專利名稱：一種低溫環(huán)境下力磁耦合氣壓加載系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及超磁致伸縮材料的實驗裝置，具體地，涉及一種低溫環(huán)境下力磁耦合氣壓加載系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，在大量的實驗研究中，研究工作者發(fā)現(xiàn)超磁致伸縮材料的磁機耦合性能受到外加載荷、環(huán)境溫度等變化的影響，特別是在低溫環(huán)境下(液氮溫度為-196°C )，超磁致伸縮材料具有比常溫下(環(huán)境溫度為20°C)大很多的磁致伸縮量。低溫環(huán)境下超磁致伸縮材料的磁致伸縮量可以達到6000ppm，常溫下超磁致伸縮材料的磁致伸縮量最大為2200ppm (ppm=l(T6)。但是，對于超磁致伸縮材料低溫環(huán)境下的實驗裝置，有非常少的文獻報道。并且， 目前關(guān)于超磁致伸縮材料的研究，大多都集中在常溫下的特性研究。僅有的一些實驗結(jié)果也只是在只有液氮溫度，而沒有力加載的情況下，測試出的實驗結(jié)果。這些都不能較為全面的反映出該種材料在液氮低溫下的力磁熱多場耦合特性。綜上所述，在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在測試不全面與準確性差等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，針對上述問題，提出一種低溫環(huán)境下力磁耦合氣壓加載系統(tǒng)， 以實現(xiàn)測試全面與準確性好的優(yōu)點。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種低溫環(huán)境下力磁耦合氣壓加載系統(tǒng)，包括低溫環(huán)境提供裝置、氣壓加載裝置與高磁場環(huán)境提供裝置，其中所述低溫環(huán)境提供裝置的氣體入口與氣壓加載裝置的氣體出口配合連接，所述磁場環(huán)境提供裝置分別與低溫環(huán)境提供裝置及氣壓加載裝置配合連接。進一步地，還包括實驗樣品固定裝置，所述實驗樣品固定裝置配合設置在低溫環(huán)境提供裝置與氣壓加載裝置之間。進一步地，所述低溫環(huán)境提供裝置包括液氮儲存組件、液氮輸送管與液氮保溫組件，所述液氮儲存組件的液氮輸出端經(jīng)液氮輸送管與液氮保溫組件的液氮注入口連接。進一步地，所述液氮儲存組件包括液氮儲存器，密封加蓋在所述液氮儲存器的開口端的密封蓋，在所述密封蓋上開設有加壓口，在所述加壓口安裝有壓力表；所述液氮輸送管靠近液氮儲存組件的一端穿過密封蓋、并伸至液氮儲存器的底部。進一步地，所述液氮保溫組件包括承壓杜瓦瓶，在所述承壓杜瓦瓶的開口端覆蓋有環(huán)氧板蓋，在所述承壓杜瓦瓶的底部中心設有承壓支撐座；所述液氮輸送管的另一端穿過環(huán)氧板蓋；在所述環(huán)氧板蓋上還開設有氣體入口。進一步地，所述承壓杜瓦瓶的瓶身包括雙層真空無磁不銹鋼外壁，所述承壓支撐座位于雙層真空無磁不銹鋼外壁的底部中心空腔位置。進一步地，所述氣壓加載裝置包括空氣壓縮機、氣體輸送管與氣壓組件，所述空氣壓縮機的氣體出口通過氣體輸送管與氣壓組件的氣體入口連接；在所述氣體輸送管上設有恒壓表與三通閥門。進一步地，所述氣壓組件包括上下水平平行間隔設置的無磁不銹鋼薄板與無磁不銹鋼圓柱體，以及靠近所述無磁不銹鋼圓柱體的側(cè)壁、豎直設置在無磁不銹鋼薄板與無磁不銹鋼圓柱體之間的第一無磁波紋管與第二無磁波紋管；在所述無磁不銹鋼薄板、無磁不銹鋼圓柱體、第一無磁波紋管與第二無磁波紋管之間形成密閉的充氣空腔；在所述無磁不銹鋼圓柱體的側(cè)壁，開設有連通氣體輸送管與充氣空腔的氣壓輸入口 ；在所述無磁不銹鋼圓柱體的底部中心位置，開設有氣體出口。進一步地，所述磁場環(huán)境提供裝置包括霍姆赫茲線圈，所述霍姆赫茲線圈的上磁極頭設置在氣壓加載裝置的上方、下磁極頭設置在低溫環(huán)境提供裝置的下方；所述上磁極頭與下磁極頭之間的距離不大于150mm。進一步地，所述實驗樣品固定裝置包括豎直對稱設置在實驗樣品兩側(cè)的第一固定骨架與第二固定骨架，以及水平對稱設置在實驗樣品兩端的上頂桿與下頂桿；在所述第一固定骨架與第二固定骨架形成的空腔內(nèi)安裝有低溫霍爾傳感器，在上頂桿處安裝有薄膜壓力傳感器，在實驗樣品上粘貼有低溫應變片、繞有5-6匝線圈；與所述低溫霍爾傳感器、薄膜壓力傳感器、低溫應變片與線圈相配合，還設有屏蔽導線。本發(fā)明各實施例的低溫環(huán)境下力磁耦合氣壓加載系統(tǒng)，由于包括低溫環(huán)境提供裝置、氣壓加載裝置與高磁場環(huán)境提供裝置，低溫環(huán)境提供裝置的氣體入口與氣壓加載裝置的氣體出口配合連接，磁場環(huán)境提供裝置分別與低溫環(huán)境提供裝置及氣壓加載裝置配合連接；低溫環(huán)境提供裝置可以保障實驗所需的低溫環(huán)境77K (零下196°C)、并承受8400N的高載荷，氣壓加載裝置在實驗中提供穩(wěn)定的壓力條件、壓應力最大為64MPa，磁場環(huán)境提供裝置可以提供穩(wěn)定的磁場、最大磁場為1910kA/m ；從而可以克服現(xiàn)有技術(shù)中測試不全面與準確性差的缺陷，以實現(xiàn)測試全面與準確性好的優(yōu)點。本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在所寫的說明書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。


附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中
圖1為根據(jù)本發(fā)明低溫環(huán)境下力磁耦合氣壓加載系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。結(jié)合附圖，本發(fā)明實施例中附圖標記如下
1-加壓口 ；2-壓力表；3-液氮儲存器；4-承壓杜瓦瓶；5-承壓支撐座；6-環(huán)氧板蓋；7-固定螺釘；8-空氣壓縮機；9-輸壓表；10-內(nèi)壓表；11-三通閥門；12-氣壓輸入口 ；13-氣壓組件；14-無磁不銹鋼薄板；15-充氣空腔；16-無磁波紋管；17-無磁不銹鋼圓柱體； 18-上磁極頭；19-下磁極頭；20-霍爾傳感器；21-屏蔽導線；22-固定骨架；23-實驗樣品。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。根據(jù)本發(fā)明實施例，提供了一種低溫環(huán)境下力磁耦合氣壓加載系統(tǒng)。如圖1所示， 本實施例包括低溫環(huán)境提供裝置、氣壓加載裝置、高磁場環(huán)境提供裝置與實驗樣品23固定裝置，其中，低溫環(huán)境提供裝置的氣體入口與氣壓加載裝置的氣體出口配合連接，磁場環(huán)境提供裝置分別與低溫環(huán)境提供裝置及氣壓加載裝置配合連接，實驗樣品23固定裝置配合設置在低溫環(huán)境提供裝置與氣壓加載裝置之間。進一步地，在上述實施例中，上述低溫環(huán)境提供裝置包括液氮儲存組件、液氮輸送管與液氮保溫組件，液氮儲存組件的液氮輸出端經(jīng)液氮輸送管與液氮保溫組件的液氮注入口連接。其中，上述液氮儲存組件包括液氮儲存器3，密封加蓋在液氮儲存器3的開口端的密封蓋，在密封蓋上開設有加壓口 1，在加壓口 1安裝有壓力表2 ；液氮輸送管靠近液氮儲存組件的一端穿過密封蓋、并伸至液氮儲存器3的底部。通過實際測試，在液氮儲存器3充滿液氮之后，液氮儲存器3能夠保持1. 5個小時的低溫環(huán)境，從而保證完成在低溫環(huán)境下實驗測試。上述液氮保溫組件包括承壓杜瓦瓶4，在承壓杜瓦瓶4的開口端覆蓋有環(huán)氧板蓋 6，有利于減少液氮的揮發(fā)；環(huán)氧板蓋6通過固定螺釘7與承壓杜瓦瓶4連接，在承壓杜瓦瓶 4的底部中心設有承壓支撐座5 ；液氮輸送管的另一端穿過環(huán)氧板蓋6 ；在環(huán)氧板蓋6上還開設有氣體入口。這里，承壓杜瓦瓶4的瓶身包括雙層真空無磁不銹鋼外壁，無磁不銹鋼材料本身剛度較高，承壓支撐座5位于雙層真空無磁不銹鋼外壁的底部中心空腔位置，設計承壓力為8400N，實驗結(jié)果為能夠承受8600N的載荷。在上述低溫環(huán)境提供裝置中，通過加壓口 1，可以將儲存在液氮儲存器3中的液氮，輸入到承壓杜瓦瓶4中。進一步地，在上述實施例中，氣壓加載裝置包括空氣壓縮機8、氣體輸送管與氣壓組件13，空氣壓縮機8的氣體出口通過氣體輸送管與氣壓組件13的氣體入口連接；在氣體輸送管上設有恒壓表與三通閥門11。在空氣壓縮機8中還設有輸壓表9與內(nèi)壓表10。其中，上述氣壓組件13包括上下水平平行間隔設置的無磁不銹鋼薄板14與無磁不銹鋼圓柱體17，以及靠近無磁不銹鋼圓柱體17的側(cè)壁、豎直設置在無磁不銹鋼薄板14與無磁不銹鋼圓柱體17之間的第一無磁波紋管(如無磁波紋管16)與第二無磁波紋管；在無磁不銹鋼薄板14、無磁不銹鋼圓柱體17、第一無磁波紋管與第二無磁波紋管之間形成密閉的充氣空腔15 ；在無磁不銹鋼圓柱體17的側(cè)壁，開設有連通氣體輸送管與充氣空腔15的氣壓輸入口 12 ；在無磁不銹鋼圓柱體17的底部中心位置，開設有氣體出口。這里，第一無磁波紋管、第二無磁波紋管、無磁不銹鋼薄板14和無磁不銹鋼圓柱體17，選用的材料均不會對磁場產(chǎn)生影響；可以采用氬弧焊，將第一無磁波紋管、第二無磁波紋管、無磁不銹鋼薄板14和無磁不銹鋼圓柱體17焊接為一個密閉的容器(即充氣空腔 15)，通過空氣壓縮機8進行氣體的輸入；空氣壓縮機8，提供氣壓，在空氣壓縮機8與氣壓組件13中間接有恒壓表和三通閥門11，使充入氣壓組件13中的氣壓保持在恒定值，氣壓的精度為1N。進一步地，在上述實施例中，磁場環(huán)境提供裝置包括霍姆赫茲線圈，霍姆赫茲線圈的上磁極頭18設置在氣壓加載裝置的上方、下磁極頭19設置在低溫環(huán)境提供裝置的下方； 上磁極頭18與下磁極頭19之間的距離可調(diào)、且不大于150mm。這里，霍姆赫茲線圈可以提供穩(wěn)定的磁場，當上磁極頭18與下磁極頭19的直徑均為100mm、且上磁極頭18與下磁極頭 19之間的距離為IOOmm時，最大磁場為1910kA/m。進一步地，在上述實施例中，實驗樣品23固定裝置包括豎直對稱設置在實驗樣品 23兩側(cè)的第一固定骨架(如固定骨架22)與第二固定骨架，以及水平對稱設置在實驗樣品 23兩端的上頂桿與下頂桿；在第一固定骨架與第二固定骨架形成的空腔內(nèi)安裝有低溫霍爾傳感器20，在上頂桿處安裝有薄膜壓力傳感器，在實驗樣品23上粘貼有低溫應變片(適應溫度為4K-常溫)、繞有5-6匝線圈，可以分別測試實驗樣品23在多場環(huán)境下的機械特性與磁特性；與低溫霍爾傳感器20、薄膜壓力傳感器、低溫應變片與線圈相配合，還設有屏蔽導線21。這里，實驗樣品23固定裝置也選用非磁性材料，上下有兩個平行端面，平行度不超過公差等級7級，能夠?qū)崿F(xiàn)實驗樣品23受力的均勻，且不會發(fā)生由于放置實驗樣品23不當，而引起壓力加載過程的失穩(wěn)或者剪切破壞。在上述實施例中，實驗樣品23、氣壓加載裝置、實驗樣品23固定裝置和承壓杜瓦瓶4裝配后的整體尺寸高度不能大于150mm，并且應盡可能控制在100_130mm之間；經(jīng)實驗，該整體尺寸高度為125mm時，能夠滿足實驗的要求。使用上述實施例的低溫環(huán)境下力磁耦合氣壓加載系統(tǒng)時，需要在低溫環(huán)境提供裝置中，首先將超磁致伸縮棒貼上低溫應變片，將輸出銅導棒與超磁致伸縮棒連接起來，放置在低溫環(huán)境提供裝置中，然后倒入液氮，以能夠完全浸泡超磁致伸縮棒為宜，蓋上低溫環(huán)境提供裝置環(huán)氧板蓋，將低溫環(huán)境裝置和氣壓加載裝置放于霍姆赫茲線圈的上磁極頭與下磁極頭之間，調(diào)整霍姆赫茲線圈的上磁極頭與下磁極頭發(fā)熱距離至有壓力臨近位置，此時就可以進行加壓，驅(qū)動霍姆赫茲線圈磁場的開啟，進行低溫實驗研究。上述實施例的低溫環(huán)境下力磁耦合氣壓加載系統(tǒng)，可以滿足低溫環(huán)境下超磁致伸縮材料的力磁耦合特性的測試，即力-磁-熱多場耦合的超磁致伸縮材料特性測試，從而實現(xiàn)為該種材料更為廣泛的應用研究提供良好的平臺。與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述實施例的低溫環(huán)境下力磁耦合氣壓加載系統(tǒng)具有以下特性⑴內(nèi)部結(jié)構(gòu)選用的材料都是非磁性材料，在滿足力學性能的同時，不會對磁場強度的均勻性產(chǎn)生影響；⑵選用的材料在液氮溫度下不會發(fā)生變形或者發(fā)生力學特性的實效，以免在機械加載過程中受到破壞；⑶選用的機械信號、磁信號的傳感器都是適應于低溫環(huán)境測量的，可以保證在低溫環(huán)境下的準確測試。綜上所述，本發(fā)明各實施例的低溫環(huán)境下力磁耦合氣壓加載系統(tǒng)，由于包括低溫環(huán)境提供裝置、氣壓加載裝置與高磁場環(huán)境提供裝置，低溫環(huán)境提供裝置的氣體入口與氣壓加載裝置的氣體出口配合連接，磁場環(huán)境提供裝置分別與低溫環(huán)境提供裝置及氣壓加載裝置配合連接；低溫環(huán)境提供裝置可以保障實驗所需的低溫環(huán)境77K (零下196°C)、并承受 8400N的高載荷，氣壓加載裝置在實驗中提供穩(wěn)定的壓力條件、壓應力最大為64MPa，磁場環(huán)境提供裝置可以提供穩(wěn)定的磁場、最大磁場為1910kA/m ；從而可以克服現(xiàn)有技術(shù)中測試不全面與準確性差的缺陷，以實現(xiàn)測試全面與準確性好的優(yōu)點。 最后應說明的是以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明， 盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，對于本領域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換。 凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種低溫環(huán)境下力磁耦合氣壓加載系統(tǒng)，其特征在于，包括低溫環(huán)境提供裝置、氣壓加載裝置與高磁場環(huán)境提供裝置，其中所述低溫環(huán)境提供裝置的氣體入口與氣壓加載裝置的氣體出口配合連接，所述磁場環(huán)境提供裝置分別與低溫環(huán)境提供裝置及氣壓加載裝置配合連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫環(huán)境下力磁耦合氣壓加載系統(tǒng)，其特征在于，還包括實驗樣品固定裝置，所述實驗樣品固定裝置配合設置在低溫環(huán)境提供裝置與氣壓加載裝置之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的低溫環(huán)境下力磁耦合氣壓加載系統(tǒng)，其特征在于，所述低溫環(huán)境提供裝置包括液氮儲存組件、液氮輸送管與液氮保溫組件，所述液氮儲存組件的液氮輸出端經(jīng)液氮輸送管與液氮保溫組件的液氮注入口連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低溫環(huán)境下力磁耦合氣壓加載系統(tǒng)，其特征在于，所述液氮儲存組件包括液氮儲存器，密封加蓋在所述液氮儲存器的開口端的密封蓋，在所述密封蓋上開設有加壓口，在所述加壓口安裝有壓力表；所述液氮輸送管靠近液氮儲存組件的一端穿過密封蓋、并伸至液氮儲存器的底部。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低溫環(huán)境下力磁耦合氣壓加載系統(tǒng)，其特征在于，所述液氮保溫組件包括承壓杜瓦瓶，在所述承壓杜瓦瓶的開口端覆蓋有環(huán)氧板蓋，在所述承壓杜瓦瓶的底部中心設有承壓支撐座；所述液氮輸送管的另一端穿過環(huán)氧板蓋；在所述環(huán)氧板蓋上還開設有氣體入口。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的低溫環(huán)境下力磁耦合氣壓加載系統(tǒng)，其特征在于，所述承壓杜瓦瓶的瓶身包括雙層真空無磁不銹鋼外壁，所述承壓支撐座位于雙層真空無磁不銹鋼外壁的底部中心空腔位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的低溫環(huán)境下力磁耦合氣壓加載系統(tǒng)，其特征在于，所述氣壓加載裝置包括空氣壓縮機、氣體輸送管與氣壓組件，所述空氣壓縮機的氣體出口通過氣體輸送管與氣壓組件的氣體入口連接；在所述氣體輸送管上設有恒壓表與三通閥門。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的低溫環(huán)境下力磁耦合氣壓加載系統(tǒng)，其特征在于，所述氣壓組件包括上下水平平行間隔設置的無磁不銹鋼薄板與無磁不銹鋼圓柱體，以及靠近所述無磁不銹鋼圓柱體的側(cè)壁、豎直設置在無磁不銹鋼薄板與無磁不銹鋼圓柱體之間的第一無磁波紋管與第二無磁波紋管；在所述無磁不銹鋼薄板、無磁不銹鋼圓柱體、第一無磁波紋管與第二無磁波紋管之間形成密閉的充氣空腔；在所述無磁不銹鋼圓柱體的側(cè)壁，開設有連通氣體輸送管與充氣空腔的氣壓輸入口 ；在所述無磁不銹鋼圓柱體的底部中心位置，開設有氣體出口。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的低溫環(huán)境下力磁耦合氣壓加載系統(tǒng)，其特征在于，所述磁場環(huán)境提供裝置包括霍姆赫茲線圈，所述霍姆赫茲線圈的上磁極頭設置在氣壓加載裝置的上方、下磁極頭設置在低溫環(huán)境提供裝置的下方；所述上磁極頭與下磁極頭之間的距離不大于150mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的低溫環(huán)境下力磁耦合氣壓加載系統(tǒng)，其特征在于，所述實驗樣品固定裝置包括豎直對稱設置在實驗樣品兩側(cè)的第一固定骨架與第二固定骨架，以及水平對稱設置在實驗樣品兩端的上頂桿與下頂桿；在所述第一固定骨架與第二固定骨架形成的空腔內(nèi)安裝有低溫霍爾傳感器，在上頂桿處安裝有薄膜壓力傳感器，在實驗樣品上粘貼有低溫應變片、繞有5-6匝線圈；與所述低溫霍爾傳感器、薄膜壓力傳感器、低溫應變片與線圈相配合，還設有屏蔽導線。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低溫環(huán)境下力磁耦合氣壓加載系統(tǒng)，包括低溫環(huán)境提供裝置、氣壓加載裝置與高磁場環(huán)境提供裝置，其中所述低溫環(huán)境提供裝置的氣體入口與氣壓加載裝置的氣體出口配合連接，所述磁場環(huán)境提供裝置分別與低溫環(huán)境提供裝置及氣壓加載裝置配合連接。本發(fā)明所述低溫環(huán)境下力磁耦合氣壓加載系統(tǒng)，可以克服現(xiàn)有技術(shù)中測試不全面與準確性差等缺陷，以具有測試全面與準確性好的優(yōu)點。
文檔編號G01N3/18GK102252914SQ20111011784
公開日2011年11月23日 申請日期2011年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月9日
發(fā)明者周又和, 趙沛 申請人:蘭州大學