一種電加熱爐及其溫控系統的製作方法
2023-11-06 05:08:37
技術領域
本發明屬於材料性能測試領域，特別是涉及一種用於金屬材料和高分子材料高溫力學性能測試的電加熱爐及其溫控系統。
背景技術：
在現代材料領域中，高分子材料具有獨特的分子結構和易改性易加工的性能，金屬合金材料，如不鏽鋼、鋁合金、鈦合金等，具有較高的強度、塑性和化學穩定性，因而都被廣泛應用於醫療設備、航天航空設備、汽車以及日用生活品之中。但是無論是高分子材料還是金屬合金材料，其強度和塑性都會隨著環境溫度的變化而發生顯著的變化，研究如何提高這些材料高溫強度的方法已經成為當今材料研究的主要課題。而研究針對高分子材料和金屬材料力學性能測試的材料試驗機具有重要的意義。
一般高校和企業在做材料高溫力學性能測試時所使用的加熱裝置，都是與專門的材料試驗機相配套、相嵌套的設備，設備購置費用高昂，而且通用性差，不能同時適用於金屬材料和高分子材料的高溫力學性能測試。本發明克服了以上缺點，可用於金屬材料試樣在恆定25~500℃下抗拉強度、蠕變性能的測試，也可用於高分子材料試樣在恆定25~250℃下抗拉強度的測試。本發明的電加熱裝置由於不受拉伸試樣形狀和大小、材料試驗機類型的限制，因而具有使用範圍廣、通用性好，設備製造簡單、價格低廉的特點。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是，提供一種用於金屬材料和高分子材料高溫力學性能測試的電加熱爐及其溫控系統，可用於金屬材料試樣在恆定25~500℃下抗拉強度、蠕變性能的測試，也可用於高分子材料試樣在恆定25~250℃下抗拉強度的測試。
本發明為解決上述技術問題而採用的技術方案是，提供一種用於材料高溫力學性能測試的電加熱爐及其溫控系統，包括電加熱爐、溫度控制器、電源線等構成。電加熱爐由上蓋、筒體、電熱絲、熱電偶及其引出線、升降支架、石棉組成；纏繞石棉線的電熱絲繞在筒體內部形成加熱空間，熱電偶由筒體頂部插入到加熱空間，電加熱爐筒體和電熱絲之間填有保溫石棉，升降支架由緊固螺釘固定在筒體的底部以調整加熱爐的高度。
進一步地，所述電加熱爐的電熱絲，功率為150W~300W。
進一步地，所述電加熱爐的熱電偶及其引出線，其中熱電偶的直徑為Φ3~5mm、長度為200~300mm、分度號為K的不鏽鋼鎧裝熱電偶。
進一步地，所述電加熱爐的筒體，直徑為Φ150~200mm、高度為130~180mm，由0.3~0.5mm金屬板加工而成。筒體中心圓孔的直徑為Φ30~50mm。
進一步地，所述電加熱爐的升降支架，其直徑為Φ10~14mm，長度為50~100mm，可通過升降支架調整的高度為20~100mm。
進一步地，所述溫度控制器，為接K熱電偶的普通數顯式溫度控制器，其測量與控制的溫度範圍為0~500℃。
有益效果
1、本發明的技術方案是將拉伸試樣穿過電加熱爐的中心圓孔安裝在材料試驗機的夾具上，可通過調節電加熱爐底部的三個升降支架調整爐體的高度，與現有技術相比，本發明的電加熱裝置不受拉伸試樣形狀和大小的限制，使用簡單方便；2、本發明的電加熱裝置不需與材料試驗機直接嵌套，可自由調節位置，因而不受材料試驗機類型的限制，具有使用範圍廣、通用性好的特點。3、本發明由於選用了普通材料製作成電加熱裝置，裝置結構簡單，因而具有設備製造簡單、造價低廉的特點。
附圖說明
圖1為本發明的電加熱爐整體結構示意圖；
圖2為本發明的電加熱爐及其溫控系統示意圖。
圖中：1上蓋；2筒體；3提手；4電源線；5熱電偶及其引出線；6電熱絲
7石棉；8緊固螺釘；9升降支架；10夾具；11電加熱爐；12拉伸試樣；13溫度控制器。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的描述。
請參見圖1~圖2，本發明提供的電加熱爐及其溫控系統，是用於金屬材料和高分子材料高溫力學性能測試，包括電加熱爐11、溫度控制器13、電源線4及熱電偶引出線5等構成。電加熱爐由上蓋1、筒體2、熱電偶及其引出線5、電熱絲6、石棉7、升降支架9等組成，在電加熱爐筒體和電熱絲之間填有保溫石棉，電加熱爐由緊固螺釘8固定在升降支架上。熱電偶及其引出線5和電加熱爐的電源線4分別與溫度控制器的相應接線端連接。
下面描述本發明的加工過程：
選用公知的厚度為0.3~0.5mm的鋼、不鏽鋼、鋁合金等金屬製作成電加熱爐筒體及上蓋，如圖1。然後再將纏繞石棉線的150~300W的電熱絲繞在筒體內部，形成類似球形的加熱空間，安裝熱電偶、升降支架和提手，連接電源線，完成電加熱爐的製作。如圖2，再將熱電偶的引出線和電加熱爐的電源線分別接入到溫度控制器的相應接線端，完成溫控系統的安裝，最終完成電加熱爐及其溫控系統的整體連接。
下面描述本發明的使用過程：
將拉伸試樣12穿過電加熱爐11的中心圓孔安裝在材料試驗機的夾具10上；通過調節電加熱爐底部三個升降支架9調整爐體的高度，使金屬拉伸試樣處於加熱爐的中央位置；打開溫度控制器13的電源開關，設定控制溫度的數值，開始升溫；加熱溫度到達設定溫度值，開始保溫，並記錄保溫時間；到達設定的保溫時間，開啟材料試驗機進行拉伸試驗。
所述的拉伸試樣長度為25~50mm；所述的拉伸試驗包括金屬材料試樣在恆溫下測試其抗拉強度和蠕變性能、高分子材料試樣在恆溫下測試其抗拉強度；所述的溫度控制器設定控制溫度為25~250℃。
下面以拉伸試樣為Φ5mm×25mm的標準金屬拉伸試樣及標準塑料拉伸試樣為例，進一步說明本發明的具體實施方式：
實施例1
本實施例中，拉伸試樣為Φ5mm×25mm的標準鎂合金拉伸試棒，在XWW-20型電子萬能材料試驗機上進行抗拉強度測試, 拉伸速度為1 mm/min，設定升溫速度為5℃/min，控制溫度為 175℃。在到達設定的控制溫度下保溫20min後開始拉伸試驗。加熱爐的電熱絲為300W，採用了分度號為K、直徑Φ3mm、長度200mm的不鏽鋼鎧裝熱電偶，爐體直徑Φ175mm，高度150mm。
實施例2
本實施例中，拉伸試樣為Φ5mm×25mm的標準塑料拉伸試樣，在XWW-20型電子萬能材料試驗機上進行抗拉強度測試, 拉伸速度為1 mm/min，設定升溫速度為2℃/min，控制溫度為 50℃。在到達設定的控制溫度下保溫15min後開始拉伸試驗。加熱爐的電熱絲為150W，採用了分度號為K、直徑Φ3mm、長度150mm的不鏽鋼鎧裝熱電偶，爐體直徑Φ150mm，高度120mm。
實施例3
本實施例中，拉伸試樣為Φ5mm×25mm的標準鋁合金拉伸試樣，在XWW-20型電子萬能材料試驗機上進行抗拉強度測試, 拉伸速度為1 mm/min，設定升溫速度為5℃/min，控制溫度為 150℃。在到達設定的控制溫度下保溫15min後開始做蠕變試驗。加熱爐的電熱絲為300W，採用了分度號為K、直徑Φ3mm、長度200mm的不鏽鋼鎧裝熱電偶，爐體直徑Φ175mm，高度150mm。
以上實施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本發明的保護範圍。