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低溫環(huán)境下冰的硬度和抗壓強(qiáng)度測(cè)試裝置制造方法

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低溫環(huán)境下冰的硬度和抗壓強(qiáng)度測(cè)試裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種低溫環(huán)境下冰的硬度和抗壓強(qiáng)度測(cè)試裝置,是由低溫冷柜、硬度測(cè)試臺(tái)、參數(shù)采集及控制系統(tǒng)組成,硬度測(cè)試臺(tái)設(shè)置在低溫冷柜中,參數(shù)采集及控制系統(tǒng)位于低溫冷柜外部,硬度測(cè)試臺(tái)的低溫壓力傳感器和低溫位移傳感器的數(shù)據(jù)線和電動(dòng)升降機(jī)的電源線通過(guò)低溫冷柜側(cè)面小孔引至低溫冷柜外,并與控制箱連接;低溫冷柜可以為測(cè)試樣品提供低溫環(huán)境;參數(shù)采集及控制系統(tǒng)控制硬度測(cè)試臺(tái)中電動(dòng)升降機(jī)的運(yùn)動(dòng)和采集低溫位移傳感器、低溫壓力傳感器的信號(hào),并為低溫位移傳感器、低溫壓力傳感器和電動(dòng)升降機(jī)提供電源,同時(shí)負(fù)責(zé)采集信號(hào)和實(shí)時(shí)顯示和存儲(chǔ)相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù);采用低溫位移傳感器和壓力傳感器采集信號(hào),參數(shù)采集及控制系統(tǒng)位于常溫環(huán)境下,降低了元器件對(duì)環(huán)境溫度的要求。
【專(zhuān)利說(shuō)明】低溫環(huán)境下冰的硬度和抗壓強(qiáng)度測(cè)試裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種低溫環(huán)境下冰的硬度和抗壓強(qiáng)度測(cè)試裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)低溫科學(xué)發(fā)展迅速,低溫材料的性質(zhì)也多有測(cè)量,而硬度和強(qiáng)度的測(cè)量數(shù)據(jù)卻相對(duì)較少,特別是對(duì)冰的硬度和強(qiáng)度的測(cè)量,國(guó)內(nèi)相關(guān)研究更少。在極地鉆探領(lǐng)域中,冰的硬度和強(qiáng)度都對(duì)鉆井工藝和設(shè)備有重要意義。但查閱國(guó)內(nèi)資料,尚未見(jiàn)相關(guān)測(cè)試實(shí)驗(yàn);在國(guó)外,也只在五六十年代,有部分專(zhuān)家對(duì)冰的硬度和強(qiáng)度做過(guò)一些初步測(cè)量,相關(guān)數(shù)據(jù)資料極其貧乏。
[0003]目前市場(chǎng)上普售的硬度計(jì)試驗(yàn)臺(tái)采用了大量的常規(guī)的電子元件和液壓元件,這些元器件在溫度低于零下20°C時(shí)無(wú)法獲取準(zhǔn)確的參數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的提供一種低溫環(huán)境下冰的硬度和抗壓強(qiáng)度測(cè)試裝置。
[0005]本實(shí)用新型是由低溫冷柜、硬度測(cè)試臺(tái)、參數(shù)采集及控制系統(tǒng)組成,硬度測(cè)試臺(tái)設(shè)置在低溫冷柜中,參數(shù)采集及控制系統(tǒng)位于低溫冷柜外部,硬度測(cè)試臺(tái)的低溫壓力傳感器和低溫位移傳感器的數(shù)據(jù)線和電動(dòng)升降機(jī)的電源線通過(guò)低溫冷柜側(cè)面小孔引至低溫冷柜夕卜,并與控制箱連接。低溫冷柜為市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)的低溫設(shè)備,冷柜內(nèi)溫度最低可達(dá)_60°C。低溫冷柜可以為測(cè)試樣品提供低溫環(huán)境;
[0006]參數(shù)采集及控制系統(tǒng)是由上位機(jī)和控制箱組成,主要用來(lái)控制硬度測(cè)試臺(tái)中電動(dòng)升降機(jī)的運(yùn)動(dòng)和采集低溫位移傳感器、低溫壓力傳感器的信號(hào);控制箱通過(guò)導(dǎo)線與硬度測(cè)試臺(tái)連接,為低溫位移傳感器、低溫壓力傳感器和電動(dòng)升降機(jī)提供電源,同時(shí)負(fù)責(zé)采集信號(hào),并通過(guò)串口線將信號(hào)傳輸至上位機(jī)中,上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示和存儲(chǔ)相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù);控制箱中控制系統(tǒng)可以在很大范圍內(nèi)對(duì)電動(dòng)升降機(jī)的升降速度進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速。
[0007]硬度測(cè)試臺(tái)是由第一定位螺釘、頂板、轉(zhuǎn)接接頭、支撐桿、電動(dòng)升降機(jī)、位移傳感器安裝板、底腳螺帽、低溫壓力傳感器、緊固螺釘、標(biāo)準(zhǔn)硬度壓頭、樣品托盤(pán)、低溫位移傳感器、第二定位螺釘和底板構(gòu)成,頂板和底板分別套設(shè)在四根支撐桿的上下部,各支撐桿的上下端以螺母固定頂板和底板,各支撐桿的底部螺接有底腳螺帽,電動(dòng)升降機(jī)安裝在底板上,樣品托盤(pán)固定在電動(dòng)升降機(jī)頂部,樣品托盤(pán)可隨著電動(dòng)升降機(jī)上下運(yùn)動(dòng),位移傳感器安裝板固定在底板上,低溫位移傳感器的底部通過(guò)第二定位螺釘固定在位移傳感器安裝板中,低溫位移傳感器的上端與樣品托盤(pán)邊緣連接,低溫壓力傳感器通過(guò)第一定位螺釘固定在頂板的底部,轉(zhuǎn)接接頭固定在低溫壓力傳感器的底部,標(biāo)準(zhǔn)硬度壓頭插接在轉(zhuǎn)接接頭下部并通過(guò)緊固螺釘固定。
[0008]所述的轉(zhuǎn)接接頭的下部固定有平壓板。
[0009]本實(shí)用新型的工作過(guò)程:
[0010]首先將硬度測(cè)試臺(tái)放入低溫冷柜內(nèi),低溫壓力傳感器和低溫位移傳感器的數(shù)據(jù)線和電動(dòng)升降機(jī)的電源線通過(guò)低溫冷柜側(cè)面小孔引至低溫冷柜外,并與控制箱連接。
[0011]開(kāi)通低溫冷柜電源,并將溫度調(diào)節(jié)至待檢測(cè)的溫度,在此過(guò)程中,硬度測(cè)試臺(tái)始終放置在冷柜內(nèi),溫度對(duì)測(cè)試樣品溫度產(chǎn)生影響。測(cè)試樣品放置于樣品托盤(pán)中心,啟動(dòng)電動(dòng)升降機(jī),使樣品上升至與標(biāo)準(zhǔn)布氏硬度壓頭恰好接觸,此時(shí)將位移傳感器數(shù)值清零。接通電動(dòng)升降機(jī)電源,調(diào)節(jié)電動(dòng)升降機(jī)緩慢上升,標(biāo)準(zhǔn)布氏硬度壓頭擠壓測(cè)試樣品,低溫壓力傳感器輸出壓力值,低溫位移傳感器輸出位移值。當(dāng)壓力值達(dá)到某一設(shè)定值時(shí),電機(jī)停止,通過(guò)監(jiān)測(cè)軟件系統(tǒng)即可得到壓力值和壓入深度,通過(guò)壓力和壓入深度可計(jì)算出測(cè)試樣品硬度值。
[0012]標(biāo)準(zhǔn)布氏硬度壓頭可更換為巖石壓入硬度壓頭、洛氏壓頭等,就可測(cè)量出相應(yīng)的壓入硬度和洛氏硬度。
[0013]更換大量程壓力傳感器,并將標(biāo)準(zhǔn)硬度壓頭更換為平壓板,即可測(cè)量冰的抗壓強(qiáng)度,并結(jié)合位移傳感器數(shù)據(jù)可得出冰樣的應(yīng)力一應(yīng)變曲線。測(cè)試過(guò)程同上。
[0014]利用該試驗(yàn)臺(tái)還可測(cè)量其他材料在低溫環(huán)境下的硬度和強(qiáng)度。測(cè)試過(guò)程同冰樣測(cè)試相同。
[0015]本實(shí)用新型的有益效果:
[0016]本實(shí)用新型很好地解決了低溫環(huán)境下冰硬度檢測(cè)問(wèn)題,本實(shí)用新型采用低溫位移傳感器和低溫壓力傳感器采集信號(hào),并將參數(shù)采集及控制系統(tǒng)放置在常溫環(huán)境下,降低了元器件對(duì)環(huán)境溫度的要求。
[0017]本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,工作可靠,操作方便,并且可實(shí)現(xiàn)多種功能,更換標(biāo)準(zhǔn)硬度壓頭后可以測(cè)試材料不同種類(lèi)硬度值,如布氏硬度、壓入硬度等。同時(shí)除冰以外還可以用來(lái)檢測(cè)其他低溫材料的硬度性能,當(dāng)更換大量程傳感器后,也可以用來(lái)測(cè)試材料的抗壓強(qiáng)度等參數(shù),具有一定的通用性。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本實(shí)用新型的立體示意圖。
[0019]圖2為本實(shí)用新型的硬度測(cè)試臺(tái)立體示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]請(qǐng)參閱圖1和圖2所示,本實(shí)施例是由低溫冷柜A、硬度測(cè)試臺(tái)B、參數(shù)采集及控制系統(tǒng)C組成,硬度測(cè)試臺(tái)B設(shè)置在低溫冷柜A中,參數(shù)采集及控制系統(tǒng)C位于低溫冷柜A外部,硬度測(cè)試臺(tái)B的低溫壓力傳感器12和低溫位移傳感器16的數(shù)據(jù)線和電動(dòng)升降機(jī)9的電源線通過(guò)低溫冷柜A側(cè)面小孔引至低溫冷柜A外,并與控制箱3連接。低溫冷柜A為市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)的低溫設(shè)備,冷柜內(nèi)溫度最低可達(dá)_60°C。低溫冷柜A可以為測(cè)試樣品8提供低溫環(huán)境;
[0021]參數(shù)采集及控制系統(tǒng)C是由上位機(jī)2和控制箱3組成,主要用來(lái)控制硬度測(cè)試臺(tái)B中電動(dòng)升降機(jī)9的運(yùn)動(dòng)和采集低溫位移傳感器16、低溫壓力傳感器12的信號(hào);控制箱3通過(guò)導(dǎo)線I與硬度測(cè)試臺(tái)B連接,為低溫位移傳感器16、低溫壓力傳感器12和電動(dòng)升降機(jī)提供電源,同時(shí)負(fù)責(zé)采集信號(hào),并通過(guò)串口線將信號(hào)傳輸至上位機(jī)2中,上位機(jī)2實(shí)時(shí)顯示和存儲(chǔ)相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù);控制箱3中控制系統(tǒng)可以在很大范圍內(nèi)對(duì)電動(dòng)升降機(jī)9的升降速度進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速。[0022]硬度測(cè)試臺(tái)B是由第一定位螺釘4、頂板5、轉(zhuǎn)接接頭6、支撐桿7、電動(dòng)升降機(jī)9、位移傳感器安裝板10、底腳螺帽11、低溫壓力傳感器12、緊固螺釘13、標(biāo)準(zhǔn)硬度壓頭14、樣品托盤(pán)15、低溫位移傳感器16、第二定位螺釘17和底板18構(gòu)成,頂板5和底板18分別套設(shè)在四根支撐桿7的上下部,各支撐桿7的上下端以螺母41固定頂板5和底板18,各支撐桿7的底部螺接有底腳螺帽11,電動(dòng)升降機(jī)9安裝在底板18上,樣品托盤(pán)15固定在電動(dòng)升降機(jī)9頂部,樣品托盤(pán)15可隨著電動(dòng)升降機(jī)9上下運(yùn)動(dòng),位移傳感器安裝板10固定在底板18上,低溫位移傳感器16的底部通過(guò)第二定位螺釘17固定在位移傳感器安裝板10中,低溫位移傳感器16的上端與樣品托盤(pán)15邊緣連接,低溫壓力傳感器12通過(guò)第一定位螺釘4固定在頂板5的底部,轉(zhuǎn)接接頭6固定在低溫壓力傳感器12的底部,標(biāo)準(zhǔn)硬度壓頭14插接在轉(zhuǎn)接接頭6下部并通過(guò)緊固螺釘13固定。
[0023]所述的轉(zhuǎn)接接頭6的下部固定有平壓板。
[0024]本實(shí)用新型的工作過(guò)程:
[0025]首先將硬度測(cè)試臺(tái)B放入低溫冷柜A內(nèi),低溫壓力傳感器12和低溫位移傳感器16的數(shù)據(jù)線和電動(dòng)升降機(jī)9的電源線通過(guò)低溫冷柜A側(cè)面小孔引至低溫冷柜A外,并與控制箱3連接。
[0026]開(kāi)通低溫冷柜A電源,并將溫度調(diào)節(jié)至待檢測(cè)的溫度,在此過(guò)程中,硬度測(cè)試臺(tái)B始終放置在冷柜A內(nèi),溫度對(duì)測(cè)試樣品8溫度產(chǎn)生影響。測(cè)試樣品8放置于樣品托盤(pán)15中心,啟動(dòng)電動(dòng)升降機(jī)9并使測(cè)試樣品8上升至與標(biāo)準(zhǔn)布氏硬度壓頭14恰好接觸,此時(shí)將低溫位移傳感器16清零。接通電動(dòng)升降機(jī)9電源,調(diào)節(jié)電動(dòng)升降機(jī)9緩慢上升,標(biāo)準(zhǔn)布氏硬度壓頭14擠壓測(cè)試樣品8,低溫壓力傳感器12輸出壓力值,低溫位移傳感器16輸出位移值。當(dāng)壓力值達(dá)到某一設(shè)定值時(shí),電機(jī)停止,通過(guò)檢測(cè)即可得到壓力值和壓入深度,通過(guò)壓力和壓入深度可計(jì)算出測(cè)試樣品硬度值。
[0027]標(biāo)準(zhǔn)布氏硬度壓頭14可更換為巖石壓入硬度壓頭、洛氏壓頭等,就可測(cè)量出相應(yīng)的壓入硬度和洛氏硬度。
[0028]更換大量程壓力傳感器,并將標(biāo)準(zhǔn)硬度壓頭14更換為平壓板,即可測(cè)量冰的抗壓強(qiáng)度,并結(jié)合位移傳感器數(shù)據(jù)可得出冰樣的應(yīng)力一應(yīng)變曲線。測(cè)試過(guò)程同上。
[0029]利用該試驗(yàn)臺(tái)還可測(cè)量其他材料在低溫環(huán)境下的硬度和強(qiáng)度。測(cè)試過(guò)程同冰樣測(cè)試相同。
【權(quán)利要求】
1.一種低溫環(huán)境下冰的硬度和抗壓強(qiáng)度測(cè)試裝置,其特征在于:是由低溫冷柜(A)、硬度測(cè)試臺(tái)(B)、參數(shù)采集及控制系統(tǒng)(C)組成,硬度測(cè)試臺(tái)(B)設(shè)置在低溫冷柜(A)中,參數(shù)采集及控制系統(tǒng)(C)位于低溫冷柜㈧外部,硬度測(cè)試臺(tái)⑶的低溫壓力傳感器(12)和低溫位移傳感器(16)的數(shù)據(jù)線和電動(dòng)升降機(jī)(9)的電源線通過(guò)低溫冷柜(A)側(cè)面小孔引至低溫冷柜(A)外,并與控制箱(3)連接; 所述的參數(shù)采集及控制系統(tǒng)(C)是由上位機(jī)(2)和控制箱(3)組成,控制箱(3)通過(guò)導(dǎo)線⑴與硬度測(cè)試臺(tái)⑶連接,控制箱⑶為低溫位移傳感器(16)、低溫壓力傳感器(12)和電動(dòng)升降機(jī)提供電源,同時(shí)負(fù)責(zé)采集信號(hào),并通過(guò)串口線將信號(hào)傳輸至上位機(jī)(2)中,上位機(jī)(2)實(shí)時(shí)顯示和存儲(chǔ)相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù);控制箱(3)中控制系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)升降機(jī)(9)的升降速度進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速; 所述的硬度測(cè)試臺(tái)(B)是由第一定位螺釘(4)、頂板(5)、轉(zhuǎn)接接頭(6)、支撐桿(7)、電動(dòng)升降機(jī)(9)、位移傳感器安裝板(10)、底腳螺帽(11)、低溫壓力傳感器(12)、緊固螺釘(13)、標(biāo)準(zhǔn)硬度壓頭(14)、樣品托盤(pán)(15)、低溫位移傳感器(16)、第二定位螺釘(17)和底板(18)構(gòu)成,頂板(5)和底板(18)分別套設(shè)在四根支撐桿(7)的上下部,各支撐桿(7)的上下端以螺母(41)固定頂板(5)和底板(18),各支撐桿(7)的底部螺接有底腳螺帽(11),電動(dòng)升降機(jī)(9)安裝在底板(18)上,樣品托盤(pán)(15)固定在電動(dòng)升降機(jī)(9)頂部,樣品托盤(pán)(15)可隨著電動(dòng)升降機(jī)(9)上下運(yùn)動(dòng),位移傳感器安裝板(10)固定在底板(18)上,低溫位移傳感器(16)的底部通過(guò)第二定位螺釘(17)固定在位移傳感器安裝板(10)中,低溫位移傳感器(16)的上端與樣品托盤(pán)(15)邊緣連接,低溫壓力傳感器(12)通過(guò)第一定位螺釘⑷固定在頂板(5)的底部,轉(zhuǎn)接接頭(6)固定在低溫壓力傳感器(12)的底部,標(biāo)準(zhǔn)硬度壓頭(14)插接在轉(zhuǎn)接接頭(6)下部并通過(guò)緊固螺釘(13)固定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低溫環(huán)境下冰的硬度和抗壓強(qiáng)度測(cè)試裝置,其特征在于:所述的轉(zhuǎn)接接頭(6)的下部固定有平壓板。
【文檔編號(hào)】G01N3/54GK203824852SQ201420253220
【公開(kāi)日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年5月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月18日
【發(fā)明者】范曉鵬, 達(dá)拉拉伊.帕維爾, 王婷, 劉剛, 張楠, 曹品魯, 楊成, 宮達(dá), 洪嘉琳 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)
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