[發明專利]一種高低溫動態冷熱循環熱力學試驗系統

有效

• 申請號: 201210342923.6
• 申請日: 2012-09-14
• 公開（公告）號: CN102879278A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 杜泓飛;曾攀;雷麗萍
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01N3/18
• 分類號: G01N3/18;G01N3/02
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

技術領域

本發明涉及一種高低溫動態冷熱循環熱力學試驗系統，適用于高低溫環境下材料熱穩態，熱瞬態，冷熱循環等力學性能測試，并能同步測量試樣表面應變場。

背景技術

在航空航天，電子，生物，機械等領域，復雜的服役溫度環境對材料的熱穩態，熱循環，熱疲勞等力學性能提出了很高的要求，同時某些智能材料能在不同溫度及溫度變化率下表現出獨特的熱力學響應特性。因此材料在高低溫交變作用的瞬態力學響應一直是材料熱力學檢測的難點，目前現有技術和相關熱力學試驗產品中無法實現對環境溫度瞬態速率的不間斷精確控制，特別是寬溫度范圍下，實現大變溫速率，溫度線性變化控制，使得材料在長周期溫度高低循環交變作用的瞬態力學響應難以測試。另一方面，DIC（Digital?Image?Correlations,數字圖像相關）全場應變測量是最新的應變測量技術，因其能快速，高精度的測量試樣表面應變場而在近五年得到了飛速發展與應用，但在高溫與低溫下拍攝一直是目前的難點。該技術除了對高低溫環境下的照明條件有特殊的要求外，另一方面高溫產生的熱浪會改變空氣的折射率，同時低溫又會產生霜霧，能對DIC全場應變測量帶來巨大干擾，甚至容易導致測量失敗。

發明內容

為了彌補現有熱穩態環境熱力學試驗系統不具備在熱瞬態和熱循環的缺陷，低溫制冷受到液氮罐容量的限制而無法持續不間斷的供給；同時避免高溫熱浪沖擊和低溫產生霜霧對應變測量帶來的干擾，以及DIC全場應變測量技術較高的照明要求等特點，本發明提供了一種高低溫動態冷熱循環環境熱力學試驗系統，可配合電子萬能試驗機，液壓伺服疲勞試驗機等力學試驗機使用，并可在熱循環期間同步測量試樣表面的應變場變化。

本發明的技術方案如下：

一種高低溫動態冷熱循環熱力學試驗系統，包括試驗箱，箱內照明系統，液氮制冷系統，觀測窗以及系統控制柜，試驗箱由內外腔隔板分隔成內腔體和外腔體，內腔體含有加熱絲和攪風渦輪，隔板上設有出風口和吸風口，其特征在于：該試驗系統還包括雙輸出PID控制器以及DIC全場應變測量儀；所述的液氮制冷系統采用自切換液氮制冷系統，自切換液氮制冷系統包含一號液氮罐和二號液氮罐兩個自增壓液氮罐，在每個液氮罐的輸液閥處分別安裝輸液電磁閥，在每個液氮罐的增壓閥處分別安裝增壓電磁閥，且每個液氮罐底部設有質量傳感器，兩個液氮罐內的液氮分別通過一號液氮輸液管和二號液氮輸液管輸送進入試驗箱；所述的雙輸出PID控制器設置在系統控制柜內，雙輸出PID控制器中一路連接可控硅調節上加熱絲組和下加熱絲組的加熱功率，另一路連接液氮罐上面的輸液電磁閥和增壓電磁閥控制制冷功率；所述的DIC全場應變測量儀置于試驗箱外部的正前方，透過試驗箱箱門上的觀測窗測量試樣的應變場。

本發明的技術特征還在于：所述的加熱絲包括上加熱絲組和下加熱絲組；內外腔隔板自上而下設有第一出風口、第二出風口、第三出風口和第四出風口；第一出風口和第二出風口之間設有上柔性風道調節版，第三出風口和第四出風口之間設有下柔性風道調節版；所述吸風口設置在內外腔隔板的正中間。

本發明的另一技術特征在于：所述的一號液氮輸液管和二號液氮輸液管分別從試驗箱的上下兩個位置伸入內腔，液氮從四個不同角度通過四個噴頭噴向內腔中部的攪風渦輪。

本發明的又一技術特征在于：該試驗系統還包括除霜熱風機；試驗箱箱門正中間的觀測窗由外光學石英玻璃和內光學石英玻璃組成，外光學石英玻璃和外光學石英玻璃中間留出中空的風道；觀測窗下部設有除霜風道入口，觀測窗上部設有除霜風道出口，除霜熱風機通過除霜風道入口與觀測窗連接形成自下而上的除霜風道。本發明所述的箱內照明系統分為兩組，包含前照明裝置和后照明裝置，且每組照明裝置由多個直流照明源組成。

本發明與現有技術相比，具有以下優點及突出性效果：