[發明專利]一種熱震實驗裝置及其實驗方法

有效

• 申請號: 201610035172.1
• 申請日: 2016-01-19
• 公開（公告）號: CN105675429B
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 郇勇;宋凡;邵穎峰;劉薇;董杰;加海友
• 申請（專利權）人: 中國科學院力學研究所
• 主分類號: G01N3/60
• 分類號: G01N3/60
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙)11390
• 代理人: 胡劍輝

技術領域

本發明涉及材料抗熱震性能的實驗設備，具體的說，涉及一種用電磁方式實現精確控時對樣品進行快速冷卻熱震實驗的儀器及實驗方法。

背景技術

材料熱震性能是目前航空發動機、空間飛行器等領域極為關注的問題。對材料進行熱震實驗研究，基本有三種形式：一種是將高溫樣品快速(時間可控)冷卻至低溫；另一種方式是將低溫樣品快速(時間可控)加熱至高溫，第三種是對樣品進行循環加熱-冷卻。使用較多的是第一種方式，這其中最為關鍵的是冷卻前后的溫度差的控制。目前這一參數是通過控制樣品在冷卻液中的冷卻時間來控制。現有技術是通過一種熱震實驗儀實現的，在這種實驗儀中，樣品從設定高度自由落體落下，落入盛放冷卻液的容器中，并由安裝在容器底部的閥門打開控制樣品在底部落出，這樣通過控制樣品下落高度、冷卻液的深度，以控制樣品在冷卻液中的時間即可得到相應的實驗數據。但是該實驗儀在容器底部閥門打開后，冷卻液會和樣品一同下落，影響樣品在冷卻液中實際冷卻時間的估計，造成理論上計算出的熱震時間和實際情況偏差較大。

發明內容

本發明的一個目的是提供一種采用電磁方式進行自動控時的熱震實驗裝置，以實現樣品快速冷卻工況下冷卻時間的精確控制。

本發明的另一個目的是要提供一種電磁熱震實驗裝置的使用方法，以獲取樣品快速冷卻工況下的冷卻時間控制。

特別地，本發明提供一種熱震實驗裝置，包括：

高溫爐，用于對樣品進行加熱至設定溫度，底部設置有釋放所述樣品的閥門；

冷卻池，設置在所述高溫爐的下方，用于通過冷卻液對樣品進行冷卻；

觸發器，設置在所述冷卻液的液面上方，以獲取所述樣品進入所述冷卻液的時間；

樣品轉移機構，用于將落入所述冷卻池內的樣品取出，包括設置在所述冷卻池內用于接住落入所述冷卻液中的樣品的承接部，和用于將所述承接部拉出所述冷卻池的控制部；

控制單元，控制實驗過程并記錄實驗數據，同時提供實驗所需電力。

進一步地，所述高溫爐的閥門與所述冷卻池之間設置有防護樣品下落的通道管。

進一步地，所述冷卻液為水或油。

進一步地，所述觸發器為光電觸發計時器。

進一步地，所述閥門為受所述控制單元控制的電控閥門。

進一步地，所述承接部包括搖臂、固定軸和回復彈簧，所述固定軸穿過所述搖臂的桿身將其活動地固定，所述搖臂的一端形成下凹的漏勺部，并伸入所述冷卻池內，以承接落入冷卻池內的樣品，所述回復彈簧設置在所述固定軸與所述漏勺部之間的所述搖臂的桿身處，用于將所述搖臂的漏勺部限定在所述冷卻池內；

所述控制部包括電磁線圈和銜鐵，所述銜鐵安裝在所述搖臂上與所述漏勺部相對的另一端，所述電磁線圈與所述控制單元連接且位置與所述銜鐵位置對應。

進一步地，還包括箱體，所述箱體用于為各實驗裝置提供安裝空間。

本發明還提供一種前述熱震實驗裝置的使用方法，包括如下步驟：

步驟101，通過控制單元控制高溫爐將樣品加熱至所需溫度，再控制閥門釋放樣品下落至冷卻池中，并由位于冷卻液中的漏勺部承接；

步驟102，當樣品經過觸發器時，觸發器自動打開并將觸發信號傳輸至控制單元；

步驟103，控制單元在接到觸發器的信號后，按照預設時間值開始計時，待時間達到預設時間值后，控制樣品轉移機構的電磁線圈吸合搖臂上的銜鐵，搖臂克服回復彈簧的拉力，以固定軸為支點將漏勺部抬出冷卻池；

步驟104，取出漏勺部上的樣品，并通過控制單元控制電磁線圈釋放銜鐵，搖臂在復位彈簧的拉力下回至冷卻池中，完成整個實驗過程。

進一步地，所述樣品在落入所述冷卻池的冷卻液內時，其不同部位的冷卻時間差t采用如下公式計算：

t＝L/(2gh)^0.5

其中，L為樣品的高度，h為冷卻液面至高溫爐閥門的距離，g為重力加速度。

進一步地，所述樣品在所述高溫爐加熱至指定溫度時，在該溫度下靜置一定時間以使樣品受熱均勻后再釋放。

本發明的熱震實驗裝置能夠使樣品即時離開冷卻環境，從而達到了精確控制實驗時間的目的，且不會產生冷卻液粘連樣品的問題。整套儀器全密封設計，無污染，安全可靠，經濟實惠，具有很好的推廣應用價值。

本發明的實驗方法由于采用電磁方式控制樣品轉移，具有反應快的特點，因此可以在快速冷卻熱震實驗中很好地控制冷卻時間。

附圖說明

圖1是根據本發明一個實施例的熱震實驗裝置結構示意圖；