它孔中插入裝有火藥樣 品和石蔬試紙的試樣杯。在恆溫器壁上開有觀察窗口，窗口用雙層玻璃保溫， 操作人員通過該窗口定時觀察記錄恆溫器內部的溫度和各試樣杯中試紙的顏 色。在恆溫器頂蓋上開有試樣杯放入孔，搡作人員通過這一放入孔將試樣杯放 到支架上。這種恆溫器結構牢固，操作簡便，操作人員觀察視場大，因此得到 長期使用。但是，這種恆溫器也存在著以下缺點(1)由於溫度敏感元件(點 接觸溫度計)是插在外壁夾層的甘油中的，這種恆溫器是通過控制外壁夾層中 的甘油溫度對恆溫器內腔溫度進行間接控制，難以對內腔溫度實現有效控制，操作人員需要經常人工幹預，開關電加熱部件或者調節恆溫器頂蓋上的試樣杯放入孔的蓋板，使內部溫度保持在試驗標準規定的範圍；(2)釆用繼電器進行 溫度控制，控制精度低；(3)釆用專用的維也裡溫度計，人工讀取溫度數，不 但製作專用溫度計的難度大，而且也無法進行溫度的自動記錄。近年來，國內有些單位研製了釆用溫度數字控制技術、金屬洛結構的維也 裡試驗恆溫器。這些恆溫器用鑄鋁合金外壁代替了原先在夾層中灌注甘油的外 壁，電加熱絲分布在鋁合金的外壁和簡底，用鉑電阻溫度計作為溫度敏感部件， 該鉑電阻溫度計固定在鋁合金外壁上，使用單片控制器為核心元件的數字溫度 調節器對恆溫器溫度進行檢測、顯示和控制，這些新研製的維也裡試驗恆溫器 的溫度控制和顯示、記錄功能均得到明顯改進。但是，由於試樣杯支架處於轉 動狀態，如果將溫度敏感部件(鉑電阻溫度計)放置到樣品放置區的支架上， 而不能承受高溫的溫度調節器只能安裝在恆溫器外部，必須釆用無線信號傳輸 方式或者設計某種結構的信號傳導機構將鉑電阻溫度計的阻值傳遞到溫度調節 器，然而實現無線信號傳輸的電子器件難以承受恆溫器內部的持續高溫，因此， 這些恆溫器還是沿用了原恆溫器的結構，即將鉑電阻溫度計固定在鋁合金外壁， 對樣品放置區的溫度進行間接控制。按照維也裡試驗標準規定，試驗中必須記 錄和控制的溫度參數應當是樣品放置區的溫度值，因而操作人員仍然要定時觀 察插入試樣杯支架上的專用維也裡試驗溫度計，記錄恆溫器內部的溫度值。同 時，由於這些恆溫器採用的是通過控制鑄鋁合金外壁溫度的方式間接控制恆溫 器內腔的溫度，雖然當恆溫器內部溫度達到穩定狀態後，樣品放置區的溫度值 接近外壁的溫度，但是，在試樣放置到恆溫器內支架上後，存在溫度上升到穩 定-^#換74射-，一-&^1^#&-示-和-記- 溫^###^ #^顯度有明 顯差異。發明內容本發明要解決的技術問題是，以國內研製的現有維也裡試驗恆溫器為基礎， 提供一種可以滿足國家標準要求且使用方便的維也裡試驗恆溫器。 為解決上述技術問題,本發明提供的維也裡試驗恆溫器包括裝有觀察窗口 、 電加熱器、隔熱層、隔熱頂蓋的金屬洛腔體，基座，試樣杯支架，由驅動電機 和限荷摩擦離合器組成的支架驅動機構，含有手柄、手柄轉軸、手柄軸套的支 架手動調節機構，含有鉑電阻溫度計和溫度調節器的溫度控制器以及測溫信號 導出機構；所述金屬浴腔體、支架驅動機構、溫度調節器均安裝在基座上，所 述試樣杯支架位於金屬浴腔體的內部，其外緣可放置數個試樣杯，所述驅動電 機的驅動軸與限荷摩擦離合器的下端固連，限荷摩擦離合器上端連接的傳動軸伸進金屬浴腔體內並經軸銷帶動試樣杯支架轉動；所述手柄轉軸位於手柄軸套 內且上端與所述手柄固連，手柄軸套通過隔熱頂蓋伸進金屬浴腔體內部；所述 溫度調節器的控制輸出端通過固態繼電器與所述的電加熱器連接，所述的鉑電 阻溫度計放置在其中一個試樣杯中；所述的測溫信號導出機構含有一對導電環、 兩個動電極、上安裝體和下安裝體，所述的一對導電環同心固連在下安裝體中， 所述的兩個動電極裝配在上安裝體上，下安裝體固連在試樣杯支架的中心處， 上安裝體固連在所述的手柄軸套上，所述兩個動電極的下端頭分別與所述的一 對導電環表面接觸，並且當導電環隨試樣杯支架轉動時所述的兩個動電極分別 沿相應導電環的表面滑動；下壓並轉動所述手柄時，所述手柄轉軸下端的凸銷 插入到所述下安裝體的中心凹槽中並帶動所述試樣杯支架轉動；所述鉑電阻溫 度計的兩個輸出端分別通過導線與所述一對導電環對應連接，所述的兩個動電 極分別通過導線與所述溫度調節器的溫度信號輸入端連接。在本發明中，所述的試樣杯支架釆用鋁合金製作。 .在本發明中，所述的動電極也可以是兩組，且每組含有兩個以上的動電極， 兩組動電極分別排列成與所述的一對導電環位置相對應的兩個圓周，每組動電 極分別通過導線並聯之後再與所述溫度調節器的溫度信號輸入端連接。根據本發明，在所述的上安裝體與所述的每個動電極之間加裝一個微壓彈簧。本發明利用了試樣杯支架在維也裡試驗恆溫器中轉動緩慢的特點，通過增 加結構簡單，成本低廉，不受恆溫器內部高溫影響的測溫信號導出機構，將鉑
電阻溫度計的輸出端和溫度調節器的溫度信號輸入端分別與測溫信號導出機構 的導電環和動電極連接，可以實現將鉑電阻溫度計插入到試樣杯支架上的 一個 試樣杯安放孔中，直接對恆溫器內部樣品區的溫度進行測量，並保證在試樣杯 支架轉動期間其兩組動電極始終與一對導電環之間的良好接觸，由此可靠地將 表徵樣品區溫度的鉑電阻溫度計電阻值傳遞到在底座下部安裝的溫度調節器的 溫度信號輸入端，由溫度調節器對電加熱器的加熱電流進行調節，將恆溫器內 部溫度控制在維也裡試驗標準規定的範圍內。本發明與目前國內開發的幾種將 鉑電阻固定在鋁合金外壁對樣品放置區的溫度進行間接控制的同類恆溫器相 比，其主要優點是可以直接對樣品放置區的溫度進行實時控制和顯示，滿足維也裡試驗標準要求，控溫精度高，使用方便；同時，還可以省去專用的維也裡試驗溫度計，也不必人工定時觀察溫度值。將本發明與維也裡試驗試紙顏色自動 辨識裝置相結合，就可以實現維也裡試驗全過程的自動測控，為該項火藥安定 性試驗操作的安全性、自動化提供了良好的技術基礎。


圖1是本發明維也裡試驗恆溫器總體結構示意圖。圖2a、圖2b是圖1中試樣杯支架與測溫信號導出機構的裝配關係示意圖。 圖3是圖1中支架手動調節機構與測溫信號導出機構的裝配關係示意圖。 圖4a、圖4b是圖1中測溫信號導出機構的結構組成示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖及優選實施例對本發明作進一步的詳述。 .正如圖1所示，本發明的優選實施例包括支架手動調節機構1、隔熱頂蓋2、 帶底圓簡狀金屬浴腔體3、電加熱器5和7、試樣杯支架6、由驅動電機9和限 荷摩擦離合器8組成的支架驅動機構、含有鉑電阻溫度計11和溫度調節器10 的溫度控制器、測溫信號導出機構13以及基座。金屬洛腔體用鑄鋁合金加工，
其外壁包裹有玻璃棉隔熱層4且側壁裝有觀察窗口 12,電加熱器中的電加熱板7位於金屬浴腔體3底部與玻璃棉隔熱層4之間，電熱絲5敷設在金屬浴腔體3 側壁與坡璃棉隔熱層4之間。隔熱頂蓋2設有放物孔2-1和支架手動調節機構 安裝孔，並與金屬浴腔體3以合頁式連接方式封蓋在金屬浴腔體3的簡口處， 通過放物孔2-l，操作人員可以將試樣杯放置到金屬洛腔體3內。試樣杯支架6 位於金屬浴腔體3內部並釆用實體銷合金加工，其結構參見圖2a、圖2b。在本 實施例中，試樣杯支架6的外緣開有十一個圓孔，可放置十一個試樣杯15,其 中一個試樣杯15中放入一支鉑電阻溫度計11,另外十個試樣杯15中可以裝火 藥樣品和試紙的試樣杯；試樣杯支架6外周對應每個圓孔位置開有觀察槽，供 操作人員觀察試紙顏色和試樣狀態；試樣杯支架6上端面的中心部位還設有安 裝測溫信號導出機構13的一對導電環13-7和13-9的下安裝體13-5的圓型 凹槽和螺孔，下端面中心有一個帶軸銷的孔6-1。支架驅動機構由齒輪減速電機 9、限荷摩擦離合器8和支架傳動軸組成，齒輪減速電機9是一個內部包含有減 速齒輪組的直流電機，提供轉速為每分鐘8轉的驅動源；電機轉軸上端與限荷 摩擦離合器8固連，限荷摩擦離合器8的上端傳動軸由金屬浴腔體3底部伸進 腔體內並與試樣杯支架6的軸銷孔6-1配合。當齒輪減速電機9轉動時，摩擦 離合器8兩端面間的摩擦力帶動試樣杯支架6轉動。支架手動調節機構1含有 手柄l-l、第一彈簧l-2、手柄轉軸l-3、第二彈簧l-4、手柄軸套l-5(參見圖 3)。手柄轉軸1-3的上端與手柄1-1固連，下端帶有一個凸銷；手柄軸套1-5 的中部帶有突沿且底端帶有螺紋，它通過隔熱頂蓋2的安裝孔進入金屬洛腔體3 內部，手柄轉軸l-3位於手柄軸套1-5中，在手柄1-1與手柄軸套l-5頂端之 間.以及隔熱頂蓋2底端與軸套突沿之間的手柄軸套l-5上分別套有第一彈簧1-2 和第二彈簧l-4;在這兩個彈簧l-2、 1H的作用下，手柄1-1和手柄轉軸1-3、 手柄軸套1-5均能上下移動。溫度控制器由插入試樣杯支架一個孔中的一支鉑 電阻溫度計11和一臺智能溫度調節器10組成；該溫度調節器IO是由單片處理 器、AD變換器及外圍電路組成的人工智慧調節器，對恆溫器內部溫度進行PID 控制。技術規格為輸入信號為Ptl00熱電阻，測量範圍為-200。C ~ +600°C,
測量精度O. 2級，響應時間《0. 5秒，調節方式為AI人工智慧調節，控制輸出 採用SSR固態繼電器，通訊接口為RS785規範。基座是用螺栓將三個圓柱體和 隔板組裝而成，金屬浴腔體3、支架驅動機構9以及溫度調節器10等部件均安 裝在該基座上，外部罩一個用薄不鏽鋼板材製作的圓簡形外殼，由此構成本實 施例的整體外形。根據圖4a、圖4b所示，測溫信號導出機構13含有下安裝體13-5、 一對導電 環13-7和13-9、上安裝體13-2、兩組動電極13-12和13-11。下安裝體13-5用耐 高溫的聚四氟乙烯加工，其上設有中心臺階螺孔和兩個環形槽。 一對導電環13 -7和13-9是不同直徑的兩個圓環，用硬度較高的錫磷青銅製作，並分別埋入 到下安裝體13-5的兩個環形槽中，下安裝體13-5通過緊固螺栓16固連在試樣杯 支架6的凹槽中，兩個導電環13-7和13-9分別通過銀導線與兩個接線柱13-6和 13-8對應連接，鉑電阻溫度計l 1的兩條信號線分別用銀導線13 - 4和13 - 1 O連接 到這兩個接線柱13 - 6和13-8。上安裝體13- 2也釆用耐高溫的聚四氟乙烯加 工，其上帶有中心螺孔以及安裝相應數量動電極的安裝孔，在本優選實施例中， 每個動電極組均含有四個動電極13- 12或13 - 11，每個動電極13- 12或13- 11 均.為用錫磷青銅製作的細圓柱體，下端為半球形。兩組動電極中的動電極13-12或13-11安插在上安裝體13-2的安裝孔中且分別排列成與兩個導電環13-7和 13-9直徑相對應的兩個圓周形，每個動電極13 - 12或13 - 11與上安裝體13-2 的安裝孔間加微壓彈簧13-3。上安裝體13-2的中心螺孔與手柄軸套1-5下端的 螺紋連接(見圖3),當操作人員壓下手柄l-l時，手柄轉軸l-3下端的凸銷伸 出手柄軸套l-5後插入下安裝體13-5中緊固螺栓16上的凹槽中(參見圖2),此 時當操作人員轉動手柄l-l時，摩擦離合器8的上下端面因操作人員外加的轉矩 超過摩擦離合器8的限荷而滑動，操作人員可以通過手柄1-1將試樣杯支架6轉動 到任一位置。合上隔熱頂蓋2時，動電極13-12和13-11由於微壓彈簧13-3的作用 而緊貼到導電環13-7和13-9的上表面；當支架驅動機構帶動試樣杯支架6轉動 時，位於下安裝體13-5中的導電環13-7和13-9也隨之轉動，此時動電極13-12 和13-11下端在導電環13-7和13-9的表面上滑動，並依靠微壓彈簧13 - 3的彈性
作用始終使兩者保持良好接觸。同一組的四個電極13-12或13-11上端分別用銀 導線13 - 1和13 - 13並接，再用銀導線穿過金屬洛腔體3和玻璃棉隔熱層4後連接 到恆溫器下部安裝的溫度調節器10的測溫信號輸入端；溫度調節器10的控制輸 出端通過SSR固態繼電器與電加熱板7和電熱絲5連接。在本發明的實際使用時，導電環13-7和13-9的上表面要塗抹一層高溫導 電油，以減小動電極13-12和13-11與導電環13-7和13-9之間的摩擦力。本實施例中，在鉑電阻溫度計ll的信號輸入端用導線短接，在試樣杯支架 6轉動狀態下，實測兩組動電極13-12和13-11輸出端的電阻值小於0. 0005Q。 根據國際電工委員會標準IEC751的規定，鉬電阻在(TC到+60(TC的溫度範圍內 的阻值為Rt = 100 x (l + 3. 90802 x 10-3 x t - 0. 5802 x 10-6 x t2) 其中Rt-溫度t時的阻值(Q) t -溫度(。C )在106. 5 ± 0. rC範圍內鉑電阻的阻值相差± 0. 038Q,可見該實施例的接觸電阻遠小於溫度變化士o. rc時鉑電阻本身的阻值改變量。在試驗過程中，試樣支架以5 8轉/min的速度轉動，由於旋轉速度慢，釆用這種彈簧電極觸點即可以實 現動電極與導電環的良好接觸。本發明利用了試樣杯支架在維也裡試驗恆溫器 中轉動緩慢的特點，設計的多觸點並聯的彈簧電極鉑電阻信號導出機構結構簡 單，成本低廉，不受恆溫器內部高溫的影響，能夠實現動電極與導電環間的良 好接觸，可以在整個試驗過程中有效地實現對樣品區的溫度進行實時控制和顯示，實施例的控溫精度達到106.5±o. rc。
權利要求
1.一種維也裡試驗恆溫器，包括裝有觀察窗口[12]、電加熱器[5、7]、隔熱層[4]和隔熱頂蓋[2]的金屬浴腔體，基座，試樣杯支架[6]，由驅動電機[9]和限荷摩擦離合器[8]組成的支架驅動機構，含有手柄[1-1]、手柄轉軸[1-3]、手柄軸套[1-5]的支架手動調節機構[1]，含有鉑電阻溫度計[11]和溫度調節器[10]的溫度控制器以及測溫信號導出機構[13]；所述金屬浴腔體[3]、支架驅動機構、溫度調節器[10]均安裝在基座上，所述試樣杯支架[6]位於金屬浴腔體[3]的內部，其外緣可放置數個試樣杯[15]，所述驅動電機[9]的驅動軸與限荷摩擦離合器[8]的下端固連，限荷摩擦離合器[8]上端連接的傳動軸伸進金屬浴腔體[3]內並經軸銷帶動試樣杯支架[6]轉動；所述手柄轉軸[1-3]位於手柄軸套[1-5]內且上端與所述手柄[1-1]固連，手柄軸套[1-5]通過隔熱頂蓋[2]伸進金屬浴腔體[3]內部；所述溫度調節器[10]的控制輸出端通過固態繼電器與所述的電加熱器[5、7]連接，其特徵在於所述的鉑電阻溫度計[11]放置在其中一個試樣杯[15]中，並且還包括一個測溫信號導出機構[13]；所述的測溫信號導出機構[13]含有一對導電環[13-7、13-9]、兩個動電極[13-12、13-11]、上安裝體[13-2]和下安裝體[13-5]，所述的一對導電環[13-7、13-9]同心固連在下安裝體[13-5]中，所述的兩個動電極[13-12、13-11]裝配在上安裝體[13-2]上，下安裝體[13-5]固連在試樣杯支架[6]的中心處，上安裝體[13-2]固連在所述的手柄軸套[1-5]上，所述兩個動電極[13-12、13-11]的下端頭分別與所述的一對導電環[13-7、13-9]表面接觸，並且當導電環[13-7、13-9]隨試樣杯支架[6]轉動時，所述的兩個動電極[13-12、1 3-11]分別沿相應導電環[13-7、13-9]的表面滑動；下壓並轉動所述手柄[1-1]時，所述手柄轉軸[1-3]下端的凸銷插入到所述下安裝體[13-5]的中心凹槽中並帶動所述試樣杯支架[6]轉動；所述鉑電阻溫度計[11]的兩個輸出端分別通過導線與所述一對導電環[13-7、13-9]對應連接，所述的兩個動電極[13-12、13-11]分別通過導線與所述溫度調節器[10]的溫度信號輸入端連接。
2. 根據權利要求l所述的維也裡試驗恆溫器，其特徵在於所述的試樣杯 支架[6]釆用鋁合金製作。
3. 根據權利要求1或2所述的維也裡試驗恆溫器，其特徵在於所述的動電 極[13-12、 13-11]也可以是兩組，且每組含有兩個以上的動電極[13-12或 13-11]，兩組動電極分別排列成與所述的一對導電環[13-7、 13-9]位置相對應 的兩個圓周，每組動電極[13-12或13-11]分別通過導線[13-1或13-13]並聯之後 再與所述溫度調節器[10]的溫度信號輸入端連接。
4. 根據權利要求3所述的維也裡試驗恆溫器，其特徵在於在所述的上安 裝體[13-2]與所述的每個動電極[13-12、 13-11]之間加裝一個微壓彈簧[13-3]。
全文摘要
本發明公開了一種維也裡試驗恆溫器，包括金屬浴腔體、電加熱器、試樣杯支架、支架驅動機構、含有鉑電阻溫度計和溫度調節器的溫度控制器、含有導電環和動電極組的測溫信號導出機構。其主要技術特點是，鉑電阻溫度計直接放置在樣品測試區內；導電環與鉑電阻溫度計的輸出端連接，動電極組與溫度調節器的溫度信號輸入端連接，動電極組的下端與導電環保持良好接觸；當支架驅動機構驅動試樣杯支架轉動時，動電極組在導電環的表面上滑動並將鉑電阻溫度計的阻值傳遞給溫度調節器，以此對電加熱器的加熱電流進行控制，從而實現了直接對樣品放置區的溫度進行實時控制和顯示，滿足維也裡試驗標準要求。本發明控溫精度高，使用方便，成本低。
文檔編號B01L7/00GK101118218SQ200710018620
公開日2008年2月6日 申請日期2007年9月10日 優先權日2007年9月10日
發明者壽光裕, 峰 張, 殷俊蘭, 胡東常, 蘇健軍 申請人:西安近代化學研究所