專利名稱：六面頂壓機(jī)密閉合成腔內(nèi)的溫度測控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種高壓密閉腔體內(nèi)的溫度測控裝置，具體為一種六面 頂壓機(jī)密閉合成腔內(nèi)的溫度測控裝置。(二) 背景技術(shù)六面頂壓機(jī)是一種通過液壓系統(tǒng)控制下的六個(gè)活塞，同步推動六個(gè)硬質(zhì) 合金頂錘從上下左右前后六個(gè)方向?qū)铣蓧K施加壓力、在合成塊內(nèi)部產(chǎn)生高 壓的設(shè)備。六個(gè)頂錘的正方形錘面合圍形成合成腔。合成塊通常為正方體。合成塊主要包括兩大部分芯料和傳壓介質(zhì)。芯料是指生產(chǎn)或試驗(yàn)中需要進(jìn)行高溫高壓處理的材料。芯料內(nèi)部組裝較 為復(fù)雜，可能由很多層不同的材料組成。通常芯料處于合成塊中心位置，其 外部形狀為圓柱體，兩端各有一導(dǎo)電圈，芯料內(nèi)部的發(fā)熱體通過導(dǎo)電圈與相對的兩個(gè)加熱頂錘接觸，發(fā)熱體經(jīng)頂錘通以低壓(低于36v)大電流(10A以上)，以產(chǎn)生高溫。包裹在芯料外部與頂錘直接接觸的特殊固態(tài)物質(zhì)層為傳壓介質(zhì)，多采用 葉蠟石。傳壓介質(zhì)的初始外部形狀為適合合成腔大小的正方體，中間有承放芯料的中空圓柱腔。傳壓介質(zhì)的主要作用有三個(gè)a. 將頂錘施加的壓力均勻地傳給芯料，因此要求傳壓介質(zhì)本身具有一定的流動性并且受壓體積變化比小。b. 在受壓狀態(tài)下，在六個(gè)頂錘面相互交匯的縫隙處，即合成塊立方體的十二條棱邊處形成致密的密封邊，保證合成腔內(nèi)物質(zhì)不會從頂錘交匯處的 縫隙突然擠出，為此要求傳壓介質(zhì)的內(nèi)摩擦系數(shù)較大，使之能密封住合成腔 內(nèi)的物質(zhì)。c. 在通電加熱的情況下起絕緣作用，保證加熱電流只能從加熱頂錘兩端通過芯料內(nèi)的發(fā)熱體形成加熱電流，為此要求傳壓介質(zhì)絕緣性能良好。工業(yè)生產(chǎn)上，通常采用傳統(tǒng)的恒功率或者恒電流方式控制加熱，由于芯 料在高溫高壓合成過程中，物料的結(jié)構(gòu)性能在不斷變化，合成腔體內(nèi)的電阻 也在不斷變化，無法保證腔體內(nèi)溫度場的穩(wěn)定，明顯制約合成的質(zhì)量和產(chǎn)量。
但目前直接檢測合成腔內(nèi)部溫度有相當(dāng)?shù)睦щy。 一般的測溫元件難以在 高溫高壓合成腔內(nèi)正常工作，特別是測溫元件的信號線引出時(shí)要通過合成塊 的密封邊，破壞了密封邊的密封性，使之密封性能下降，容易造成高壓下合 成塊邊緣密封失效，導(dǎo)致放炮和頂錘損壞，存在安全隱患。另外在合成腔內(nèi) 的信號導(dǎo)線容易在高壓下?lián)p壞，或者被頂錘擠壞，導(dǎo)線絕緣外皮非常容易在 高溫下老化損壞，導(dǎo)致信號線受干擾或者短路，影響信號讀取。因此目前六 面頂?shù)纳a(chǎn)試驗(yàn)中，難于對高壓密閉腔體內(nèi)溫度進(jìn)行測量?，F(xiàn)有一些六面頂?shù)臏乜叵到y(tǒng)是在頂錘表面及周邊貼裝測溫傳感器，采用 一系列數(shù)學(xué)模擬方法，經(jīng)計(jì)算間接得到合成腔內(nèi)的溫度。由周邊溫度推算的 合成腔內(nèi)溫度，誤差大，且計(jì)算繁復(fù)，所需設(shè)施成本高，目前還存在較多缺 陷，難以實(shí)際應(yīng)用。為了確切掌握合成腔體內(nèi)溫度實(shí)時(shí)變化情況，了解合成物質(zhì)在高溫高壓 下的變化規(guī)律，合理控制合成腔內(nèi)的溫度，則需要直接測控合成腔內(nèi)溫度的魅晉 衣且。(三)實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種六面頂壓機(jī)密閉合成腔內(nèi)的溫度測控裝 置，在合成腔內(nèi)安裝熱電偶，通過頂錘傳遞熱電偶的電信號，頂錘和機(jī)架絕 緣，保證信號的完整。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的六面頂壓機(jī)合成腔內(nèi)的溫度測控裝置，包括液壓系統(tǒng) 控制的六個(gè)活塞同步驅(qū)動的六個(gè)頂錘，大墊塊、小墊塊及鋼環(huán)等機(jī)構(gòu)組裝構(gòu) 件；六個(gè)頂錘正方形錘面合圍形成高壓密閉合成腔；與頂錘頂面相配合的處 于合成腔中的正方體合成組裝塊，及溫度傳感器。合成組裝塊外部為正方體 傳壓介質(zhì)，中心位置為圓柱形芯料，芯料內(nèi)有發(fā)熱體，芯料圓柱兩端各有一 與發(fā)熱體連接的導(dǎo)電圈，頂錘擠壓合成組裝塊時(shí)，芯料兩端的導(dǎo)電圈與相對 應(yīng)的兩個(gè)加熱頂錘接觸。合成組裝塊未與加熱頂錘接觸的二相對面中心之間 有通孔，通孔的中心線與芯料圓柱體的中心線垂直，且通孔通過芯料的圓柱 體，通孔內(nèi)放置絕緣陶瓷管，溫度傳感器插在陶瓷管內(nèi)，溫度傳感器兩端與 位于合成組裝塊表面的導(dǎo)電片相接。與合成組裝塊裝有溫度傳感器導(dǎo)電片的 二相對表面相接的頂錘及墊塊與機(jī)架之間絕緣，保證信號的傳遞。從密閉高 壓合成腔外部與該二頂錘固連且導(dǎo)通的鋼環(huán)上引出溫度信號線，與溫度測控 系統(tǒng)相連接。 溫度傳感器處于合成組裝塊的合成腔中，陶瓷管將溫度傳感器與合成腔 內(nèi)物質(zhì)完全分開，溫度傳感器可直接測量合成腔內(nèi)部溫度。通過其兩端的導(dǎo) 電片，經(jīng)壓在合成組裝塊上的頂錘，傳遞溫度傳感器輸出的信號。溫度傳感器為熱電偶或者熱電阻。本實(shí)用新型的六面頂壓機(jī)合成腔內(nèi)的溫度測控裝置優(yōu)點(diǎn)為1、溫度傳 感器位于合成組裝塊的芯料內(nèi)部，直接檢測合成腔內(nèi)部溫度，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確， 此溫度信號可用于實(shí)時(shí)控制六面頂壓機(jī)的加熱電壓，實(shí)時(shí)監(jiān)控合成腔內(nèi)部的溫度，以提高合成材料的質(zhì)量和產(chǎn)量；目前在測試溫度0 2500'C的情況下， 控制溫度誤差可達(dá)土rc; 2、溫度傳感器通過兩端的導(dǎo)電片直接與相應(yīng)的非加熱頂錘接觸，通過頂錘傳遞信號，無需從合成組裝塊的密封邊引出導(dǎo)線， 完全避免了引出導(dǎo)線造成的密封邊失效及由此帶來的安全隱患和頂錘損壞；3、從高壓密閉合成腔外遠(yuǎn)離高溫高壓區(qū)域引出溫度信號線，避免了導(dǎo)線在 高溫高壓下?lián)p壞或者短路，并采用屏蔽信號線防止加熱電流感生電動勢對測 溫信號的干擾，保證信號無干擾傳送。(四)
圖1為本六面頂壓機(jī)密閉合成腔內(nèi)的溫度測控裝置實(shí)施例合成組裝塊 結(jié)構(gòu)剖面示意圖；圖2為本六面頂壓機(jī)密閉合成腔內(nèi)的溫度測控裝置實(shí)施例頂錘及墊塊 與機(jī)架絕緣示意圖；圖3為本六面頂壓機(jī)密閉合成腔內(nèi)的溫度測控裝置實(shí)施例溫控系統(tǒng)電路 框圖。圖中標(biāo)號表示為1合成組裝塊、2陶瓷管、3熱電偶、4導(dǎo)電片、5芯料、6頂錘、7活塞、 8絕緣板、9絕緣環(huán)、IO絕緣套、ll連接螺桿、12大墊塊、13鋼環(huán)、14接 線柱具體實(shí)施方式本六面頂壓機(jī)密閉合成腔內(nèi)的溫度測控裝置實(shí)施例如圖1、圖2所示，包括液壓系統(tǒng)控制的六個(gè)活塞7同步驅(qū)動的六個(gè)頂錘6;大墊塊12與活塞7 固接；頂錘6和小墊塊外側(cè)緊箍的鋼環(huán)13與大墊塊12固接；與頂錘6頂面 相配合的、正方體合成組裝塊l外部的傳壓介質(zhì)為常用的葉蠟石。合成組裝
塊l的中心位置為圓柱形芯料5，芯料5內(nèi)有發(fā)熱體，芯料5圓柱兩端各有 一與發(fā)熱體連接的導(dǎo)電圈，頂錘6壓到合成組裝塊1時(shí)，芯料5兩端的導(dǎo)電 圈與相對的兩個(gè)加熱頂錘6接觸，芯料5通電加熱。合成組裝塊l的非加熱 面的二相對面中心有通孔，通孔的中心線與芯料5圓柱體的中心線垂直，且 通孔通過芯料5的圓柱體，通孔內(nèi)放置絕緣陶瓷管2，溫度傳感器為熱電偶 3，插在陶瓷管2內(nèi)，陶瓷管2外徑為0.5mm 3mm,內(nèi)徑為0.2腿 lmm。熱 電偶3兩端與位于合成組裝塊1表面的導(dǎo)電片4相接。頂錘6壓到合成組裝 塊1時(shí)，熱電偶3兩端的導(dǎo)電片4與相對的兩個(gè)頂錘6接觸，傳遞熱電偶3 的溫度信號。如圖2所示，此二傳遞信號的相對頂錘6的活塞7與固裝頂錘 的大墊塊12之間有絕緣板8與絕緣環(huán)9，連接螺桿11上套有絕緣套10，保 證與頂錘6與活塞7之間的絕緣，電阻均大于100千歐。從該二頂錘6的鋼 環(huán)13非高溫高壓區(qū)的接線柱14引出溫度信號線，與溫度控制系統(tǒng)相連接。 溫度信號線為屏蔽線，避免加熱電流感生電動勢對毫伏測溫信號的干擾，保 證信號的傳送。
本六面頂壓機(jī)兩個(gè)相對的加熱頂錘6是與其相應(yīng)的活塞7絕緣的。本裝 置為了從非加熱頂錘6上傳遞熱傳感器3的溫度毫伏信號，其它4個(gè)頂錘6 也分別與其活塞7絕緣，可在與芯料5圓柱中心線垂直的兩個(gè)方向分別安裝 一組熱傳感器3進(jìn)行獨(dú)立測溫。
本裝置溫控系統(tǒng)電路框圖如圖3所示，溫度傳感器3的溫度信號線連接 溫控系統(tǒng)中的可編程序控制器，可編程序控制器存儲有比例-積分-微分控制 程序，即PID控制程序?？删幊绦蚩刂破髋c加熱變壓器初級電路中的雙向可 控硅連接?？删幊绦蚩刂破鞲鶕?jù)溫度信號對可控硅的導(dǎo)通角實(shí)行比例-積分-微分自動調(diào)節(jié)控制，從而控制加熱變壓器的初級功率，改變加熱變壓器次級 的功率，實(shí)現(xiàn)合成過程中合成腔的恒溫控制及升溫和降溫的曲線閉環(huán)控制。 在升溫的前期，實(shí)際溫度與設(shè)定溫度的偏差較大，采用積分分離PID控制增 強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性；在升溫中后期及保溫期間，采用自適應(yīng)的智能PID控制策 略，根據(jù)溫度偏差及溫度偏差率的大小自動改變PID值，從而更好地抑制系 統(tǒng)超調(diào)、消除殘差。本溫控系統(tǒng)裝置亦可實(shí)時(shí)顯示合成腔內(nèi)的溫度及存儲溫 度信號。
權(quán)利要求1、 一種六面頂壓機(jī)密閉合成腔內(nèi)的溫度測控裴置，包括液壓系統(tǒng)控 制的六個(gè)活塞同步驅(qū)動的六個(gè)頂錘(6);大墊塊(12)與活塞(7)固接； 頂錘(6)和小墊塊外側(cè)緊箍的鋼環(huán)(13)與大墊塊(12)固接；六個(gè)頂 錘(6)正方形錘面合圍形成高壓密閉合成腔；與頂錘(6)頂面相配合的、 處于合成腔中的正方體合成組裝塊外部為傳壓介質(zhì)、中心位置為圓柱形芯料；還有溫度傳感器；芯料(5)內(nèi)有發(fā)熱體，芯料(5)圓柱兩端兩端各 有一與發(fā)熱體連接的導(dǎo)電圈，頂綞壓到合成組裝塊時(shí)，芯料兩端的導(dǎo)電圈 與相對的兩個(gè)加熱頂錘接觸；其特征在于合成組裝塊(1)的非加熱面的二相對面中心有通孔，通孔的中心線 與芯料(5)圓柱體的中心線垂直，且通孔通過芯料(5)的圓柱體，通孔 內(nèi)放置絕緣陶瓷管(2)，溫度傳感器(3)插在陶瓷管(2)內(nèi)，溫度傳感 器(3)兩端與位于合成組裝塊(1)表面的導(dǎo)電片(4)相接；與合成組 裝塊(1)的此二相對面相接的頂錘的活塞(7)與大墊塊(12)之間絕緣。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的六面頂壓機(jī)密閉合成腔內(nèi)的溫度測控裝置，其特征在于從與溫度傳感器(3)的導(dǎo)電片(4)相接的二頂錘鋼環(huán)(13)的非高 溫高壓區(qū)引出的溫度信號線，與溫度控制系統(tǒng)相連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l或2所述的六面頂壓機(jī)密閉合成腔內(nèi)的溫度測控 裝置，其特征在于溫度傳感器(3)為熱電偶或者為熱電阻。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l或2所述的六面頂壓機(jī)密閉合成腔內(nèi)的溫度測控 裝置，其特征在于所述陶瓷管(2)外徑為0.5mm 3咖，內(nèi)徑為0.2mm l腿o
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的六面頂壓機(jī)密閉合成腔內(nèi)的溫度測控裝置，其特征在于-6個(gè)頂錘(6)的大墊塊(12)分別與其活塞(7)絕緣。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的六面頂壓機(jī)密閉合成腔內(nèi)的溫度測控 裝置，其特征在于所述頂錘(6)的活塞(7)與大墊塊(12)之間有絕緣板(8)與絕 緣環(huán)(9)，連接螺桿(11)上套有絕緣套(10)，絕緣電阻大于100千歐。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的六面頂壓機(jī)密閉合成腔內(nèi)的溫度測控裝置， 其特征在于在與芯料(5)圓柱中心線垂直的兩個(gè)方向分別安裝一組熱傳感器(3)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的六面頂壓機(jī)密閉合成腔內(nèi)的溫度測控裝置， 其特征在于-所述溫度信號線為屏蔽線。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的六面頂壓機(jī)密閉合成腔內(nèi)的溫度測控 裝置，其特征在于所述溫度傳感器(3)的溫度信號線連接溫控系統(tǒng)中的可編程序控制 器，可編程序控制器與加熱變壓器初級電路中的雙向可控硅連接。
專利摘要本六面頂壓機(jī)密閉合成腔內(nèi)的溫度測控裝置，合成組裝塊的二相對面中心有通孔，通孔與芯料圓柱體的中心線垂直、通過芯料圓柱體，通孔內(nèi)放置陶瓷管，熱電偶插在陶瓷管內(nèi)，熱電偶兩端與位于合成塊表面的導(dǎo)電片相接。與合成塊此二相對表面相接的頂錘的活塞與頂錘之間絕緣。從該二頂錘引出溫度信號線，與溫度控制系統(tǒng)相連接。陶瓷管將熱電偶與合成腔內(nèi)物質(zhì)分開，熱電偶直接測量合成腔內(nèi)部溫度。通過其兩端的導(dǎo)電片，經(jīng)頂錘傳遞熱電偶毫伏信號。本裝置溫度檢測實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確，用于控制加熱電壓，保證合成腔內(nèi)溫度恒定，提高質(zhì)量和產(chǎn)量；無需從合成塊的密封邊引出導(dǎo)線，避免密封邊的破壞。信號線不會因高溫高壓損壞或者短路，屏蔽信號線防止干擾。
文檔編號B01J3/06GK201020356SQ20072007874
公開日2008年2月13日 申請日期2007年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月6日
發(fā)明者樂興旺, 寇自立, 放 彭, 胡江林, 源 袁, 賀端威, 力 雷 申請人:四川大學(xué)原子與分子物理研究所;桂林冶金機(jī)械總廠;桂林市同力自動化系統(tǒng)有限責(zé)任公司