一種用于測量固-固接觸界面換熱系數(shù)的裝置及其測量方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于測量固-固接觸界面換熱系數(shù)的裝置及其測量方法，該裝置包括：工作臺、加熱裝置、導(dǎo)正保溫裝置、加載裝置和信息處理系統(tǒng)，通過導(dǎo)正保溫裝置的導(dǎo)正軸套的特殊導(dǎo)正結(jié)構(gòu)能夠大大提高兩試樣端面對準(zhǔn)的精確性，解決了目前存在的固體接觸界面接觸精度不高的問題。本發(fā)明的加載裝置能夠在短時(shí)間內(nèi)快速加載至大載荷，并保持實(shí)驗(yàn)過程中載荷平穩(wěn)。該裝置可用于研究固-固接觸溫度、接觸壓力以及接觸表面粗糙度對界面換熱系數(shù)的影響，設(shè)計(jì)精確，結(jié)構(gòu)合理，操作簡便，具有很高的可靠性和實(shí)用性。
【專利說明】—種用于測量固-固接觸界面換熱系數(shù)的裝置及其測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及塑性加工【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種用于測量固-固接觸界面換熱系數(shù)的裝置及其測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]雙輥薄帶連鑄技術(shù)較之傳統(tǒng)的板帶生產(chǎn)工藝具有諸多優(yōu)勢，是被廣泛研究的一項(xiàng)革命性技術(shù)。雙輥薄帶連鑄過程中結(jié)晶輥與金屬熔體間的界面?zhèn)鳠釋﹁T帶質(zhì)量與工藝參數(shù)的制定都有著顯著影響，對其進(jìn)行研究具有非常重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。雙輥薄帶連鑄過程中高溫金屬液與結(jié)晶輥會發(fā)生急速冷卻，根據(jù)金屬液的狀態(tài)及接觸情況可將熔池與結(jié)晶輥接觸表面劃分為四個(gè)區(qū)域，分別為液相接觸區(qū)、相變區(qū)、收縮區(qū)及軋制區(qū)。從界面換熱的角度看，在軋制區(qū)域金屬液已完全凝固成殼，它與結(jié)晶輥的接觸換熱涉及到固-固接觸界面?zhèn)鳠岬念I(lǐng)域。由于接觸界面換熱系數(shù)是一個(gè)對多種工藝參數(shù)都具有敏感性的宏觀參數(shù)，在軋制區(qū)，不同界面載荷、不同接觸面溫度、不同接觸面狀態(tài)和不同中間介質(zhì)等條件都會對換熱系數(shù)造成影響，因此，研究固體間接觸界面換熱系數(shù)越來越受到關(guān)注和重視。
[0003]在已經(jīng)公開的中國專利申請?zhí)枮?00810013023.0、專利名稱為高溫固體界面動(dòng)態(tài)接觸換熱系數(shù)的測量方法和測量裝置的專利文獻(xiàn)中，公開了一種用于測量固體動(dòng)態(tài)接觸換熱系數(shù)的裝置。該裝置將實(shí)驗(yàn)設(shè)于真空室中進(jìn)行，解決了溫度區(qū)間偏低、傳熱過程難以實(shí)現(xiàn)的動(dòng)態(tài)化的問題。在已經(jīng)公開的中國專利申請?zhí)枮?00810228154.0、專利名稱為基于瞬態(tài)法的固體界面接觸換熱系數(shù)測量方法和裝置的專利文獻(xiàn)中，公開了一種用于測量固體界面接觸換熱系數(shù)的裝置。該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)兩種不同溫度試樣動(dòng)態(tài)接觸，并對接觸后熱流交換弓I起的溫度變化數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。
[0004]但是，現(xiàn)有的這些實(shí)驗(yàn)裝置都存在以下局限:(I)兩固體試樣界面接觸不穩(wěn)定，精度不夠高。(2)無法在短時(shí)間內(nèi)使固體接觸界面處快速達(dá)到較高載荷水平。
[0005]因此，為了克服上述不足，需要設(shè)計(jì)出一種試樣對準(zhǔn)精度較高并且可以快速獲得大載荷的試驗(yàn)裝置，以便于更好地測量固-固接觸界面換熱系數(shù)，提高數(shù)據(jù)的可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了一種用于測量固-固接觸界面換熱系數(shù)的裝置，其能夠?qū)崿F(xiàn)提高試樣對準(zhǔn)精度以及在短時(shí)間內(nèi)快速獲得大載荷的功能，從而提高測量固-固接觸界面換熱系數(shù)所獲得數(shù)據(jù)的可靠性。
[0007]為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種用于測量固-固接觸界面換熱系數(shù)的裝置，包括:工作臺、加熱裝置、導(dǎo)正保溫裝置、加載裝置和信息處理系統(tǒng)，加熱裝置設(shè)于工作臺左側(cè)，其特征在于，加熱裝置右側(cè)設(shè)有導(dǎo)正保溫裝置，所述導(dǎo)正保溫裝置分為內(nèi)外兩層，內(nèi)層為導(dǎo)正軸套，外層為絕緣筒，導(dǎo)正保溫裝置中部設(shè)有熱電偶，熱電偶連接數(shù)據(jù)采集模塊，導(dǎo)正保溫裝置下部通過滑軌固定于工作臺上，導(dǎo)正保溫裝置可沿滑軌左右移動(dòng)，加熱裝置與導(dǎo)正保溫裝置之間設(shè)有承載塊，第一試樣左端位于加熱裝置中，右端位于導(dǎo)正保溫裝置中，第一試樣與其右端的第二試樣在導(dǎo)正保溫裝置中接觸，接觸界面位于熱電偶處，工作臺右側(cè)設(shè)有加載裝置。
[0008]進(jìn)一步地，所述加載裝置包括加載推桿、伺服電機(jī)、加載滑塊和絲杠，所述伺服電機(jī)設(shè)于工作臺最右端，絲杠右端與伺服電機(jī)的動(dòng)力輸出端相連，絲杠位于工作臺右側(cè)的滑塊槽中，絲杠上設(shè)有沿滑塊槽左右移動(dòng)的加載滑塊，加載推桿固定在加載滑塊上部，加載頂桿左端設(shè)有壓力傳感器。
[0009]進(jìn)一步地，所述加載裝置還包括固定在工作臺上導(dǎo)正塊，所述加載推桿左端穿過導(dǎo)正塊上的導(dǎo)正孔，導(dǎo)正塊上導(dǎo)正孔的軸心與導(dǎo)正保溫裝置的軸心共線。
[0010]進(jìn)一步地，所述加載推桿整體呈“F”形。
[0011]進(jìn)一步地，所述承載塊可分為上、下兩部分，兩部分由活頁連接，合并后中部設(shè)有通孔。
[0012]進(jìn)一步地，所述第一試樣中部設(shè)有環(huán)形凹槽，所述環(huán)形凹槽與所述通孔相配合。
[0013]進(jìn)一步地，所述導(dǎo)正軸套兩端內(nèi)側(cè)為錐面，中部內(nèi)側(cè)為柱面。
[0014]進(jìn)一步地，所述錐面的錐度為1°至5°。
[0015]進(jìn)一步地，所述試驗(yàn)裝置還包括設(shè)置在滑軌上的擋位銷，用于對導(dǎo)正保溫裝置進(jìn)行位置固定。
[0016]一種測量固-固接觸界面換熱系數(shù)的方法，包括以下步驟:
a.將導(dǎo)正保溫裝置滑至滑軌最右側(cè)，打開承載塊上半部分，將第一試樣的左端放入加熱裝置中，第一試樣的環(huán)形槽裝卡在承載塊的通孔位置上，以防止加載時(shí)試樣發(fā)生軸向移動(dòng)；
b.合并承載塊上半部分，向左滑動(dòng)導(dǎo)正保溫裝置，使第一試樣右端伸入導(dǎo)正軸套，滑至導(dǎo)正保溫裝置左端面貼緊承載塊，將擋位銷插入滑軌上的銷孔，以固定導(dǎo)正保溫裝置的位置；
c.將第二試樣的左端從導(dǎo)正保溫裝置右側(cè)伸入導(dǎo)正軸套，使第一試樣與第二試樣在導(dǎo)正軸套中接觸，接觸界面在熱電偶處，開啟加熱裝置，將第一試樣加熱至設(shè)定溫度；
d.加熱完畢后，啟動(dòng)伺服電機(jī)，使絲杠正轉(zhuǎn)，在絲杠的驅(qū)動(dòng)下，加載滑塊帶動(dòng)加載推桿沿工作臺的滑塊槽向左滑動(dòng)，加載推桿水平段穿過導(dǎo)正塊向第二試樣靠近，加載推桿左端的壓力傳感器最終與第二試樣右端相接觸，然后開始對試樣進(jìn)行加載；
e.壓力傳感器獲取載荷數(shù)據(jù)并反饋于信息處理系統(tǒng)，在達(dá)到設(shè)定載荷后，信息處理系統(tǒng)調(diào)節(jié)伺服電機(jī)達(dá)到保持載荷穩(wěn)定的功能；
f.加載完畢后，實(shí)驗(yàn)開始進(jìn)行，數(shù)據(jù)采集模塊通過熱電偶獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并記錄于信息處理系統(tǒng)，兩試樣接觸一段時(shí)間后得到測溫點(diǎn)的溫度變化曲線，通過數(shù)值計(jì)算能夠算得所求的接觸界面換熱系數(shù)，通過改變壓力、接觸溫度以及試樣接觸表面粗糙度研究不同參數(shù)對界面換熱系數(shù)的影響規(guī)律；
g.實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉加熱裝置，并進(jìn)行卸載，待試樣自然冷卻后取出。
[0017]本發(fā)明具有如下的有益效果:
本發(fā)明所述的用于測量固-固接觸界面換熱系數(shù)的裝置，其優(yōu)點(diǎn)在于，本發(fā)明設(shè)計(jì)了導(dǎo)正軸套，所述導(dǎo)正軸套兩端內(nèi)側(cè)為錐面，中部內(nèi)側(cè)為一段柱面，該導(dǎo)正結(jié)構(gòu)能夠大大提高兩試樣對準(zhǔn)的精確性，解決目前存在的固體接觸界面接觸精度不高的問題；本發(fā)明的加載裝置能夠在短時(shí)間內(nèi)快速加載至較大載荷，并保持實(shí)驗(yàn)過程中載荷平穩(wěn)，這是當(dāng)前已有試驗(yàn)裝置所受限制的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是用于測量固-固接觸界面換熱系數(shù)的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2是用于測量固-固接觸界面換熱系數(shù)的裝置的導(dǎo)正保溫裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖3是用于測量固-固接觸界面換熱系數(shù)的裝置的承載塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0022]如圖1、2、3所示，本發(fā)明具體包括:工作臺1、加熱裝置2、導(dǎo)正保溫裝置、加載裝置和信息處理系統(tǒng)11，工作臺I的左側(cè)是加熱裝置和導(dǎo)正保溫裝置，右側(cè)是加載裝置。加熱裝置2位于工作臺I最左側(cè)，可為第一試樣3提供所需溫度環(huán)境，承載塊4緊鄰加熱裝置2右側(cè)，承載塊4可分為上、下兩個(gè)部分，兩部分之間通過活頁連接，下承載塊固定在工作臺I上，上承載塊可以掀開，以便放入試樣，承載塊4合并后中部設(shè)有通孔，第一試樣3左端置入加熱裝置2中，右端伸入導(dǎo)正保溫裝置中，第一試樣3中部設(shè)有環(huán)形凹槽，凹槽尺寸與承載塊4的通孔相配合。
[0023]導(dǎo)正保溫裝置主要包括導(dǎo)正軸套5、絕熱筒7、滑軌18、擋位銷16、熱電偶17?；?8通過螺栓固定在工作臺I上，導(dǎo)正軸套5內(nèi)側(cè)兩端為錐面，中部為一段柱面，錐面的錐度為1°至5°，該導(dǎo)正結(jié)構(gòu)能夠大大提高兩試樣對準(zhǔn)的精確性，絕熱筒7可以防止熱量流失，同時(shí)具有輔助導(dǎo)正作用，導(dǎo)正軸套5和絕熱筒7過盈配合，共同組成導(dǎo)正保溫裝置，導(dǎo)正保溫裝置可以沿滑軌18左右滑動(dòng)，滑至滑軌18最左端時(shí)，導(dǎo)正保溫裝置貼緊左側(cè)的承載塊4后，可以使用滑軌18上的擋位銷16固定導(dǎo)正保溫裝置的位置，導(dǎo)正保溫裝置中部設(shè)有熱電偶17，熱電偶17外部連接數(shù)據(jù)采集模塊6。
[0024]加載裝置主要包括伺服電機(jī)13、絲杠15、加載滑塊14、加載推桿12、壓力傳感器
9、導(dǎo)正塊10。伺服電機(jī)13設(shè)于工作臺I的最右端，絲杠15的右端與伺服電機(jī)13的動(dòng)力輸出端相連，絲杠15的左端設(shè)于工作臺I上，伺服電機(jī)13可以帶動(dòng)絲杠15轉(zhuǎn)動(dòng)，加載滑塊14設(shè)于工作臺I右側(cè)的滑塊槽中，絲杠15貫穿加載滑塊14，加載滑塊14由絲杠15驅(qū)動(dòng)，隨絲杠15的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)沿工作臺I的滑塊槽左右滑動(dòng)，加載滑塊14上部設(shè)有F形加載推桿12，工作臺I中部設(shè)有導(dǎo)正塊10，導(dǎo)正塊10中部設(shè)有導(dǎo)正孔，加載推桿12的水平段貫穿導(dǎo)正塊10的導(dǎo)正孔，加載推桿12水平段的軸線、導(dǎo)正塊10的導(dǎo)正孔軸線及導(dǎo)正保溫裝置的軸線共線，加載推桿12水平段左端設(shè)有壓力傳感器9，以獲取實(shí)驗(yàn)過程中的載荷，并反饋到信息處理系統(tǒng)11。
[0025]本發(fā)明所述用于測量固-固接觸界面換熱系數(shù)的裝置的功能是這樣實(shí)現(xiàn)的:將導(dǎo)正保溫裝置滑至滑軌18最右側(cè)，打開承載塊4上半部分，將第一試樣3的左端放入加熱裝置2中，第一試樣3的環(huán)形槽裝卡在承載塊4的通孔位置上，以防止加載時(shí)試樣發(fā)生軸向移動(dòng)，合并承載塊4上半部分，向左滑動(dòng)導(dǎo)正保溫裝置，使第一試樣3右端伸入導(dǎo)正軸套5，滑至導(dǎo)正保溫裝置左端面貼緊承載塊4，將擋位銷16插入滑軌上的銷孔，以固定導(dǎo)正保溫裝置的位置，將第二試樣8的左端從導(dǎo)正保溫裝置右側(cè)伸入導(dǎo)正軸套5，使第一試樣3與第二試樣8在導(dǎo)正軸套5中接觸，接觸界面在熱電偶17處，開啟加熱裝置2，將第一試樣3加熱至設(shè)定溫度，加熱完畢后，啟動(dòng)伺服電機(jī)13，使絲杠15正轉(zhuǎn)，在絲杠15的驅(qū)動(dòng)下，加載滑塊14帶動(dòng)加載推桿12沿工作臺I的滑塊槽向左滑動(dòng)，加載推桿12水平段穿過導(dǎo)正塊10向第二試樣8靠近，加載推桿12左端的壓力傳感器9最終與第二試樣8右端相接觸，然后開始對試樣進(jìn)行加載，壓力傳感器9獲取載荷數(shù)據(jù)并反饋于信息處理系統(tǒng)11，在達(dá)到設(shè)定載荷后，信息處理系統(tǒng)11調(diào)節(jié)伺服電機(jī)13達(dá)到保持載荷穩(wěn)定的功能，加載完畢后，實(shí)驗(yàn)開始進(jìn)行，數(shù)據(jù)采集模塊6通過熱電偶17獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并記錄于信息處理系統(tǒng)，兩試樣接觸一段時(shí)間后得到測溫點(diǎn)的溫度變化曲線，通過數(shù)值計(jì)算能夠算得所求的接觸界面換熱系數(shù)，通過改變壓力、接觸溫度以及試樣接觸表面粗糙度即可研究不同參數(shù)對界面換熱系數(shù)的影響規(guī)律，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉加熱裝置2，并進(jìn)行卸載，待試樣自然冷卻后取出。
[0026]當(dāng)然，以上僅是本發(fā)明的具體應(yīng)用范例，對本發(fā)明的保護(hù)范圍不構(gòu)成任何限制。除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還可以有其它實(shí)施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于測量固-固接觸界面換熱系數(shù)的裝置，包括:工作臺(I)、加熱裝置(2)、導(dǎo)正保溫裝置、加載裝置和信息處理系統(tǒng)(11)，加熱裝置(2)設(shè)于工作臺(I)左側(cè)，其特征在于，加熱裝置右側(cè)設(shè)有導(dǎo)正保溫裝置，所述導(dǎo)正保溫裝置分為內(nèi)外兩層，內(nèi)層為導(dǎo)正軸套(5)，外層為絕緣筒(7)，導(dǎo)正保溫裝置中部設(shè)有熱電偶(17)，熱電偶(17)連接數(shù)據(jù)采集模塊(6)，導(dǎo)正保溫裝置下部通過滑軌(18)固定于工作臺(I)上，導(dǎo)正保溫裝置可沿滑軌(18)左右移動(dòng)，加熱裝置(2)與導(dǎo)正保溫裝置之間設(shè)有承載塊(4)，第一試樣(3)左端位于加熱裝置(2)中，右端位于導(dǎo)正保溫裝置中，第一試樣(3)與其右端的第二試樣(8)在導(dǎo)正保溫裝置中接觸，接觸界面位于熱電偶(17)處，工作臺(I)右側(cè)設(shè)有加載裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述加載裝置包括加載推桿(12)、伺服電機(jī)(13)、加載滑塊(14)和絲杠(15)，所述伺服電機(jī)(13)設(shè)于工作臺(I)最右端，絲杠(15)右端與伺服電機(jī)(13)的動(dòng)力輸出端相連，絲杠(15)位于工作臺(I)右側(cè)的滑塊槽中，絲杠(15)上設(shè)有沿滑塊槽左右移動(dòng)的加載滑塊(14)，加載推桿(12)固定在加載滑塊(14)上部，加載頂桿(12)左端設(shè)有壓力傳感器(9 )。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述加載裝置還包括固定在工作臺(I)上導(dǎo)正塊(10)，所述加載推桿(12)左端穿過導(dǎo)正塊(10)上的導(dǎo)正孔，導(dǎo)正塊(10)上導(dǎo)正孔的軸心與導(dǎo)正保溫裝置的軸心共線。
4.如權(quán)利要求2或3所述的裝置，其特征在于，所述加載推桿(12)整體呈“F”形。
5.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，所述承載塊(4)可分為上、下兩部分，兩部分由活頁連接，合并后中部設(shè)有通孔。
6.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，所述第一試樣(3)中部設(shè)有環(huán)形凹槽，所述環(huán)形凹槽與所述通孔相配合。
7.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所`述的裝置，其特征在于，所述導(dǎo)正軸套(5)兩端內(nèi)側(cè)為錐面，中部內(nèi)側(cè)為柱面。
8.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，所述錐面的錐度為1°至5°。
9.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括設(shè)置在滑軌(18)上的擋位銷(16)，用于對導(dǎo)正保溫裝置進(jìn)行位置固定。
10.一種測量固-固接觸界面換熱系數(shù)的方法，包括以下步驟: a.將導(dǎo)正保溫裝置滑至滑軌(18)最右側(cè)，打開承載塊(4)上半部分，將第一試樣(3)的左端放入加熱裝置(2)中，第一試樣(3)的環(huán)形槽裝卡在承載塊(4)的通孔位置上，以防止加載時(shí)試樣發(fā)生軸向移動(dòng)； b.合并承載塊(4)上半部分，向左滑動(dòng)導(dǎo)正保溫裝置，使第一試樣(3)右端伸入導(dǎo)正軸套(5)，滑至導(dǎo)正保溫裝置左端面貼緊承載塊(4)，將擋位銷(16)插入滑軌上的銷孔，以固定導(dǎo)正保溫裝置的位置； c.將第二試樣(8)的左端從導(dǎo)正保溫裝置右側(cè)伸入導(dǎo)正軸套(5),使第一試樣(3)與第二試樣(8)在導(dǎo)正軸套(5)中接觸，接觸界面在熱電偶(17)處，開啟加熱裝置(2)，將第一試樣(3)加熱至設(shè)定溫度； d.加熱完畢后，啟動(dòng)伺服電機(jī)(13)，使絲杠(15)正轉(zhuǎn)，在絲杠(15)的驅(qū)動(dòng)下，加載滑塊(14)帶動(dòng)加載推桿(12)沿工作臺(I)的滑塊槽向左滑動(dòng)，加載推桿(12)水平段穿過導(dǎo)正塊(10)向第二試樣(8)靠近，加載推桿(12)左端的壓力傳感器(9)最終與第二試樣(8)右端相接觸，然后開始對試樣進(jìn)行加載； e.壓力傳感器(9)獲取載荷數(shù)據(jù)并反饋于信息處理系統(tǒng)(11)，在達(dá)到設(shè)定載荷后，信息處理系統(tǒng)(11)調(diào)節(jié)伺服電機(jī)(13)達(dá)到保持載荷穩(wěn)定的功能； f.加載完畢后，實(shí)驗(yàn)開始進(jìn)行，數(shù)據(jù)采集模塊(6)通過熱電偶(17 )獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并記錄于信息處理系統(tǒng)(11)，兩試樣接觸一段時(shí)間后得到測溫點(diǎn)的溫度變化曲線，通過數(shù)值計(jì)算能夠算得所求的接觸界面換熱系數(shù)，通過改變壓力、接觸溫度以及試樣接觸表面粗糙度研究不同參數(shù)對界面換熱系數(shù)的影響規(guī)律； g.實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān) 閉加熱裝置(2)，并進(jìn)行卸載，待試樣自然冷卻后取出。
【文檔編號】G01N25/20GK103616406SQ201310598859
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月25日
【發(fā)明者】朱光明, 常征, 白光超, 辛恒遠(yuǎn), 張忱, 田立超, 崔鑫, 咸曉玲, 徐棚棚 申請人:山東理工大學(xué)