一種材料萬能試驗機的環境箱的製作方法
2023-07-19 23:49:21
一種材料萬能試驗機的環境箱的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種材料萬能試驗機的環境箱，涉及材料低溫環境模擬與性能測試技術領域。所述環境箱包括箱體和支架，所述箱體固定在支架上便於箱體位移和升降調節；氣化散熱器和吹掃管路組成乾燥氮氣吹掃系統，兩個Pt電阻測溫傳感器、一個溫控儀表、一個控制器、一個杜瓦罐及液氮管路組成製冷制熱控制系統。本實用新型提出了箱體微正壓控制和乾燥氣體吹掃兩種方法解決低溫結霜、除霧的問題；通過電動式升降支架，實現環境箱的大行程升降功能，從而提高環境箱對不同試驗機的適應性。
【專利說明】
一種材料萬能試驗機的環境箱
技術領域
[0001]本實用新型涉及材料低溫環境模擬與性能測試技術領域。具體地說，是指一種材料萬能試驗機的環境箱。
【背景技術】
[0002]材料低溫性能測試技術是隨著結構材料在低溫或深冷環境中使用需求而逐漸發展起來的，其核心是提供一個精準可控的低溫測試環境。目前獲取低溫的方式主要有兩種:一、採用壓縮機製冷，該方法經濟而穩定，可獲得_40°C的恆定溫度;二、採用液態氣體製冷，如液氮可獲得-196°C的溫度，液氬可獲得-269°C的極限溫度。其中，採用液氮製冷是獲取理想低溫的常用方法。它在製冷溫度需求和經濟性之間可以得到較好的平衡。
[0003]對於低溫測試技術，除了能夠模擬較好的低溫環境之外，環境箱還需能夠儘量滿足低溫下材料性能數據採集的需求。如低溫引伸計、聲發射、超聲檢測、非接觸式應變測量裝置等。配合該類裝置對材料性能的順利採集，需解決箱體內部傳感器信號導出、箱體內部空氣除霧、箱體觀察窗及樣品表面除霜等由低溫引發的系列問題。
【實用新型內容】
[0004]針對低溫下的多種測試問題，本實用新型提出了箱體微正壓控制和乾燥氣體吹掃兩種方法解決低溫結霜、除霧的問題。通過電動式升降支架，實現環境箱的大行程升降功能，從而提高環境箱對不同試驗機的適應性。
[0005]本實用新型首先提供一種材料萬能試驗機的環境箱，所述的環境箱包括箱體和支架，所述箱體固定在支架上，便於調整箱體的位移和高度等參數。所述箱體為立方體結構，在箱體外面，前面設置隔熱門，隔熱門上設置觀察窗口 ；後面設置氮氣排氣口，用於箱體內外空氣連通;後上方設置混氣裝置、蜂窩狀熱交換裝置和液氮噴嘴，用於為箱體內環境提供氣化液氮;上下表面開有U型孔，用於試驗及家具裝卸和加載;側面設置有BNC轉接接頭，用於連接箱體內的無損檢測探頭和箱體外的檢測設備。在箱體內部，前後各設有照明裝置，底部設有液體留置槽，同時還設有電熱絲，所述照明裝置和電熱絲均與箱體外的控制器連接。
[0006]所述環境箱還包括氣化散熱器、吹掃管路、兩個Pt電阻測溫傳感器、一個溫控儀表、一個控制器、一個杜瓦罐及液氮管路。所述的氣化散熱器和吹掃管路組成乾燥氮氣吹掃系統，氣化散熱器一端與杜瓦罐氣化輸出端相連通，另一端通過吹掃管路與箱體內部連通。所述的兩個Pt電阻測溫傳感器、一個溫控儀表、一個控制器、一個杜瓦罐及液氮管路組成製冷制熱控制系統，所述杜瓦罐內儲存液氮;所述液氮管路的一端連接杜瓦罐的液氮出口端，另一端連接箱體液氮噴口，為箱體內部提供液氮。在所述的液氮管路上設置有電磁閥，電磁閥與控制器連接，電磁閥根據箱體內溫度的變化自動開啟或關閉，用於控制液氮的流量。所述兩個Pt電阻測溫傳感器，一個捆綁於試樣表面，另一個懸置於箱體內，分別用於測量箱體內試樣溫度和環境溫度。所述溫控儀錶帶有PID溫度調節控制功能，所述的兩個Pt電阻測溫傳感器的引線均通過氮氣排氣口引出並連接於製冷制熱控制系統的溫控儀表的傳感器接線端子上。控制器與溫控儀表相互通訊。
[0007]本實用新型的優點在於:
[0008]模擬恆定的低溫環境是進行材料低溫性能測試的前提條件，在低溫下儘可能的滿足一些非常規測試設備的測試要求可大大降低材料數據獲取的難度，提升一次實驗過程中獲取的材料性能數據量。
【附圖說明】
[0009]圖1為本實用新型所述環境箱的箱體的外觀結構示意圖。
[0010]圖2為本實用新型所述箱體支架示意圖。
[0011 ]圖3為本實用新型製冷制熱控制系統及乾燥氮氣吹掃系統示意圖。
[0012]圖4為本實用新型所述環境箱體和箱體支架組裝結構示意圖。
[0013]圖中:
[0014]I.箱體；2.支架;101.隔熱門;102.觀察窗口； 103.混氣裝置；104.電熱絲;201.懸臂梁;202.萬向腳輪;203.電動升降裝置；
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖及實施例進一步詳細描述本實用新型。
[0016]本實用新型提供一種材料萬能試驗機的環境箱，如圖4所示，所述的環境箱包括箱體I和支架2，還包括用於進行試驗的製冷制熱控制系統和乾燥氮氣吹掃系統。
[0017]如圖1所示，所述箱體I為不鏽鋼密封的立方體結構，箱體長、寬、高各不超過700mm ；箱體I為鈑金焊接結構，箱體I壁厚約50_，箱體壁內部為真空保溫結構。
[0018]所述箱體I前部設置有取送試樣的隔熱門101，隔熱門101上以及箱體I後面均設置有一個用於觀察試樣的觀察窗口 102，觀察窗口 102採用真空雙層玻璃進行隔熱處理，玻璃為光學拋光。隔熱門101與箱體I之間使用鉸鏈連接，隔熱門101與箱體I之間採用麻布和矽橡膠進行隔熱密封。
[0019]所述箱體I後部還設有一個氮氣排氣口。所述的氮氣排氣口將箱體I與大氣直接連通。
[0020]箱體內部設有一個電熱絲104，電熱絲104與控制器連接，根據控制器的控制指令信號加熱箱體內部空氣。
[0021]所述環境箱體I的上下面各開有一個方便試驗機夾具裝卸和加載的U型孔，所述的U型孔採用抽拉式的真空絕熱擋板密封，所述真空絕熱擋板與箱體I之間通過柔性海綿密封。
[0022]所述箱體I側面設有3個BNC轉接接頭，箱體外表面為三個公頭，箱體內部對應位置表面為三個公頭，內外表面的接頭彼此間一一對應連接。
[0023]所述箱體I後方上部設有混氣裝置103、蜂窩狀熱交換裝置和液氮噴嘴，所述蜂窩狀熱交換裝置和液氮噴嘴分別位於混氣裝置103的前端和後端。液氮噴嘴噴出的液氮，首先進入混氣裝置103與空氣充分混合併霧化，霧化後的液氮通過蜂窩狀熱交換裝置，蜂窩狀熱交換裝置能夠加速氮氣的氣化並促進環境降溫。所述的液氮噴口通過電磁閥依據溫度自動控制液氮噴出量。所述的電磁閥與控制器連接。
[0024]所述箱體I內部，在前後各設有一個照明裝置，照明裝置用於試樣前後表面的照明；底部設有井字狀的液體留置槽，防止未揮發的液氮從箱體底部流出。
[0025]如圖2所示，所述箱體I的支架2為懸臂梁結構，用於支撐箱體I，箱體I放置於懸臂梁201之上並固定;所述支架2配有四個帶制動的萬向腳輪202;所述支架2配有電動渦輪蝸杆電動升降裝置203，升降行程為500mm。
[0026]如圖3所示，所述製冷制熱控制系統包括:兩個Pt電阻測溫傳感器、一個溫控儀表、一個控制器、一個杜瓦罐及液氮管路。
[0027]所述杜瓦罐內儲存液氮。所述液氮管路的一端連接杜瓦罐的液氮出口端，另一端連接箱體I後方混氣裝置103後端的液氮噴口，為箱體I內部提供液氮。在所述的液氮管路上設置有電磁閥，電磁閥與控制器連接，電磁閥根據箱體內溫度的變化自動開啟或關閉，用於控制液氮的流量。所述兩個Pt電阻測溫傳感器，一個捆綁於試樣表面，另一個懸置於箱體I內，分別用於測量箱體內試樣溫度和環境溫度，以試樣溫度控溫為主。所述溫控儀錶帶有PID溫度調節控制功能，所述的兩個Pt電阻測溫傳感器的引線均通過氮氣排氣口引出並連接於製冷制熱控制系統的溫控儀表的傳感器接線端子上。所述控制器帶有溫度、時間的數據採集與整理顯示功能，以及與溫控儀表交換控溫信號的功能。控制器與溫控儀表相互通訊，可實現溫度、時間的實時數據採集，同時將溫控儀表的控制信號經過功率放大後輸出到電磁閥，從而控制電磁閥的自動開啟或關閉。
[0028]製冷制熱系統的工作原理為:所述的溫控儀表通過Pt電阻測溫傳感器對箱體I內的環境溫度和試樣溫度進行採集，並將採集的溫控信號發送到控制器中，製冷時，控制器向電磁閥發送開啟信號，驅動電磁閥的開啟，杜瓦罐中的液氮通過液氮管路進入箱體，利用液氮的氣化吸熱作用實現製冷;制熱時，控制器向電磁閥發送關閉信號，驅動電磁閥關閉，向箱體內的電熱絲104發送驅動信號，驅動電熱絲104工作，實現對箱體I內空氣的加熱。
[0029]所述乾燥氮氣吹掃系統包括氣化散熱器和吹掃管路兩部分;所述氣化散熱器為一系列串聯的帶有鰭片的S型管路，所述S型管路一端為氣化散熱器的入口端，與杜瓦罐氣化輸出端相連通，另一端為氣化散熱器的出口端，通過吹掃管路與箱體I內部連通。所述吹掃管路上設置有流量閥，用於控制氮氣的流量。所述吹掃管路上與箱體I內部連通的一端為帶有氮氣吹掃噴嘴的柔性金屬管，所述的氮氣吹掃噴嘴布置於箱體前後觀察窗口附近，用於對觀察窗進行除霧。
[0030]以低溫拉伸實驗為例，詳細說明採用本實用新型的環境箱進行檢測的過程如下:
[0031]步驟1:如圖4，將環境箱的箱體I放置於支架2的懸臂梁201上，以螺絲固定;將箱體I上下密封U型孔的真空絕熱擋板取下；開啟支架2上的渦輪蝸杆電動升降裝置203，調節箱體I的高度，以適應試驗機臺架的高度要求；
[0032]步驟2:將試驗機所需的試樣加載夾具安裝好；
[0033]步驟3:鬆開支架2的萬向腳輪202制動，推動支架2，使箱體I移動至試驗機的龍門框架中；調整箱體I的位置，使試驗機的上下夾具進入箱體I的上下U型孔內，並儘量使夾具的拉伸軸與U型孔圓弧圓心對正；
[0034]步驟4:裝卡試樣，將Pt電阻測溫傳感器捆綁於試樣表面，將另一個Pt電阻測溫傳感器懸置與箱體I中，引線通過氮氣排氣口引出連接於製冷制熱控制系統的溫控儀表的傳感器接線端子上;安裝真空絕熱擋板；
[0035]步驟5:將杜瓦罐的液氮出口端通過液氮管路與箱體I的液氮噴口相連接；
[0036]步驟6:將杜瓦罐的氣化輸出端與氣化散熱器的入口端通過球閥相連接;將吹掃管路的末端的氮氣吹掃噴嘴固定於箱體前的觀察窗口一側，目的是防止結霜後無法觀察到箱體內的試樣。
[0037]步驟7:將必要的無損檢測探頭通過彈簧卡具固定於試樣表面;無損檢測探頭的信號線通過BNC轉接接頭連接於箱體內壁的BNC轉接接頭上，再使用BNC跳線從箱體外部的BNC轉接接頭連接於檢測設備之上；
[0038]步驟8:關閉環境箱的隔熱門101;
[0039]步驟9:開啟照明系統;將非接觸表面變形測試系統的相機架設於箱體前後的玻璃觀察窗口前，調整好焦距等測試準備工作；
[0040]步驟10:開啟杜瓦罐的液氮出口端;開啟製冷制熱控制系統，設定好預設溫度開始降溫；
[0041]步驟11:開啟杜瓦罐的氣化輸出端，進行氮氣吹掃；
[0042]步驟12:待達到預設溫度並保溫一定時間後，開啟試驗機的機械加載;加載過程中記錄所有所需的測試數據。
【主權項】
1.一種材料萬能試驗機的環境箱，其特徵在於:所述的環境箱包括箱體和支架，所述箱體固定在支架上;所述箱體為立方體結構； 在箱體表面，前面設置隔熱門，隔熱門上設置觀察窗口 ；後面設置另一個觀察窗口和氮氣排氣口 ；後上方設置混氣裝置、蜂窩狀熱交換裝置和液氮噴嘴;上下表面開有U型孔;側面設置有BNC轉接接頭； 在箱體內部，前後各設有照明裝置，底部設有液體留置槽，同時還設有電熱絲，所述照明裝置和電熱絲均與箱體外的控制器連接； 所述環境箱還包括氣化散熱器、吹掃管路、兩個Pt電阻測溫傳感器、一個溫控儀表、一個控制器、一個杜瓦罐及液氮管路； 所述的氣化散熱器和吹掃管路組成乾燥氮氣吹掃系統，氣化散熱器一端與杜瓦罐氣化輸出端相連通，另一端通過吹掃管路與箱體內部連通； 所述的兩個Pt電阻測溫傳感器、一個溫控儀表、一個控制器、一個杜瓦罐及液氮管路組成製冷制熱控制系統，所述杜瓦罐內儲存液氮;所述液氮管路的一端連接杜瓦罐的液氮出口端，另一端連接箱體液氮噴口，為箱體內部提供液氮;所述兩個Pt電阻測溫傳感器，一個捆綁於試樣表面，另一個懸置於箱體內，所述的兩個Pt電阻測溫傳感器的引線均通過氮氣排氣口引出並連接於溫控儀表的傳感器接線端子上;控制器與溫控儀表相互通訊。2.根據權利要求1所述的一種材料萬能試驗機的環境箱，其特徵在於:在所述的液氮管路上設置有電磁閥，電磁閥與控制器連接。3.根據權利要求1所述的一種材料萬能試驗機的環境箱，其特徵在於:所述隔熱門與箱體之間採用麻布和矽橡膠進行隔熱密封。4.根據權利要求1所述的一種材料萬能試驗機的環境箱，其特徵在於:所述支架為懸臂梁結構，所述支架配有四個帶制動的萬向腳輪和一個電動渦輪蝸杆電動升降裝置，升降行程為500mm。5.根據權利要求1所述的一種材料萬能試驗機的環境箱，其特徵在於:所述氣化散熱器為一系列串聯的帶有鰭片的S型管路，所述S型管路一端為氣化散熱器的入口端，與杜瓦罐氣化輸出端相連通，另一端為氣化散熱器的出口端，通過吹掃管路與箱體內部連通;所述吹掃管路上設置有流量閥;所述吹掃管路上與箱體內部連通的一端為帶有氮氣吹掃噴嘴的柔性金屬管，所述的氮氣吹掃噴嘴布置於箱體前後觀察窗口附近，用於對觀察窗進行除霧。
【文檔編號】G01N33/00GK205692071SQ201620647582
【公開日】2016年11月16日
【申請日】2016年6月27日 公開號201620647582.7, CN 201620647582, CN 205692071 U, CN 205692071U, CN-U-205692071, CN201620647582, CN201620647582.7, CN205692071 U, CN205692071U
【發明人】宋明, 翟建明, 徐彤, 壽比南
【申請人】中國特種設備檢測研究院