[發(fā)明專利]用于多場耦合原位實驗儀的圍壓溫控一體系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210150898.5
• 申請日: 2022-02-18
• 公開（公告）號: CN114526983B
• 公開（公告）日: 2023-02-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 雷亮;姜英博
• 申請（專利權(quán)）人: 西湖大學(xué)
• 主分類號: G01N3/02
• 分類號: G01N3/02;G01N3/06;G01N3/08;G01N15/08;G01B15/04;G01B15/06;F25B21/02;H05K7/20
• 代理公司: 杭州匯和信專利代理有限公司 33475
• 代理人: 薛文玲

本發(fā)明涉及用于多場耦合原位實驗儀的圍壓溫控一體系統(tǒng)，該方案包括中空設(shè)置的壓力室、圍壓循環(huán)系統(tǒng)及溫控系統(tǒng)；壓力室內(nèi)設(shè)有樣品套，該樣品套與壓力室內(nèi)壁之間設(shè)有導(dǎo)流管，通過該導(dǎo)流管將壓力室內(nèi)樣品套之外的空間進(jìn)一步分為內(nèi)腔和外腔；圍壓循環(huán)系統(tǒng)包括與壓力室底部連接的底座、設(shè)于該底座上的離心泵及與該離心泵連通的圍壓循環(huán)管路，圍壓循環(huán)管路從底座出發(fā)依次經(jīng)過導(dǎo)流管內(nèi)腔和導(dǎo)流管外腔，再回到離心泵；底座上還設(shè)有與圍壓循環(huán)管路通過高壓管連通的接頭；溫控系統(tǒng)設(shè)于底座上，且該溫控系統(tǒng)包括主動溫控組件和水溫溫控組件。本申請通過圍壓循環(huán)系統(tǒng)和溫控系統(tǒng)的結(jié)合，可以實現(xiàn)對圍壓液溫度的精確控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及原位實驗儀設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于多場耦合原位實驗儀的圍壓溫控一體系統(tǒng)。

背景技術(shù)

基于CT掃描技術(shù)的多場耦合原位實驗儀可以給樣品施加軸壓、圍壓及孔壓以控制樣品受力狀態(tài)，通過控制進(jìn)出口孔壓/流量測量樣品滲流特性，調(diào)控樣品溫度，并利用CT成像技術(shù)分析樣品應(yīng)變及形狀變化，從而分析樣品的力學(xué)、滲流和其他物理性質(zhì)。

然而目前的原位實驗儀有些環(huán)流結(jié)構(gòu)和圍壓分開設(shè)置，設(shè)計復(fù)雜且影響CT掃描的圖像質(zhì)量；有些缺少環(huán)流結(jié)構(gòu)，存在溫度控制困難的問題，導(dǎo)致樣品內(nèi)部溫度不均勻性大，嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)可信度，同時具有環(huán)流結(jié)構(gòu)的原位實驗儀在CT掃描中樣品需要旋轉(zhuǎn)360度，接頭和管道需要經(jīng)受扭轉(zhuǎn)作用力及承受變形。

因此，亟待開發(fā)一種能夠精準(zhǔn)控制樣品溫度的圍壓溫控一體系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，提供了用于多場耦合原位實驗儀的圍壓溫控一體系統(tǒng)。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：用于多場耦合原位實驗儀的圍壓溫控一體系統(tǒng)包括中空設(shè)置的壓力室，還包括用于對壓力室提供圍壓的圍壓循環(huán)系統(tǒng)和用于對圍壓循環(huán)系統(tǒng)中的圍壓液實現(xiàn)溫度控制的溫控系統(tǒng)；

壓力室內(nèi)設(shè)有樣品套，該樣品套與壓力室內(nèi)壁之間設(shè)有導(dǎo)流管，通過該導(dǎo)流管將壓力室內(nèi)樣品套之外的空間進(jìn)一步分為內(nèi)腔和外腔；

圍壓循環(huán)系統(tǒng)包括與壓力室底部連接的底座、設(shè)于該底座上的離心泵及與該離心泵連通的圍壓循環(huán)管路，圍壓循環(huán)管路從底座出發(fā)依次經(jīng)過導(dǎo)流管內(nèi)腔和導(dǎo)流管外腔，再回到離心泵，以配合溫控系統(tǒng)實現(xiàn)對樣品套內(nèi)的樣品溫度進(jìn)行精準(zhǔn)控制，同時對樣品套施加圍壓；

底座上還設(shè)有與圍壓循環(huán)管路通過高壓管連通的接頭，以使得能夠通過接頭接入高壓圍壓液給圍壓循環(huán)管路提供30MPa的高圍壓；

溫控系統(tǒng)，該溫控系統(tǒng)設(shè)于底座上，且該溫控系統(tǒng)包括主動溫控組件和水溫溫控組件；主動溫控組件通電能夠?qū)Φ鬃鶅?nèi)的圍壓循環(huán)管路實現(xiàn)加熱和冷卻操作；水溫溫控組件通過通入低壓冷卻液能夠?qū)鷫貉h(huán)管路實現(xiàn)加熱和冷卻操作。

工作原理及有益效果：1、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請通過圍壓循環(huán)系統(tǒng)和溫控系統(tǒng)的結(jié)合，可以實現(xiàn)對圍壓液溫度的精確控制，而且不需要在壓力室上設(shè)置接頭，如此進(jìn)一步減小了壓力室外徑，使得X射線源和接收器可以距離樣品很近，從而提高了圖像質(zhì)量；

2、現(xiàn)有技術(shù)的圍壓循環(huán)系統(tǒng)存在增加系統(tǒng)復(fù)雜度以及CT掃描中的高壓系統(tǒng)失效風(fēng)險，因為CT掃描中樣品需要旋轉(zhuǎn)360度，接頭和管道需要經(jīng)受扭轉(zhuǎn)作用力及承受變形。而本申請將圍壓循環(huán)系統(tǒng)的管路設(shè)置于壓力室等部件的內(nèi)部，如此就不存在變形問題，結(jié)構(gòu)緊湊，同時能夠減少接頭數(shù)量，提高能量利用效率，且圍壓管線周圍不需要保溫措施，提供圍壓的高壓泵可以設(shè)置在CT掃描室之外，避免X射線對電子設(shè)備造成的損傷。

進(jìn)一步地，壓力室的上下兩端分別通過卡扣件連接壓力室上蓋和壓力室下蓋，壓力室下蓋底部連接底座，以使得圍壓循環(huán)管路能夠連通壓力室。