專利名稱：材料表面覆冰粘附強度測量系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于覆冰測量領(lǐng)域，具體涉及一種材料表面覆冰粘附強度測量系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
覆冰是一種美妙的自然景觀，但對于長期裸露于室外大氣條件下的材料來說卻是一種災(zāi)難，如架空輸電線路、飛機機翼、通訊鐵塔等材料表面覆冰后將導致機械負荷增加， 引起輸電線路斷線或倒塔等、飛機負荷超重或負荷不均等、通訊鐵塔倒塌或變形等安全事故的發(fā)生。采用新型涂層來抑制和減小材料表面覆冰的粘附強度，將有利于抑制和緩解材料表面覆冰的形成和增長，同時也有利于材料表面除冰脫冰工作的開展，由此也成為電力、 通訊、航空等行業(yè)防冰除冰主要選擇措施之一。在選擇和應(yīng)用涂層防冰過程中，對涂層表面的覆冰粘附強度進行測試分析，優(yōu)選覆冰粘附強度較小的涂層材料將更有利于材料表面防冰除冰工作的開展。為了測試不同材料表面的覆冰粘附強度，國內(nèi)外研究人員設(shè)計并制備了不同的覆冰粘附力測量系統(tǒng)，如離心力法覆冰粘附強度測量系統(tǒng)、圓柱推拉法覆冰粘附強度測量裝置、彎曲折斷法覆冰粘附強度測量裝置等。但是這些測量系統(tǒng)均存在結(jié)構(gòu)復雜、測試樣品結(jié)構(gòu)單一、加力系統(tǒng)需較高的線性度、操作復雜等方面的缺點，為此這些已有的覆冰粘附強度測試設(shè)備并不利于材料表面覆冰粘附強度研究和測試工作的開展。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有覆冰粘附強度測量系統(tǒng)的不足，本發(fā)明提供了一種小型、便攜式材料表面覆冰粘附強度測量系統(tǒng)，特別是針對金屬導線涂層表面覆冰粘附強度的測量系統(tǒng)， 該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，可實現(xiàn)對不同形狀材料表面覆冰粘附強度進行測量。一種材料表面覆冰粘附強度測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括施力砝碼、拉力計、凍冰模具、 固定裝置、牽引繩、定滑輪和計算機；在進行覆冰粘附強度測量時，其連接關(guān)系為凍冰模具和待測樣品通過覆冰連接在一起，待測樣品由固定裝置固定，牽引繩一端經(jīng)拉力計與凍冰模具相連，另一端繞過定滑輪和施力砝碼相連，拉力計的數(shù)據(jù)輸出端通過數(shù)據(jù)傳輸線經(jīng)拉力檢測儀表和計算機相連。所述凍冰模具通常為開口容器，一般由不銹鋼材質(zhì)制成，所述開口容器可以是無底的兩端開口的容器，也可以為一端開口，另一端有底的容器，在其底部可以設(shè)置注水入口。如圖2所示，開口容器的截面形狀包括正方形、長方形、圓形、弧形、彎月形等，典型凍冰模具有 2cm X 2cm、2cm X 3cm、3cm X km、Φ 2cm、Φ 3cm、Φ km、Φ 5cm 等規(guī)格。測量導線的凍冰模具為一端開口為拱形凹槽的容器(圖2 (f))，有3. 14cmX2cm, 1. 57cmX2cm等規(guī)格，其中，3. 14cm和1.57cm指拱形的弧長，2cm指凹槽的長度。所述施力砝碼是由大量質(zhì)量不同的標準砝碼組成，所述測試用標準砝碼包括重量分別為 5g、10g、20g、50g、100g、200g、300g、500g、IOOOg 等的標準砝碼，用來實現(xiàn) 49mN、 98mN、196mN、490mN、980mN、l. 96N、2. 94N、4. 9N、9. 8N等外力的作用，通過不同組合方式實現(xiàn)
線性拉力增加。所述拉力計為數(shù)顯式拉力計，其量程可以為50N、200N或1000N等。所述固定裝置可選用由調(diào)節(jié)卡槽和固定卡具組成的鉗口狀固定裝置，鉗口間距可自由調(diào)節(jié)，以實現(xiàn)對不同長度待測樣品的固定。所述的牽引繩為彈性較小的繩，如鋼絲、鋼繩、棉線、麻繩等，所述定滑輪的直徑可以為Φ 10cm、Φ 20cm或Φ 30cm等尺寸。上述測量系統(tǒng)進行覆冰粘附強度測量的方法為(1)用凍冰模具在待測樣品表面進行覆冰，使凍冰模具與待測樣品凍結(jié)在一起。(2)將與凍冰模具凍結(jié)在一起的待測樣品通過固定裝置固定好，而后利用牽引繩將凍冰模具經(jīng)拉力計和定滑輪與施力砝碼相連，并將拉力計的數(shù)據(jù)輸出端通過數(shù)據(jù)傳輸線經(jīng)拉力測量儀表與計算機相連。(3)在計算機中輸入凍冰模具與待測樣品的接觸面積，并對凍冰模具所承受的單位面積拉力進行監(jiān)測，拉力計輸出信號經(jīng)拉力檢測儀表將施力砝碼側(cè)施加的拉力實時送往計算機進行存儲記錄，逐漸增加砝碼的質(zhì)量直至凍冰模具與待測樣品表面間發(fā)生脫落，記錄施力砝碼的總重量并從計算機上讀取待測樣品的覆冰粘附強度。本發(fā)明的有益效果是設(shè)計了一種結(jié)構(gòu)簡單、易操作的材料表面覆冰粘附力測量系統(tǒng)，適用于工廠、實驗室等單位對不同材料表面覆冰粘附力的測量分析，通過采用不同重量標準砝碼實現(xiàn)了線性拉力增長的效果，通過調(diào)整凍冰模具的大小實現(xiàn)了測量精度的提高。


圖1覆冰粘附強度測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖2覆冰粘附強度測試用的凍冰模具，a截面為長方形的凍冰模具，b截面為正方形的凍冰模具，c截面為圓形的凍冰模具，d截面為半圓形的凍冰模具，e截面為彎月形的凍冰模具，f開口為拱形凹槽的凍冰模具；圖3實施例1中所用的凍冰模具；
圖4實施例2中所用的凍冰模具；圖中標號1定滑輪，2施力砝碼，3調(diào)節(jié)卡槽，4固定卡具，5凍冰模具，5-1拉環(huán)， 5-2注水入口，6待測樣品，7拉力計，8拉力測量儀表，9計算機，10牽引繩。
具體實施例方式下面的實施例可以使本專業(yè)技術(shù)人員更全面的理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。實施例1如圖1所示，材料表面覆冰粘附強度測量系統(tǒng)由定滑輪1，施力砝碼2，調(diào)節(jié)卡槽3， 固定卡具4，凍冰模具5，牽引繩10，拉力計7，拉力測量儀表8和計算機9組成。所述凍冰模具5是由不銹鋼材質(zhì)制備成的開口容器，開口容器的截面形狀為長方形，規(guī)格為2cmX3cm，開口容器底部中心設(shè)置有拉環(huán)5_1，可通過牽引繩10與拉力計7相連，底部還設(shè)置有注水入口 5-2(如圖3)。待測樣品6是長寬分別為km、3cm的長方形鋁板。調(diào)節(jié)卡槽3和固定卡具4組成固定裝置，調(diào)節(jié)卡槽3由兩支架組成，兩支架安裝在固定卡具4上，呈鉗口狀，且鉗口間距可調(diào)節(jié)，用以固定待測樣品。所述牽引繩10為鋼絲。所述施力砝碼2是由大量質(zhì)量不同的標準砝碼組成，所述測試用標準砝碼包括重量分別為 5g、10g、20g、50g、100g、200g、300g、500g、IOOOg 的標準砝碼。所述拉力計7是量程為1000N的數(shù)顯式拉力計。進行覆冰粘附強度測量的方法為1、首先利用凍冰模具5在待測樣品6表面進行覆冰使凍冰模具5開口朝下并置于待測樣品6上面，放于人工氣候箱中，人工氣候箱的溫度設(shè)置為_6°C，冷卻30min，使凍冰模具5、待測樣品6溫度達到與氣候箱溫度一致，而后通過注水入口 5-2往凍冰模具5中注入少量的水，以形成1 2mm厚的水膜，待水膜凍結(jié)30min使凍冰模具5和待測樣品6之間密封接觸后，再通過注水入口 5-2往凍冰模具5中注滿水，并凍結(jié)池。2、將與凍冰模具5凍結(jié)好的待測樣品6移入固定裝置中，并調(diào)整調(diào)節(jié)卡槽3使待測樣品6固定好且凍冰模具5表面不與調(diào)節(jié)卡槽3發(fā)生摩擦。而后利用鋼絲將凍冰模具5 經(jīng)拉力計7和定滑輪1與施力砝碼2相連，同時將拉力計7的數(shù)據(jù)輸出端通過數(shù)據(jù)傳輸線經(jīng)拉力檢測儀表8與計算機9相連。除拉力測量儀表8和計算機9外，其它裝置都處于人工氣候箱中。3、打開拉力檢測儀表8和計算機9，并在計算機9中輸入凍冰模具5與待測樣品6 的接觸面積(面積為6cm2)，并開始對凍冰模具5所承受的單位面積拉力進行監(jiān)測。小心并均勻增加砝碼2的質(zhì)量直至凍冰模具5與待測樣品6表面間發(fā)生脫落，記錄砝碼2的總重量并從計算機9上讀取待測樣品6的覆冰粘附強度。實施例2材料表面覆冰粘附強度測量系統(tǒng)由定滑輪1，施力砝碼2，調(diào)節(jié)卡槽3，固定卡具4， 凍冰模具5，拉力計7，牽引繩10，拉力測量儀表8和計算機9組成。所述凍冰模具5是由不銹鋼材質(zhì)制備成的開口容器，開口容器的截面形狀為圓形，規(guī)格為03cm，即截面的直徑為3cm。所述開口容器為無底的兩端開口的容器，容器側(cè)面可與牽引繩10相連(如圖4)。待測樣品6是直徑為km的圓形環(huán)氧板。調(diào)節(jié)卡槽3和固定卡具4組成固定裝置，調(diào)節(jié)卡槽3由兩支架組成，兩支架安裝在固定卡具4上，呈鉗口狀，且鉗口間距可調(diào)節(jié)，用以固定待測樣品6。所述牽引繩10為棉線。所述施力砝碼2是由大量質(zhì)量不同的標準砝碼組成，所述測試用標準砝碼包括重量分別為 5g、10g、20g、50g、100g、200g、300g、500g、IOOOg 的標準砝碼。所述拉力計7是量程為1000N的數(shù)顯式拉力計。進行覆冰粘附強度測量的方法為1、首先利用凍冰模具5在待測樣品6表面進行覆冰將凍冰模具5置于待測樣品 6上面，并放于人工氣候箱中，人工氣候箱的溫度設(shè)置為_6°C，冷卻30min，使凍冰模具5、待測樣品6溫度達到與氣候箱溫度一致，而后往凍冰模具5中注入少量的水，以形成1 2mm 厚的水膜，待水膜凍結(jié)30min使凍冰模具5和待測樣品6之間密封接觸后，再往凍冰模具5 中注滿水，并凍結(jié)池。2、將與凍冰模具5凍結(jié)好的待測樣品6移入固定裝置中，并調(diào)整調(diào)節(jié)卡槽3使待測樣品6固定好且凍冰模具5表面不與調(diào)節(jié)卡槽3發(fā)生摩擦。而后利用棉線將凍冰模具5 與拉力計7相連，并經(jīng)定滑輪1后與施力砝碼2相連，同時將拉力計7的數(shù)據(jù)輸出端通過數(shù)據(jù)傳輸線經(jīng)拉力檢測儀表8與計算機9相連。除拉力測量儀表8和計算機9外，其它裝置都處于人工氣候箱中。3、打開拉力檢測儀表8和計算機9，并在計算機9中輸入凍冰模具5與待測樣品6 的接觸面積(面積約為7cm2)，并開始對凍冰模具5所承受的單位面積拉力進行監(jiān)測。小心并均勻增加砝碼2的質(zhì)量直至凍冰模具5與待測樣品6表面間發(fā)生脫落，記錄砝碼2的總重量并從計算機9上讀取待測樣品6的覆冰粘附強度。實施例3材料表面覆冰粘附強度測量系統(tǒng)由定滑輪1，施力砝碼2，調(diào)節(jié)卡槽3，固定卡具4， 凍冰模具5，牽引繩10，拉力計7，拉力測量儀表8和計算機9組成。待測樣品6為鋁導線，長度為10cm，導線截面半徑為2cm。凍冰模具5為兩端開口的容器，且一端開口形狀為拱形凹槽(如圖2 (f))，本實施例中，所述拱形為1/4圓形，半徑為2cm，凹槽的長度為2cm，即凍冰模具的規(guī)格為 3. 14cmX2cm0凍冰模具5的側(cè)面可與牽引繩10相連。調(diào)節(jié)卡槽3和固定卡具4組成固定裝置，調(diào)節(jié)卡槽3由兩支架組成，兩支架安裝在固定卡具4上，呈鉗口狀，且鉗口間距可調(diào)節(jié)，用以固定待測樣品6。所述牽引繩10為鋼絲。所述施力砝碼2是由大量質(zhì)量不同的標準砝碼組成，所述測試用標準砝碼包括重量分別為 5g、10g、20g、50g、100g、200g、300g、500g、IOOOg 的標準砝碼。所述拉力計7是量程為1000N的數(shù)顯式拉力計。進行覆冰粘附強度測量的方法為1、利用凍冰模具5在鋁導線表面進行覆冰鋁導線和凍冰模具5放于人工氣候箱中，將凍冰模具5放置于鋁導線上面，并使鋁導線嵌入凍冰模具5的拱形凹槽中，人工氣候箱的溫度設(shè)置為_6°C，冷卻30min，使凍冰模具5、鋁導線溫度達到與氣候箱溫度一致，而后往凍冰模具5中注入少量的水，以形成1 2mm厚的水膜，待水膜凍結(jié)30min使凍冰模具5 和鋁導線之間密封接觸后，再往凍冰模具5注滿水，并凍結(jié)池。2、將與凍冰模具5凍結(jié)好的鋁導線移入固定裝置中，并調(diào)整調(diào)節(jié)卡槽3使鋁導線固定好且凍冰模具5表面不與調(diào)節(jié)卡槽3發(fā)生摩擦。而后利用鋼絲將凍冰模具5經(jīng)拉力計 7和定滑輪1與施力砝碼2相連，同時將拉力計7的數(shù)據(jù)輸出端通過數(shù)據(jù)傳輸線經(jīng)拉力檢測儀表8與計算機9相連。除拉力測量儀表8和計算機9外，其它裝置都處于人工氣候箱中。3、打開拉力檢測儀表8和計算機9，并在計算機9中輸入凍冰模具5與鋁導線的接觸面積(面積為O η X2cm/4) X 2cm = 6. 3cm2)，并開始對凍冰模具5所承受的單位面積拉力進行監(jiān)測。小心并均勻增加砝碼2的質(zhì)量直至凍冰模具5與鋁導線表面發(fā)生脫落，記錄砝碼2的總重量并從計算機9上讀取鋁導線的覆冰粘附強度。 以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種材料表面覆冰粘附強度測量系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括施力砝碼O)、拉力計(7)、凍冰模具(5)、固定裝置、牽引繩(10)、定滑輪(1)和計算機(9)，連接關(guān)系為凍冰模具( 和待測樣品(6)通過覆冰連接在一起，待測樣品(6)由固定裝置固定，牽引繩(10) 一端經(jīng)拉力計(7)與凍冰模具(5)相連，另一端繞過定滑輪⑴和施力砝碼(2)相連，拉力計(7)的數(shù)據(jù)輸出端通過數(shù)據(jù)傳輸線經(jīng)拉力檢測儀表⑶和計算機(9)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量系統(tǒng)，其特征在于所述凍冰模具(5)是開口容器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測量系統(tǒng)，其特征在于所述開口容器是無底的兩端開口的容器；或所述開口容器為一端開口，另一端有底的容器，在其底部設(shè)置有注水入口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量系統(tǒng)，其特征在于所述的凍冰模具(5)由不銹鋼材質(zhì)制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測量系統(tǒng)，其特征在于所述的凍冰模具(5)的截面形狀為正方形、長方形、圓形、弧形或彎月形，用于測量導線的凍冰模具(5)是一端開口為拱形凹槽的容器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測量系統(tǒng)，其特征在于凍冰模具(5)的規(guī)格為2cmX2cm、 2cmX3cm、3cmX4cm、C>2cm、C>3cm、C>4cm、C>5cm、3. 14cmX2cm 或 1. 57cmX2cm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量系統(tǒng)，其特征在于所述拉力計(7)是數(shù)顯式拉力計。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量系統(tǒng)，其特征在于所述固定裝置由調(diào)節(jié)卡槽(3)和固定卡具⑷組成，呈鉗口狀，鉗口間距可自由調(diào)節(jié)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量系統(tǒng)，其特征在于所述的牽引繩(10)為鋼絲、鋼繩、棉線或麻繩。
10.一種材料表面覆冰粘附強度測量方法其特征在于該方法包括如下步驟(1)用凍冰模具( 在待測試品(6)表面進行覆冰，使凍冰模具( 與待測試樣(6)間凍結(jié)在一起；(2)將與凍冰模具( 凍結(jié)在一起的待測試樣(6)通過固定裝置固定好，而后利用牽引繩(10)將凍冰模具( 經(jīng)拉力計(7)和定滑輪(1)與施力砝碼( 相連，并將拉力計(7) 的數(shù)據(jù)輸出端通過數(shù)據(jù)傳輸線經(jīng)拉力測量儀表(8)與計算機(9)相連；(3)在計算機(9)中輸入凍冰模具( 與待測樣品(6)的接觸面積，并對凍冰模具(5) 所承受的單位面積拉力進行監(jiān)測，拉力計(7)輸出信號經(jīng)拉力檢測儀表(8)將施力砝碼(2) 側(cè)施加的拉力實時送往計算機(9)進行存儲記錄，逐漸增加砝碼的質(zhì)量直至凍冰模具(5) 與待測試樣(6)表面間發(fā)生脫落，記錄施力砝碼O)的總重量并從計算機(9)上讀取待測試樣(6)的覆冰粘附強度。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于覆冰測量領(lǐng)域一種材料表面覆冰粘附強度測量系統(tǒng)及方法。該系統(tǒng)包括施力砝碼、拉力計、凍冰模具、固定裝置、牽引繩、定滑輪和計算機。凍冰模具和待測樣品通過覆冰連接在一起，待測樣品由固定裝置固定，牽引繩一端經(jīng)拉力計與凍冰模具相連，另一端經(jīng)過定滑輪和施力砝碼相連，拉力計的數(shù)據(jù)輸出端通過數(shù)據(jù)傳輸線和計算機相連。本發(fā)明公開的材料表面覆冰粘附力測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、方法易操作，適用于工廠、實驗室等單位對不同材料表面覆冰粘附力的測量分析。
文檔編號G01N19/04GK102288542SQ20111020636
公開日2011年12月21日 申請日期2011年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月22日
發(fā)明者劉云鵬, 呂玉珍, 律方成, 李成榕, 汪佛池 申請人:華北電力大學(保定)