專利名稱:一種77k環(huán)境下超導(dǎo)材料的力學(xué)性能試驗系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實用新型涉及超導(dǎo)材料測量技術(shù),具體地,涉及一種77K環(huán)境下超導(dǎo)材料的力學(xué)性能試驗系統(tǒng)。
背景技術(shù):
目前,在超導(dǎo)材料測量技術(shù)中,浸泡式低溫下力學(xué)性能測試技術(shù),是針對于特殊環(huán)境下超導(dǎo)材料的力學(xué)性能測試技術(shù)。上述浸泡式低溫下力學(xué)性能測試技術(shù),具體包括將試件放置到盛有低溫冷卻劑的杜瓦瓶內(nèi),運用外部的試樣、并對試樣進(jìn)行拉伸,以測試試樣在某一特定溫度下試樣的力學(xué)性能。在實現(xiàn)本實用新型的過程中,發(fā)明人發(fā)現(xiàn),上述浸泡式低溫下力學(xué)性能測試技術(shù), 至少存在以下缺陷⑴適用范圍小只能在特定溫度環(huán)境下進(jìn)行試驗,不能在變溫度環(huán)境下進(jìn)行試驗;⑵測量精度低若采用浸泡式,樣品需泡到冷卻劑(如液氮)中,冷卻劑會產(chǎn)生一定的浮力,影響變形傳感器(應(yīng)變儀)的測量精度;另外,浸泡式試驗降溫速率是一個未知的量,試樣中無法精確控制,因此,對于那些對降溫速率敏感的材料,大大影響其測量精度;⑶成本高浸泡式試驗前需要把測試試樣浸泡到冷卻劑中,試驗結(jié)束后,冷卻劑不能回收,造成一定的經(jīng)濟(jì)損失;⑷試驗時間長測試試樣與試驗夾具連接時,由于人為的因素,難免會發(fā)生試樣脫落,若采用浸泡式,當(dāng)試樣脫落時,重新連接試驗時,需要相當(dāng)繁瑣的過程,大大的浪費了試驗時間。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于,針對上述問題,提出一種77K環(huán)境下超導(dǎo)材料的力學(xué)性能試驗系統(tǒng),以實現(xiàn)適用范圍大、測量精度高、成本低與試驗時間短的優(yōu)點。為實現(xiàn)上述目的,本實用新型采用的技術(shù)方案是一種77K環(huán)境下超導(dǎo)材料的力學(xué)性能試驗系統(tǒng),包括用于為超導(dǎo)材料試樣提供77K連續(xù)降溫環(huán)境的環(huán)境箱,輸出口通過管道與所述環(huán)境箱的輸入口連接、且用于向環(huán)境箱提供液氮的液氮罐,分別通過導(dǎo)線與環(huán)境箱及液氮罐連接、且用于控制環(huán)境箱及液氮罐的內(nèi)部溫度的溫度控制箱,與環(huán)境箱軸承連接的循環(huán)風(fēng)機(jī),以及設(shè)置在環(huán)境箱中的低溫引伸計。進(jìn)一步地,在所述循環(huán)風(fēng)機(jī)與環(huán)境箱之間,設(shè)有軸承座;在所述環(huán)境箱的內(nèi)部,設(shè)有風(fēng)循環(huán)組件;所述循環(huán)風(fēng)機(jī)通過軸承座與風(fēng)循環(huán)組件連接。進(jìn)一步地,在所述環(huán)境箱的內(nèi)部,設(shè)有與超導(dǎo)材料試樣配合連接的力學(xué)性能測試組件。進(jìn)一步地,所述力學(xué)性能測試組件,包括分別夾持在超導(dǎo)材料試樣兩端的上夾具體與下夾具體,設(shè)在所述下夾具體下端的下拉桿,以及自下向上依次配合設(shè)置在所述上夾具體上端的上拉桿、連接件與負(fù)荷傳感器。進(jìn)一步地,在所述環(huán)境箱的內(nèi)部,設(shè)有與溫度控制箱配合設(shè)置的溫度控制組件。進(jìn)一步地,所述溫度控制組件包括端部伸出環(huán)境箱的至少一支溫度傳感器,每個溫度傳感器通過導(dǎo)線與溫度控制箱的第一連接端連接。進(jìn)一步地,所述溫度控制組件還包括熱補(bǔ)償加熱體,所述熱補(bǔ)償加熱體通過導(dǎo)線與溫度控制箱的第二連接端連接。進(jìn)一步地,在所述液氮罐的內(nèi)部,設(shè)有與液氮罐的輸出口配合連接的液氮噴霧量控制裝置;所述液氮噴霧量控制裝置,通過波紋管與環(huán)境箱的輸入口連接。進(jìn)一步地,在所述液氮罐的內(nèi)部,還設(shè)有熱電偶,所述熱電偶通過導(dǎo)線與溫度控制箱的第三連接端連接。進(jìn)一步地,所述環(huán)境箱的箱體為不銹鋼箱體,在所述不銹鋼箱體中填充有低導(dǎo)熱系統(tǒng)發(fā)泡型絕緣體;所述不銹鋼箱體具有前后分層設(shè)置的雙層結(jié)構(gòu),所述雙層結(jié)構(gòu)包括用于放置超導(dǎo)材料試樣與低溫引伸計的前面一層、以及用于放置風(fēng)循環(huán)組件的后面一層;在所述不銹鋼箱體的頂部,設(shè)有用于自由拆裝力學(xué)性能組件的凹槽結(jié)構(gòu)。本實用新型各實施例的77K環(huán)境下超導(dǎo)材料的力學(xué)性能試驗系統(tǒng),由于包括用于為超導(dǎo)材料試樣提供77K連續(xù)降溫環(huán)境的環(huán)境箱,輸出口通過管道與環(huán)境箱的輸入口連接、且用于向環(huán)境箱提供液氮的液氮罐,分別通過導(dǎo)線與環(huán)境箱及液氮罐連接、且用于控制環(huán)境箱及液氮罐的內(nèi)部溫度的溫度控制箱,與環(huán)境箱軸承連接的循環(huán)風(fēng)機(jī),以及設(shè)置在環(huán)境箱中的低溫引伸計;可以提供更加寬范圍的溫度力學(xué)測試環(huán)境,溫度測試范圍為從 100°C _196°C,包含了高溫區(qū)(100°C )、低溫區(qū)(<-120°C),超低溫區(qū)(<-150°C)等多個溫區(qū);從而可以克服現(xiàn)有技術(shù)中適用范圍小、測量精度低、成本高與試驗時間長的缺陷,以實現(xiàn)適用范圍大、測量精度高、成本低與試驗時間短的優(yōu)點。本實用新型的其它特征和優(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,或者通過實施本實用新型而了解。本實用新型的目的和其他優(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,對本實用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
附圖用來提供對本實用新型的進(jìn)一步理解,并且構(gòu)成說明書的一部分,與本實用新型的實施例一起用于解釋本實用新型,并不構(gòu)成對本實用新型的限制。在附圖中圖1為根據(jù)本實用新型77K環(huán)境下超導(dǎo)材料的力學(xué)性能試驗系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。結(jié)合附圖,本實用新型實施例中附圖標(biāo)記如下1-環(huán)境箱;2-循環(huán)風(fēng)機(jī);3-軸承座;4-下拉桿;5-下夾具體;6_超導(dǎo)材料試樣; 7-上拉桿;8-連接件;9-負(fù)荷傳感器;10-溫度傳感器;11-熱補(bǔ)償加熱體;12-溫度控制箱;13-液氮罐;14-液氮噴霧量控制裝置;15-熱電偶。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的優(yōu)選實施例進(jìn)行說明,應(yīng)當(dāng)理解,此處所描述的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本實用新型,并不用于限定本實用新型。根據(jù)本實用新型實施例,提供了一種77K環(huán)境下超導(dǎo)材料的力學(xué)性能試驗系統(tǒng)。 如圖1所示,本實施例包括用于為超導(dǎo)材料試樣6提供77K連續(xù)降溫環(huán)境的環(huán)境箱1,輸出口通過管道與環(huán)境箱1的輸入口連接、且用于向環(huán)境箱1提供液氮的液氮罐13,分別通過導(dǎo)線與環(huán)境箱1及液氮罐13連接、且用于控制環(huán)境箱1及液氮罐13的內(nèi)部溫度的溫度控制箱12,與環(huán)境箱1軸承連接的循環(huán)風(fēng)機(jī)2,以及設(shè)置在環(huán)境箱1中的低溫引伸計。進(jìn)一步地,在上述實施例中,在循環(huán)風(fēng)機(jī)2與環(huán)境箱1之間,設(shè)有軸承座3 ;在環(huán)境箱1的內(nèi)部,設(shè)有風(fēng)循環(huán)組件;循環(huán)風(fēng)機(jī)2通過軸承座3與風(fēng)循環(huán)組件連接。進(jìn)一步地,在上述實施例中,在環(huán)境箱1的內(nèi)部,設(shè)有與超導(dǎo)材料試樣6配合連接的力學(xué)性能測試組件。其中,上述力學(xué)性能測試組件,包括分別夾持在超導(dǎo)材料試樣6兩端的上夾具體與下夾具體5,設(shè)在下夾具體5下端的下拉桿4,以及自下向上依次配合設(shè)置在上夾具體上端的上拉桿7、連接件8與負(fù)荷傳感器9。進(jìn)一步地,在上述實施例中,在環(huán)境箱1的內(nèi)部,設(shè)有與溫度控制箱12配合設(shè)置的溫度控制組件。其中,上述溫度控制組件包括溫度控制組件包括端部伸出環(huán)境箱1的至少一支溫度傳感器(如溫度傳感器10),每個溫度傳感器通過導(dǎo)線與溫度控制箱12的第一連接端連接;溫度控制組件還包括熱補(bǔ)償加熱體11,所述熱補(bǔ)償加熱體11通過導(dǎo)線與溫度控制箱12 的第二連接端連接。進(jìn)一步地,在上述實施例中,在液氮罐13的內(nèi)部,設(shè)有與液氮罐13的輸出口配合連接的液氮噴霧量控制裝置14 ;液氮噴霧量控制裝置14,通過波紋管與環(huán)境箱1的輸入口連接;在液氮罐13的內(nèi)部,還設(shè)有熱電偶15,熱電偶15通過導(dǎo)線與溫度控制箱12的第三連接端連接。進(jìn)一步地,在上述實施例中,環(huán)境箱1的箱體為不銹鋼箱體,在不銹鋼箱體中填充有低導(dǎo)熱系統(tǒng)發(fā)泡型絕緣體;不銹鋼箱體具有前后分層設(shè)置的雙層結(jié)構(gòu),雙層結(jié)構(gòu)包括用于放置超導(dǎo)材料試樣6與低溫引伸計的前面一層、以及用于放置風(fēng)循環(huán)組件的后面一層; 在不銹鋼箱體的頂部,設(shè)有用于自由拆裝力學(xué)性能組件的凹槽結(jié)構(gòu)。在上述實施例中,環(huán)境箱1 (即低溫試驗箱)采用不銹鋼箱體,在不銹鋼箱體中填充有低導(dǎo)熱系統(tǒng)發(fā)泡型絕熱體,這樣可以使溫度保持均勻,熱波動較小,同時,大大節(jié)約了試驗成本。環(huán)境箱1的不銹鋼箱體是前后雙層設(shè)計的,箱體的前面一層為超導(dǎo)材料試樣6 以及低溫引伸計的放置空間,在這一層的不同位置設(shè)置兩支溫度傳感器,來檢測箱體內(nèi)的溫度情況;在箱體的后面一層設(shè)置功率可調(diào)的風(fēng)循環(huán)組件,在降溫過程中,啟動高功率的風(fēng)循環(huán)組件,可以在短時間內(nèi)使前層箱體的溫度達(dá)到均勻,由于風(fēng)循環(huán)組件在超導(dǎo)材料試樣6 測試中會影響測試精度,因此在試驗測試開始時,改調(diào)低功率的風(fēng)循環(huán),這樣就可以既不影響試驗的精度,又可以繼續(xù)保持箱體內(nèi)的溫度。通過溫度控制箱12,可以操控液氮罐13中的熱電耦加熱,使液氮氣化,達(dá)到加壓的目的,進(jìn)而使液氮罐13中的液氮通過波紋管被噴霧到環(huán)境箱1中,并由與環(huán)境箱1軸承連接的循環(huán)風(fēng)機(jī)2,帶動風(fēng)循環(huán)組件工作,使得超導(dǎo)材料試樣6處于一個均勻溫度場內(nèi)??梢詫囟冗M(jìn)行實時控制,具體地溫度控制箱12可以根據(jù)熱電耦所測溫度與給定的降溫溫度進(jìn)行比對,并進(jìn)行實時自動調(diào)節(jié),以達(dá)到恒定降溫速率。當(dāng)達(dá)到設(shè)定工作溫度后,液氮噴霧的工作狀態(tài)勢必不會立即停止,液氮的余量還會繼續(xù)噴入環(huán)境箱1,這樣,就會造成箱體內(nèi)的溫度會繼續(xù)降低,而無法到達(dá)設(shè)定溫度。區(qū)別于傳統(tǒng)降溫裝置,本溫度控制箱 12采用雙補(bǔ)償控制方式,即在箱體內(nèi)安裝有補(bǔ)償熱電偶15,溫度控制箱12可以同時控制液氮罐13中的熱電耦和環(huán)境箱1體內(nèi)的補(bǔ)償熱電偶15,當(dāng)達(dá)接近指定溫度時,啟動補(bǔ)償熱電耦加熱,并且通過程序設(shè)定補(bǔ)償熱電偶15的功率低于液氮噴霧的功率,因此可以很好的控制降溫溫度,防止了溫度的過沖。力學(xué)試驗測試組件機(jī)對100KN電子萬能試驗機(jī)進(jìn)行加高改造,以便完成超導(dǎo)材料試樣6 (長度< 120 mm的線材)大變形拉伸,移動橫梁可動行程為400 mm??紤]到超導(dǎo)絲的多尺度效應(yīng),在配有100KN電子萬能試驗機(jī)另配有20KN、2KN的力學(xué)傳感器,結(jié)合低溫試驗箱體,可以實現(xiàn)變溫下超導(dǎo)絲的多尺度測量。另外,上述77K環(huán)境下超導(dǎo)材料的力學(xué)性能試驗系統(tǒng),對100KN電子萬能試驗機(jī)進(jìn)行相關(guān)控制程序改造,可以進(jìn)行超導(dǎo)絲材在低/變溫環(huán)境下低頻率變幅力學(xué)疲勞、保載試驗。在環(huán)境箱1的頂部設(shè)置凹形槽結(jié)構(gòu),以保證力學(xué)試驗測試組件與環(huán)境箱1體可以自由拆裝。在上述實施例中,77K環(huán)境下超導(dǎo)材料的力學(xué)性能試驗系統(tǒng),具有以下特點⑴可以提供更加寬范圍的溫度力學(xué)測試環(huán)境,溫度測試范圍為從100°C _196°C, 包含了高溫區(qū)(100°c )、低溫區(qū)(<-120°C ),超低溫區(qū)(<_150°C )等多個溫區(qū);⑵可以在同一臺低溫容器完成噴霧式連續(xù)降溫與低溫浸泡(_196°C) 二種方式制冷,大大的提高了測量的效率;⑶運用噴霧式連續(xù)降溫系統(tǒng)可以對不同低溫溫度進(jìn)行考察,能夠在指定的時間內(nèi)從室溫降到或升到目標(biāo)溫度;⑷用一臺力學(xué)性能試驗系統(tǒng)可完成多組力-熱耦合試驗①常溫下力學(xué)性能(包括超導(dǎo)材料試樣6的拉、壓、彎)試驗(移開低溫容器);②變溫(150°C _196°C)下力學(xué)性能(包括超導(dǎo)材料試樣6的拉、壓、彎)試驗(用噴霧式連續(xù)降溫系統(tǒng));③根據(jù)超導(dǎo)材料試樣 6自身的性質(zhì),可實現(xiàn)變溫(150°C _196°C)下多組負(fù)荷高精度試驗(試驗機(jī)上配有100KN、 20KN、1KN、0. 25KN,可以通過試驗軟件任意切換);⑶運用噴霧式連續(xù)降溫系統(tǒng)可以通過程序控制,實現(xiàn)模擬變速降溫的過程,即降溫速率是可以任意控制的;(6)噴霧試驗時,爐內(nèi)均熱區(qū)長度可達(dá)150 mm (外文文獻(xiàn)報道最長80mm),均熱區(qū)內(nèi)溫度波動度士l°c,均熱區(qū)內(nèi)溫差彡3°C ;(7)在該系統(tǒng)設(shè)計中,采用單超導(dǎo)材料試樣6試驗,快速更換超導(dǎo)材料試樣6結(jié)構(gòu), 可大大節(jié)約試驗時間(超導(dǎo)材料試樣6拉斷后,連同拉桿等一起用橫梁移動拉出爐外,更換超導(dǎo)材料試樣6即可)。綜上所述,本實用新型各實施例的77K環(huán)境下超導(dǎo)材料的力學(xué)性能試驗系統(tǒng),由于包括用于為超導(dǎo)材料試樣提供77K連續(xù)降溫環(huán)境的環(huán)境箱,輸出口通過管道與環(huán)境箱的輸入口連接、且用于向環(huán)境箱提供液氮的液氮罐,分別通過導(dǎo)線與環(huán)境箱及液氮罐連接、且用于控制環(huán)境箱及液氮罐的內(nèi)部溫度的溫度控制箱,與環(huán)境箱軸承連接的循環(huán)風(fēng)機(jī),以及設(shè)置在環(huán)境箱中的低溫引伸計;可以提供更加寬范圍的溫度力學(xué)測試環(huán)境,溫度測試范圍為從100°C -196°c,包含了高溫區(qū)(100°C )、低溫區(qū)(<-120°C),超低溫區(qū)(<-150°C)等多個溫區(qū);從而可以克服現(xiàn)有技術(shù)中適用范圍小、測量精度低、成本高與試驗時間長的缺陷, 以實現(xiàn)適用范圍大、測量精度高、成本低與試驗時間短的優(yōu)點。 最后應(yīng)說明的是以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已,并不用于限制本實用新型,盡管參照前述實施例對本實用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明,對于本領(lǐng)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(jìn)行修改,或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi),所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等,均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種77K環(huán)境下超導(dǎo)材料的力學(xué)性能試驗系統(tǒng),其特征在于,包括用于為超導(dǎo)材料試樣提供77K連續(xù)降溫環(huán)境的環(huán)境箱,輸出口通過管道與所述環(huán)境箱的輸入口連接、且用于向環(huán)境箱提供液氮的液氮罐,分別通過導(dǎo)線與環(huán)境箱及液氮罐連接、且用于控制環(huán)境箱及液氮罐的內(nèi)部溫度的溫度控制箱,與環(huán)境箱軸承連接的循環(huán)風(fēng)機(jī),以及設(shè)置在環(huán)境箱中的低溫引伸計。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的77K環(huán)境下超導(dǎo)材料的力學(xué)性能試驗系統(tǒng),其特征在于,在所述循環(huán)風(fēng)機(jī)與環(huán)境箱之間,設(shè)有軸承座;在所述環(huán)境箱的內(nèi)部,設(shè)有風(fēng)循環(huán)組件;所述循環(huán)風(fēng)機(jī)通過軸承座與風(fēng)循環(huán)組件連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的77K環(huán)境下超導(dǎo)材料的力學(xué)性能試驗系統(tǒng),其特征在于,在所述環(huán)境箱的內(nèi)部,設(shè)有與超導(dǎo)材料試樣配合連接的力學(xué)性能測試組件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的77K環(huán)境下超導(dǎo)材料的力學(xué)性能試驗系統(tǒng),其特征在于,所述力學(xué)性能測試組件,包括分別夾持在超導(dǎo)材料試樣兩端的上夾具體與下夾具體,設(shè)在所述下夾具體下端的下拉桿,以及自下向上依次配合設(shè)置在所述上夾具體上端的上拉桿、連接件與負(fù)荷傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的77K環(huán)境下超導(dǎo)材料的力學(xué)性能試驗系統(tǒng),其特征在于,在所述環(huán)境箱的內(nèi)部,設(shè)有與溫度控制箱配合設(shè)置的溫度控制組件。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的77K環(huán)境下超導(dǎo)材料的力學(xué)性能試驗系統(tǒng),其特征在于,所述溫度控制組件包括端部伸出環(huán)境箱的至少一支溫度傳感器,每個溫度傳感器通過導(dǎo)線與溫度控制箱的第一連接端連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的77K環(huán)境下超導(dǎo)材料的力學(xué)性能試驗系統(tǒng),其特征在于, 所述溫度控制組件還包括熱補(bǔ)償加熱體,所述熱補(bǔ)償加熱體通過導(dǎo)線與溫度控制箱的第二連接端連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的77K環(huán)境下超導(dǎo)材料的力學(xué)性能試驗系統(tǒng),其特征在于,在所述液氮罐的內(nèi)部,設(shè)有與液氮罐的輸出口配合連接的液氮噴霧量控制裝置;所述液氮噴霧量控制裝置,通過波紋管與環(huán)境箱的輸入口連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的77K環(huán)境下超導(dǎo)材料的力學(xué)性能試驗系統(tǒng),其特征在于,在所述液氮罐的內(nèi)部,還設(shè)有熱電偶,所述熱電偶通過導(dǎo)線與溫度控制箱的第三連接端連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的77K環(huán)境下超導(dǎo)材料的力學(xué)性能試驗系統(tǒng),其特征在于,所述環(huán)境箱的箱體為不銹鋼箱體,在所述不銹鋼箱體中填充有低導(dǎo)熱系統(tǒng)發(fā)泡型絕緣體;所述不銹鋼箱體具有前后分層設(shè)置的雙層結(jié)構(gòu),所述雙層結(jié)構(gòu)包括用于放置超導(dǎo)材料試樣與低溫引伸計的前面一層、以及用于放置風(fēng)循環(huán)組件的后面一層;在所述不銹鋼箱體的頂部,設(shè)有用于自由拆裝力學(xué)性能組件的凹槽結(jié)構(gòu)。
專利摘要本實用新型公開了一種77K環(huán)境下超導(dǎo)材料的力學(xué)性能試驗系統(tǒng),包括用于為超導(dǎo)材料試樣提供77K連續(xù)降溫環(huán)境的環(huán)境箱,輸出口通過管道與所述環(huán)境箱的輸入口連接、且用于向環(huán)境箱提供液氮的液氮罐,分別通過導(dǎo)線與環(huán)境箱及液氮罐連接、且用于控制環(huán)境箱及液氮罐的內(nèi)部溫度的溫度控制箱,與環(huán)境箱軸承連接的循環(huán)風(fēng)機(jī),以及設(shè)置在環(huán)境箱中的低溫引伸計。本實用新型所述77K環(huán)境下超導(dǎo)材料的力學(xué)性能試驗系統(tǒng),可以克服現(xiàn)有技術(shù)中適用范圍小、測量精度低、成本高與試驗時間長等缺陷,以實現(xiàn)適用范圍大、測量精度高、成本低與試驗時間短的優(yōu)點。
文檔編號G01N3/18GK202182852SQ20112025109
公開日2012年4月4日 申請日期2011年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月15日
發(fā)明者關(guān)明智, 王省哲 申請人:蘭州大學(xué)