專利名稱：一種基于氧乙炔的特種環(huán)境材料響應(yīng)在線測(cè)試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是ー種試驗(yàn)裝置，具體地說是ー種基于氧こ炔的特種環(huán)境材料響應(yīng)在線測(cè)試裝置。
背景技術(shù)：
超高溫防/隔材料、紅外透波等特種環(huán)境材料的表征和評(píng)價(jià)需要一系列的地面模擬和材料響應(yīng)在線測(cè)試方法和裝置，主要的地面模擬設(shè)備有風(fēng)洞、電弧加熱器、氧こ炔等；材料響應(yīng)在線測(cè)試裝置主要包括紅外熱成像儀、比色高溫計(jì)、熱電偶測(cè)量材料表面溫度，內(nèi)部分層溫度；應(yīng)變片，激光引伸計(jì)測(cè)量材料應(yīng)變。高超聲速風(fēng)洞、激波風(fēng)洞以及電弧加熱器等地面模擬設(shè)備受到使用范圍局限、設(shè)
備安裝調(diào)試復(fù)雜、試驗(yàn)成本高等諸多限制，很難進(jìn)行簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)室操作和大規(guī)模的實(shí)驗(yàn)研究。氧こ炔裝置可用以評(píng)價(jià)特種材料熱沖擊、燒蝕性能，并且運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、模擬范圍廣、操作方便，在特種環(huán)境材料熱沖擊、燒蝕機(jī)理研究方面具有獨(dú)特的優(yōu)越性。地面模擬環(huán)境下材料的響應(yīng)特性將為特種環(huán)境材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)，真實(shí)服役環(huán)境下的響應(yīng)測(cè)試與研究提供試驗(yàn)支撐和試驗(yàn)基礎(chǔ)，因此地面模擬試驗(yàn)過程中特種環(huán)境材料響應(yīng)的在線測(cè)量對(duì)材料抗熱沖擊、燒蝕及高溫力學(xué)性能的評(píng)價(jià)與表征具有重大意義。然而，由于以氧こ炔為代表的地面模擬裝置，受到高溫、壓カ等諸多惡劣試驗(yàn)環(huán)境的限制，傳統(tǒng)的接觸式在線測(cè)試裝置不能滿足試驗(yàn)要求，對(duì)于特種環(huán)境材料表面溫度、應(yīng)變的在線測(cè)試需要采用非接觸式在線測(cè)量裝置。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于氧こ炔的特種環(huán)境材料響應(yīng)在線測(cè)試裝置。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種基于氧こ炔的特種環(huán)境材料響應(yīng)在線測(cè)試裝置由氧こ炔試驗(yàn)平臺(tái)，こ炔瓶、減壓閥、壓カ表、流量計(jì)、調(diào)節(jié)閥、限流閥、氧こ炔噴槍、軸承、特種環(huán)境材料試樣、密封隔熱膠墊、夾具、氧氣瓶、濾光片支架、解碼放大器、激光位移傳感器、控制器、變換器、熱電偶傳感器、數(shù)據(jù)采集儀、固定支架、濾光片、比色高溫計(jì)、三維調(diào)節(jié)云臺(tái)和三腳架組成，こ炔瓶上設(shè)有減壓閥，こ炔瓶上的減壓閥通過管道與限流閥連接，管道上設(shè)有壓カ表、流量計(jì)和調(diào)節(jié)閥，氧氣瓶上設(shè)有減壓閥，氧氣瓶上的減壓閥通過管道與限流閥連接，管道上設(shè)有壓力表、流量計(jì)和調(diào)節(jié)閥，限流閥與氧こ炔噴槍連接，氧こ炔噴槍通過軸承與固定支架連接，夾具內(nèi)設(shè)有密封隔熱膠墊，特種環(huán)境材料試樣被夾在密封隔熱膠墊內(nèi)，特種環(huán)境材料試樣的背面設(shè)有熱電偶傳感器，熱電偶傳感器通過數(shù)據(jù)線與變化器連接，變化器通過數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)采集儀連接，兩個(gè)傳感器通過隔熱夾具固定于試驗(yàn)臺(tái)上，兩個(gè)傳感器通過數(shù)據(jù)線與控制器連接，控制器通過數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)采集儀連接，三維調(diào)節(jié)云臺(tái)下面設(shè)置有三腳架，比色高溫計(jì)放置在三維調(diào)節(jié)云臺(tái)上，比色高溫計(jì)和特種環(huán)境材料試樣之間設(shè)有兩個(gè)濾光片支架，濾光片支架上設(shè)有濾光片，比色高溫計(jì)通過濾光片捕捉特種環(huán)境材料試樣表面溫度響應(yīng)信號(hào)，比色高溫計(jì)通過數(shù)據(jù)線與解碼放大器連接，解碼放大器通過數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)采集儀連接。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)氧こ炔試驗(yàn)過程中對(duì)被測(cè)特種環(huán)境材料表面溫度、內(nèi)部溫度以及應(yīng)變進(jìn)行在線測(cè)試、且能夠方便地進(jìn)行參數(shù)調(diào)節(jié)。以氧こ炔裝置為核心，輔以支撐子系統(tǒng)和多種特種環(huán)境材料響應(yīng)在線檢測(cè)和監(jiān)控設(shè)備，建立廉價(jià)、操作方便、測(cè)試范圍寬。


圖I為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明內(nèi)部溫度傳感器封裝結(jié)構(gòu)圖；圖3、圖4和圖5為ZnS紅外窗ロ材料不同狀態(tài)下表面溫度及內(nèi)部溫度歷程圖；圖6為ZnS紅外窗ロ材料不同熱流密度下應(yīng)變圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步說明如圖I所示，一種基于氧こ炔的特種環(huán)境材料響應(yīng)在線測(cè)試裝置由氧こ炔試驗(yàn)平臺(tái)，こ炔瓶I、減壓閥2、壓カ表3、流量計(jì)4、調(diào)節(jié)閥5、限流閥6、氧こ炔噴槍7、軸承8、特種環(huán)境材料試樣9、密封隔熱膠墊10、夾具11、氧氣瓶12、濾光片支架13、解碼放大器14、激光位移傳感器15、控制器16、變換器17、熱電偶傳感器18、數(shù)據(jù)采集儀19、固定支架20、濾光片21、比色高溫計(jì)22、三維調(diào)節(jié)云臺(tái)23和三腳架24組成，其特征在于こ炔瓶I上設(shè)有減壓閥2，こ炔瓶上的減壓閥2通過管道與限流閥6連接，管道上設(shè)有壓力表3、流量計(jì)4和調(diào)節(jié)閥5，氧氣瓶上設(shè)有減壓閥2，氧氣瓶上的減壓閥2通過管道與限流閥6連接，管道上設(shè)有壓カ表3、流量計(jì)4和調(diào)節(jié)閥5，限流閥6與氧こ炔噴槍7連接，氧こ炔噴槍7通過軸承8與固定支架20連接，夾具11內(nèi)設(shè)有密封隔熱膠墊10，特種環(huán)境材料試樣9被夾在密封隔熱膠墊10內(nèi)，特種環(huán)境材料試樣9的背面設(shè)有熱電偶傳感器18，熱電偶傳感器18通過數(shù)據(jù)線與變化器17連接，變化器17通過數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)采集儀19連接，兩個(gè)傳感器15通過隔熱夾具固定于試驗(yàn)臺(tái)上，兩個(gè)傳感器15通過數(shù)據(jù)線與控制器16連接，控制器16通過數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)采集儀19連接，三維調(diào)節(jié)云臺(tái)23下面設(shè)置有三腳架24，比色高溫計(jì)22放置在三維調(diào)節(jié)云臺(tái)23上，比色高溫計(jì)22和特種環(huán)境材料試樣9之間設(shè)有兩個(gè)濾光片支架13，濾光片支架13上設(shè)有濾光片21，比色高溫計(jì)22通過濾光片21捕捉特種環(huán)境材料試樣9表面溫度響應(yīng)信號(hào)，比色高溫計(jì)22通過數(shù)據(jù)線與解碼放大器14連接，解碼放大器14通過數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)采集儀19連接。結(jié)合圖I和圖2，氧こ炔氣體通過氧氣、こ炔瓶經(jīng)減壓閥，壓カ表，流量計(jì)，調(diào)節(jié)閥，限流閥與氧こ炔噴槍相連，通過調(diào)節(jié)支桿固定在試驗(yàn)臺(tái)上，繞軸承實(shí)現(xiàn)360°旋轉(zhuǎn)，并通過調(diào)節(jié)流量計(jì)控制氧氣こ炔的進(jìn)氣量實(shí)現(xiàn)熱流密度的調(diào)節(jié)。特種環(huán)境材料試樣、傳感器封裝于專用夾具中，傳感器輸出信號(hào)經(jīng)熱電偶傳輸至變化器，由數(shù)據(jù)采集儀實(shí)時(shí)采集內(nèi)部溫度數(shù)據(jù)。激光位移傳感器置于試樣背面，兩傳感器通過隔熱夾具固定于試驗(yàn)臺(tái)上垂直放置，通過移動(dòng)與試樣距離調(diào)節(jié)試樣表面待測(cè)區(qū)域位置，輸出數(shù)據(jù)通過光纖與控制器相連，通過エ業(yè)接ロ傳輸至數(shù)據(jù)采集儀。比色高溫計(jì)置于三維調(diào)節(jié)云臺(tái)由三腳架固定，通過濾光片捕捉 材料表面溫度響應(yīng)信號(hào)，輸出信號(hào)經(jīng)放大和解碼器傳輸至數(shù)據(jù)采集儀。整個(gè)材料響應(yīng)在線控制由數(shù)據(jù)采集儀通過專用軟件統(tǒng)ー控制，獲得被測(cè)材料表面溫度、內(nèi)部溫度及應(yīng)變響應(yīng)數(shù)據(jù)。本發(fā)明的工作流程是首先將傳感器置于特種材料試件待測(cè)位置，通過專用夾具隔熱封裝后裝配到試件臺(tái)架，調(diào)節(jié)臺(tái)架與氧こ炔噴嘴之間的距離，三腳架和激光傳感器隔熱夾具位置以滿足試驗(yàn)要求。開啟氧こ炔氣瓶和供氣閥門，將工作氣體的送入。開啟數(shù)據(jù)采集儀，通過中央控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)紅外比色高溫計(jì)、激光位移傳感器及內(nèi)置傳感器參數(shù)；調(diào)節(jié)流量計(jì)控制進(jìn)氣比例后點(diǎn)火，形成氧こ炔射流，經(jīng)噴槍流出，對(duì)試件進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉氣瓶及閥門，通過數(shù)據(jù)采集儀獲得試驗(yàn)響應(yīng)數(shù)據(jù)。
米用ZnS紅外窗ロ材料制作的試驗(yàn)試樣,尺寸為Φ30Χ20ι πι3。將拋光后封裝后試樣裝夾于夾具中，然后固定于裝夾臺(tái)上，水平燒蝕角度為0°，垂直燒蝕角度為90° ;調(diào)整三維定位平臺(tái)，噴嘴至試樣橫向距離為10mm，噴嘴中心與試樣中心重合?？刂普{(diào)節(jié)閥和減壓閥,試樣表面溫度、內(nèi)部溫度如圖3至圖5所示，應(yīng)變響應(yīng)如圖6所示。試驗(yàn)測(cè)試表明，本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)特種環(huán)境材料表面溫度250-3000°C，內(nèi)部溫度0-1500°C、應(yīng)變精度O. I %的在線響應(yīng)測(cè)試，能夠滿足特種環(huán)境材料高溫?zé)釠_擊、超高溫?zé)g試驗(yàn)及部分使用性能地面模擬試驗(yàn)的要求。
權(quán)利要求
1.一種基于氧乙炔的特種環(huán)境材料響應(yīng)在線測(cè)試裝置，由氧乙炔試驗(yàn)平臺(tái)，乙炔瓶(I)、減壓閥(2)、壓力表(3)、流量計(jì)(4)、調(diào)節(jié)閥(5)、限流閥(6)、氧乙炔噴槍(7)、軸承(8)、特種環(huán)境材料試樣(9 )、密封隔熱膠墊(10)、夾具(11)、氧氣瓶(12)、濾光片支架(13)、解碼放大器(14)、激光位移傳感器(15)、控制器(16)、變換器(17)、熱電偶傳感器(18)、數(shù)據(jù)采集儀(19)、固定支架(20)、濾光片(21)、比色高溫計(jì)(22)、三維調(diào)節(jié)云臺(tái)(23)和三腳架(24)組成，其特征在于乙炔瓶(I)上設(shè)有減壓閥(2)，乙炔瓶上的減壓閥(2)通過管道與限流閥(6)連接，管道上設(shè)有壓力表(3)、流量計(jì)(4)和調(diào)節(jié)閥(5)，氧氣瓶上設(shè)有減壓閥(2)，氧氣瓶上的減壓閥(2)通過管道與限流閥(6)連接，管道上設(shè)有壓力表(3)、流量計(jì)(4)和調(diào)節(jié)閥(5)，限流閥(6)與氧乙炔噴槍(7)連接，氧乙炔噴槍(7)通過軸承⑶與固定支架(20)連接，夾具(11)內(nèi)設(shè)有密封隔熱膠墊(10)，特種環(huán)境材料試樣(9)被夾在密封隔熱膠墊(10)內(nèi)，特種環(huán)境材料試樣(9)的背面設(shè)有熱電偶傳感器(18)，熱電偶傳感器(18)通過數(shù)據(jù)線與變化器(17)連接，變化器(17)通過數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)采集儀(19)連接，兩個(gè)傳感器(15)通過隔熱夾具固定于試驗(yàn)臺(tái)上，兩個(gè)傳感器(15)通過數(shù)據(jù)線與控制器(16)連接，控制器(16)通過數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)采集儀(19)連接，三維調(diào)節(jié)云臺(tái)(23)下面設(shè)置有三腳架(24)，比色高溫計(jì)(22)放置在三維調(diào)節(jié)云臺(tái)(23)上，比色高溫計(jì)(22)和特種環(huán)境材料試樣(9)之間設(shè)有兩個(gè)濾光片支架(13)，濾光片支架(13)上設(shè)有濾光片(21)，比色高溫計(jì)(22)通過濾光片(21)捕捉特種環(huán)境材料試樣(9)表面溫度響應(yīng)信號(hào)，比色高溫計(jì)(22)通過數(shù)據(jù)線與解碼放大器(14)連接，解碼放大器(14)通過數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)采集儀(19)連接。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于氧乙炔的特種環(huán)境材料響應(yīng)在線測(cè)試裝置，由氧乙炔試驗(yàn)平臺(tái)，乙炔瓶、減壓閥、壓力表、流量計(jì)、調(diào)節(jié)閥、限流閥、氧乙炔噴槍、軸承、特種環(huán)境材料試樣、密封隔熱膠墊、夾具、氧氣瓶、濾光片支架、解碼放大器、激光位移傳感器、控制器、變換器、熱電偶傳感器、數(shù)據(jù)采集儀、固定支架、濾光片、比色高溫計(jì)、三維調(diào)節(jié)云臺(tái)和三腳架組成。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)氧乙炔試驗(yàn)過程中對(duì)被測(cè)特種環(huán)境材料表面溫度、內(nèi)部溫度以及應(yīng)變進(jìn)行在線測(cè)試、且能夠方便地進(jìn)行參數(shù)調(diào)節(jié)。以氧乙炔裝置為核心，輔以支撐子系統(tǒng)和多種特種環(huán)境材料響應(yīng)在線檢測(cè)和監(jiān)控設(shè)備，建立廉價(jià)、操作方便、測(cè)試范圍寬。
文檔編號(hào)G01N25/00GK102661964SQ20121015486
公開日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月18日
發(fā)明者丁小恒, 孟松鶴, 朱燕偉, 楊強(qiáng), 金華 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)