專利名稱：一種高低溫動(dòng)態(tài)冷熱循環(huán)熱力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高低溫動(dòng)態(tài)冷熱循環(huán)熱力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)，適用于高低溫環(huán)境下材料熱穩(wěn)態(tài)，熱瞬態(tài)，冷熱循環(huán)等力學(xué)性能測試，并能同步測量試樣表面應(yīng)變場。
背景技術(shù)：
在航空航天，電子，生物，機(jī)械等領(lǐng)域，復(fù)雜的服役溫度環(huán)境對材料的熱穩(wěn)態(tài)，熱循環(huán)，熱疲勞等力學(xué)性能提出了很高的要求，同時(shí)某些智能材料能在不同溫度及溫度變化率下表現(xiàn)出獨(dú)特的熱力學(xué)響應(yīng)特性。因此材料在高低溫交變作用的瞬態(tài)力學(xué)響應(yīng)一直是材料 熱力學(xué)檢測的難點(diǎn)，目前現(xiàn)有技術(shù)和相關(guān)熱力學(xué)試驗(yàn)產(chǎn)品中無法實(shí)現(xiàn)對環(huán)境溫度瞬態(tài)速率的不間斷精確控制，特別是寬溫度范圍下，實(shí)現(xiàn)大變溫速率，溫度線性變化控制，使得材料在長周期溫度高低循環(huán)交變作用的瞬態(tài)力學(xué)響應(yīng)難以測試。另一方面，DICXDigital ImageCorrelations,數(shù)字圖像相關(guān))全場應(yīng)變測量是最新的應(yīng)變測量技術(shù)，因其能快速，高精度的測量試樣表面應(yīng)變場而在近五年得到了飛速發(fā)展與應(yīng)用，但在高溫與低溫下拍攝一直是目前的難點(diǎn)。該技術(shù)除了對高低溫環(huán)境下的照明條件有特殊的要求外，另一方面高溫產(chǎn)生的熱浪會(huì)改變空氣的折射率，同時(shí)低溫又會(huì)產(chǎn)生霜霧，能對DIC全場應(yīng)變測量帶來巨大干擾，甚至容易導(dǎo)致測量失敗。

發(fā)明內(nèi)容
為了彌補(bǔ)現(xiàn)有熱穩(wěn)態(tài)環(huán)境熱力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)不具備在熱瞬態(tài)和熱循環(huán)的缺陷，低溫制冷受到液氮罐容量的限制而無法持續(xù)不間斷的供給；同時(shí)避免高溫?zé)崂藳_擊和低溫產(chǎn)生霜霧對應(yīng)變測量帶來的干擾，以及DIC全場應(yīng)變測量技術(shù)較高的照明要求等特點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種高低溫動(dòng)態(tài)冷熱循環(huán)環(huán)境熱力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)，可配合電子萬能試驗(yàn)機(jī)，液壓伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)等力學(xué)試驗(yàn)機(jī)使用，并可在熱循環(huán)期間同步測量試樣表面的應(yīng)變場變化。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種高低溫動(dòng)態(tài)冷熱循環(huán)熱力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)，包括試驗(yàn)箱，箱內(nèi)照明系統(tǒng)，液氮制冷系統(tǒng)，觀測窗以及系統(tǒng)控制柜，試驗(yàn)箱由內(nèi)外腔隔板分隔成內(nèi)腔體和外腔體，內(nèi)腔體含有加熱絲和攪風(fēng)渦輪，隔板上設(shè)有出風(fēng)口和吸風(fēng)口，其特征在于該試驗(yàn)系統(tǒng)還包括雙輸出PID控制器以及DIC全場應(yīng)變測量儀；所述的液氮制冷系統(tǒng)采用自切換液氮制冷系統(tǒng)，自切換液氮制冷系統(tǒng)包含一號(hào)液氮罐和二號(hào)液氮罐兩個(gè)自增壓液氮罐，在每個(gè)液氮罐的輸液閥處分別安裝輸液電磁閥，在每個(gè)液氮罐的增壓閥處分別安裝增壓電磁閥，且每個(gè)液氮罐底部設(shè)有質(zhì)量傳感器，兩個(gè)液氮罐內(nèi)的液氮分別通過一號(hào)液氮輸液管和二號(hào)液氮輸液管輸送進(jìn)入試驗(yàn)箱；所述的雙輸出PID控制器設(shè)置在系統(tǒng)控制柜內(nèi)，雙輸出PID控制器中一路連接可控硅調(diào)節(jié)上加熱絲組和下加熱絲組的加熱功率，另一路連接液氮罐上面的輸液電磁閥和增壓電磁閥控制制冷功率；所述的DIC全場應(yīng)變測量儀置于試驗(yàn)箱外部的正前方，透過試驗(yàn)箱箱門上的觀測窗測量試樣的應(yīng)變場。本發(fā)明的技術(shù)特征還在于所述的加熱絲包括上加熱絲組和下加熱絲組；內(nèi)外腔隔板自上而下設(shè)有第一出風(fēng)口、第二出風(fēng)口、第三出風(fēng)口和第四出風(fēng)口 ；第一出風(fēng)口和第二出風(fēng)口之間設(shè)有上柔性風(fēng)道調(diào)節(jié)版，第三出風(fēng)口和第四出風(fēng)口之間設(shè)有下柔性風(fēng)道調(diào)節(jié)版；所述吸風(fēng)口設(shè)置在內(nèi)外腔隔板的正中間。本發(fā)明的另一技術(shù)特征在于所述的一號(hào)液氮輸液管和二號(hào)液氮輸液管分別從試驗(yàn)箱的上下兩個(gè)位置伸入內(nèi)腔，液氮從四個(gè)不同角度通過四個(gè)噴頭噴向內(nèi)腔中部的攪風(fēng)渦輪。本發(fā)明的又一技術(shù)特征在于該試驗(yàn)系統(tǒng)還包括除霜熱風(fēng)機(jī)；試驗(yàn)箱箱門正中間的觀測窗由外光學(xué)石英玻璃和內(nèi)光學(xué)石英玻璃組成，外光學(xué)石英玻璃和外光學(xué)石英玻璃中間留出中空的風(fēng)道；觀測窗下部設(shè)有除霜風(fēng)道入口，觀測窗上部設(shè)有除霜風(fēng)道出口，除霜熱風(fēng)機(jī)通過除霜風(fēng)道入口與觀測窗連接形成自下而上的除霜風(fēng)道。本發(fā)明所述的箱內(nèi)照明系統(tǒng)分為兩組，包含前照明裝置和后照明裝置，且每組照明裝置由多個(gè)直流照明源組成。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性效果
①試驗(yàn)箱設(shè)計(jì)采用了內(nèi)外兩腔體方案，內(nèi)腔為加熱制冷源，外腔為工作腔，內(nèi)部風(fēng)循環(huán)的采用內(nèi)腔中心吸風(fēng)，上下四通道向外腔送風(fēng)的方式建立風(fēng)道。試驗(yàn)箱內(nèi)壁采用四周全面加強(qiáng)筋板方案防止冷熱疲勞，并采用多點(diǎn)式直流照明方案為DIC全場應(yīng)變測量儀提供均勻連續(xù)照明，同時(shí)試驗(yàn)箱內(nèi)腔采用防腐蝕，防漫反射式設(shè)計(jì)。②控溫設(shè)計(jì)采用雙輸出溫度控制器，一路連接可控硅單元調(diào)節(jié)加熱絲的功率，一路連接液氮電磁閥控制制冷功率。通過PID控制器綜合計(jì)算調(diào)節(jié)兩路輸出功率來保證瞬態(tài)環(huán)境溫度變化速率。另外全部控制功能通過PLC控制器實(shí)現(xiàn)，并集成與控制軟件中。③制冷部分采用雙自增壓液氮容器，通過控制電磁閥開閉時(shí)間間隔來控制制冷量，并通過檢查液氮罐重量的方案來檢查罐內(nèi)液氮含量，液氮余量的判斷和空罐自動(dòng)切換功能由PLC控制器實(shí)現(xiàn)。④觀測窗采用雙層光學(xué)石英玻璃構(gòu)成中空式設(shè)計(jì)方案，利用控制玻璃之間氣流溫度的方式來實(shí)現(xiàn)除霜和消除高溫?zé)崂恕＂萃ㄟ^嵌入式系統(tǒng)編寫程序控制軟件，實(shí)現(xiàn)對整個(gè)環(huán)境試驗(yàn)系統(tǒng)所有功能的人機(jī)交互控制?？傊?，本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)對環(huán)境溫度瞬態(tài)速率的不間斷精確控制，特別是寬溫度范圍下，實(shí)現(xiàn)大變溫速率，溫度線性變化控制，使得材料在長周期溫度高低循環(huán)交變作用的瞬態(tài)力學(xué)響應(yīng)能夠測試，低溫制冷能長時(shí)間不間斷連續(xù)供給、并可在熱循環(huán)期間同步測量試樣表面的應(yīng)變場變化等。本發(fā)明可控冷熱變溫循環(huán)范圍為[-130°C，+320°C ]，可實(shí)現(xiàn)雙向冷熱循環(huán)，并且升溫降溫速度在[-40,-0. I] U [O. l，40]°C/min可控，均溫區(qū)內(nèi)溫度實(shí)現(xiàn)線性變化，且溫度波動(dòng)與偏差均小于±3°C，同時(shí)熱穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)溫度范圍[_185°C，+350°C ]，且均溫區(qū)溫度波動(dòng)和溫度偏差小于±2°C。


圖I為高低溫動(dòng)態(tài)冷熱循環(huán)環(huán)境熱力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖2為試驗(yàn)箱結(jié)構(gòu)及風(fēng)循環(huán)示意圖。圖中1_試驗(yàn)箱；2_前照明裝置；3_后照明裝置；4攪風(fēng)電機(jī)；5質(zhì)量傳感器；6-輸液電磁閥；7_增壓電磁閥；8_第一液氮罐；9_第二液氮罐；10_除霜熱風(fēng)機(jī)；11_DIC全場應(yīng)變測量儀；12-系統(tǒng)控制柜；13-外光學(xué)石英玻璃；14_內(nèi)光學(xué)石英玻璃；15-除霜風(fēng)道出口 ；16-除霜風(fēng)道入口 ； 17-外腔體；18-上外循環(huán)風(fēng)道；19-上內(nèi)循環(huán)風(fēng)道；20-下外循環(huán)風(fēng)道；21-下內(nèi)循環(huán)風(fēng)道；22-第三出風(fēng)口 ；23_第四出風(fēng)口 ；24_第二出風(fēng)口 ；25_第一出風(fēng)口 ；26-下柔性風(fēng)道調(diào)節(jié)版；27_上柔性風(fēng)道調(diào)節(jié)版；28_上加熱絲組；29_下加熱絲組；30_攪風(fēng)渦輪；31_上液氮輸液管；32_內(nèi)腔體；33_下液氮輸液管；34_雙層加強(qiáng)筋板；35_外腔體內(nèi)表面；36_試樣；37_第一液氮噴頭；38_第二液氮噴頭；39_第三液氮噴頭；40_第四液氮噴頭；41_吸風(fēng)口 ；42_內(nèi)外腔隔板；43_試驗(yàn)箱箱門。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、原理和具體實(shí)施方式
進(jìn)行進(jìn)一步清楚、完整的描述。圖I為高低溫動(dòng)態(tài)冷熱循環(huán)熱力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖，該系統(tǒng)包括試驗(yàn)箱1，箱內(nèi)照明系統(tǒng)，液氮制冷系統(tǒng)，觀測窗以及系統(tǒng)控制柜，試驗(yàn)箱I由內(nèi)外腔隔板分隔成內(nèi)腔體32和外腔體17，內(nèi)腔體32含有加熱絲和攪風(fēng)渦輪，隔板上設(shè)有出風(fēng)口和吸風(fēng)口 ；該試驗(yàn)系統(tǒng)還包括雙輸出PID控制器以及DIC全場應(yīng)變測量儀；所述的液氮制冷系統(tǒng)采用自切換液氮制冷系統(tǒng)，自切換液氮制冷系統(tǒng)包含一號(hào)液氮罐8和二號(hào)液氮罐9兩個(gè)自增壓液氮罐， 在每個(gè)液氮罐的輸液閥處分別安裝輸液電磁閥6，在每個(gè)液氮罐的增壓閥處分別安裝增壓電磁閥7,且每個(gè)液氮罐底部設(shè)有質(zhì)量傳感器5,兩個(gè)液氮罐內(nèi)的液氮分別通過一號(hào)液氮輸液管31和二號(hào)液氮輸液管33輸送進(jìn)入試驗(yàn)箱I ;所述的雙輸出PID控制器設(shè)置在系統(tǒng)控制柜12內(nèi)，雙輸出PID控制器中一路連接可控硅調(diào)節(jié)上加熱絲組28和下加熱絲組29的加熱功率，另一路連接液氮罐上面的輸液電磁閥(6)和增壓電磁閥7控制制冷功率；所述的DIC全場應(yīng)變測量儀11置于試驗(yàn)箱I外部的正前方，透過試驗(yàn)箱箱門43上的觀測窗測量試樣36的應(yīng)變場。圖2為試驗(yàn)箱結(jié)構(gòu)及風(fēng)循環(huán)示意圖。為了保證在動(dòng)態(tài)冷熱循環(huán)期間保證試樣與環(huán)境的充分、快速熱量交換以及溫度場的均勻性與溫度偏差，試驗(yàn)箱I由內(nèi)腔體32和外腔體17組成，內(nèi)腔體32包含上加熱絲組28和下加熱絲組29 ;內(nèi)外腔隔板42自上而下設(shè)有四個(gè)出風(fēng)口(第一出風(fēng)口 25，第二出風(fēng)口 24，第三出風(fēng)口 22，第四出風(fēng)口 23)，內(nèi)腔體正中間包含吸風(fēng)口 41，攪風(fēng)渦輪30位于內(nèi)腔體32的正中間。箱內(nèi)風(fēng)循環(huán)的采用內(nèi)腔體32中心吸風(fēng)，上下四個(gè)出風(fēng)口向外腔體17送風(fēng)的方式建立四條內(nèi)部風(fēng)循環(huán)通道(圖2中的18-上外循環(huán)風(fēng)道，19-上內(nèi)循環(huán)風(fēng)道，20-下外循環(huán)風(fēng)道，21-下內(nèi)循環(huán)風(fēng)道)。具體加熱的風(fēng)循環(huán)方式為上加熱絲為28和下加熱絲為29產(chǎn)生的熱量通過攪風(fēng)渦輪30的旋轉(zhuǎn)，沿內(nèi)腔體風(fēng)道分別從第一出風(fēng)口、第二出風(fēng)口、第出風(fēng)口和第一出風(fēng)口送到外腔體17，在外腔體17中交換熱量后從吸風(fēng)口 41流回到內(nèi)腔體32。內(nèi)部液氮噴射方式為液氮噴射方式為四點(diǎn)式噴射，一號(hào)液氮輸液管31和二號(hào)液氮輸液管33分別從上下兩個(gè)位置伸入內(nèi)腔32，液氮從四個(gè)不同角度通過四個(gè)噴頭(第一液氮噴頭37，第二液氮噴頭38，第三液氮噴頭39，第四液氮噴頭40)噴向內(nèi)腔32中部的攪風(fēng)渦輪30，利用攪風(fēng)渦輪30的旋轉(zhuǎn)把液氮均勻的散射到內(nèi)腔32并使液氮?dú)饣?隨后氣化的液氮便可沿著內(nèi)部風(fēng)道從第一出風(fēng)口 25，第二出風(fēng)口 24，第三出風(fēng)口 22，第四出風(fēng)口 23送到外腔體17，在外腔體17中交換熱量后從吸風(fēng)口 41流回到內(nèi)腔體32。該試驗(yàn)箱結(jié)構(gòu)在實(shí)際過程中有效實(shí)現(xiàn)內(nèi)腔32與外腔17的快速熱交換，同時(shí)保證外腔17中部試樣36周圍環(huán)境溫度均勻性，大大降低溫度跟隨偏差。此外內(nèi)外腔隔板42的上下四個(gè)出風(fēng)口周圍還包含下柔性風(fēng)道調(diào)節(jié)版26和上柔性風(fēng)道調(diào)節(jié)版27，以方便調(diào)節(jié)內(nèi)部風(fēng)道和均溫區(qū)位置。試驗(yàn)箱內(nèi)側(cè)采用了四周添加雙層加強(qiáng)筋板34的方式增強(qiáng)其抗熱沖擊和抗熱疲勞的能力，以保證冷熱循環(huán)不對試驗(yàn)箱產(chǎn)生疲勞、損傷。為了配合DIC全場應(yīng)變測量儀11的原位應(yīng)變測量，試驗(yàn)箱外腔內(nèi)表面35采用噴砂工藝處理，防止眩光對應(yīng)變測量儀11帶來干擾。箱內(nèi)照明系統(tǒng)分為兩組，包含前照明裝置2和后照明裝置3，并每組照明裝置采用多個(gè)直流照明源組成，以保證照明均勻。整個(gè)試驗(yàn)箱的控制柜12包含了 PID溫度控制器、PLC控制器、液晶觸控操作面板等單元組成。控溫部分選用高精度雙輸出PID溫度控制器，采用雙路編程控制方式。其一路連接可控硅調(diào)節(jié)上加熱絲組28和下加熱絲組29控制加熱功率，另一路連接液氮罐上面的輸液電磁閥6和增壓電磁閥7，通過控制電磁閥的開閉時(shí)間來控制制冷功率，PID綜合計(jì)算調(diào)節(jié)加熱制冷的輸出量來保證瞬態(tài)環(huán)境溫度變化速率。整體控制柜通過PLC控制器編程實(shí)現(xiàn)各種控制，例如實(shí)現(xiàn)液氮余量自動(dòng)檢測、液氮空罐報(bào)警提示、空/滿自動(dòng)切換的功能，除霜裝置開閉，加熱制冷開閉，程序控制與定制控制切換，箱內(nèi)照明開閉及亮度調(diào)節(jié)等，攪風(fēng)電機(jī)4及除霜電機(jī)10風(fēng)速調(diào)節(jié)，超溫報(bào)警，過流報(bào)警，急停等。同時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的所有功能，都通過嵌入式系統(tǒng)編寫程序軟件在控制柜12中實(shí)現(xiàn)集成，實(shí)驗(yàn)員可在控制柜12上對整個(gè)環(huán)境試驗(yàn)系統(tǒng)所有功能進(jìn)行操控。 本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)不間斷的進(jìn)行動(dòng)態(tài)冷熱循環(huán)力學(xué)實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了自切換液氮制冷系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含一號(hào)液氮罐8和二號(hào)液氮罐9兩個(gè)大容量自增壓優(yōu)質(zhì)不銹鋼液氮容器，同時(shí)分別在每個(gè)液氮罐的輸液閥處安裝輸液電磁閥6和增壓閥處安裝增壓電磁閥7，并且每個(gè)液氮罐底部設(shè)有質(zhì)量傳感器5，通過電磁閥的同時(shí)開閉來控制罐內(nèi)壓力及液氮的流量。該系統(tǒng)的具體工作方式為通過每個(gè)液氮罐底部設(shè)置的質(zhì)量傳感器5來檢查每個(gè)液氮罐的質(zhì)量變化，并將采集的液氮罐質(zhì)量變化通過RS232通信方式傳遞給控制柜12，并在液晶觸控操作面板上實(shí)時(shí)監(jiān)測罐內(nèi)的液氮余量。在做熱循環(huán)實(shí)驗(yàn)時(shí)，先將兩個(gè)個(gè)液氮罐8和9加注滿，然后開始冷熱循環(huán)力學(xué)實(shí)驗(yàn)。當(dāng)一號(hào)液氮罐8中液氮即將耗盡時(shí)，通過PLC控制報(bào)警電路來提示實(shí)驗(yàn)人員更換液氮，同時(shí)程序會(huì)自動(dòng)關(guān)閉一號(hào)液氮罐8的輸液電磁閥6和增壓電磁閥7，并同步打開二號(hào)液氮罐9，讓二號(hào)液氮罐9開始切換為工作狀態(tài)并為試驗(yàn)箱內(nèi)繼續(xù)提供制冷，此時(shí)實(shí)驗(yàn)人員便可將一號(hào)液氮罐8重新加滿液氮。直到二號(hào)液氮罐9液氮再次耗盡時(shí)，程序檢查一號(hào)液氮罐8余量后讓其重新參與制冷，并再次停掉二號(hào)液氮罐9，留給實(shí)驗(yàn)人員更換液氮。通過對以上步驟的重復(fù)，便可實(shí)現(xiàn)采用較小的代價(jià)實(shí)現(xiàn)不間斷的寬變溫范圍的冷熱循環(huán)實(shí)驗(yàn)。本發(fā)明的試驗(yàn)箱箱門43正中間的觀測窗由外光學(xué)石英玻璃13和內(nèi)光學(xué)石英玻璃14組成，采用雙層高透射比的光學(xué)玻璃組成的中空式設(shè)計(jì)，即外光學(xué)石英玻璃13和內(nèi)光學(xué)石英玻璃14中間留出中空的風(fēng)道。觀測窗下部設(shè)有除霜風(fēng)道入口 16，觀測窗上部設(shè)有除霜風(fēng)道出口 15，除霜熱風(fēng)機(jī)10通過除霜風(fēng)道入口 16與觀測窗連接。除霜熱風(fēng)機(jī)10工作時(shí)，風(fēng)從除霜風(fēng)道入口 16進(jìn)入，穿過外光學(xué)石英玻璃13和內(nèi)光學(xué)石英玻璃14之間的風(fēng)道，從除霜風(fēng)道出口 15吹出，形成自下而上的風(fēng)道(如圖2所示)。除霜除霧的具體方式為利用熱風(fēng)幕原理，通過下面的加熱除霜風(fēng)機(jī)送出的熱風(fēng)從兩層密封玻璃之間通過，將玻璃加熱在露點(diǎn)以上，防止在低溫下玻璃結(jié)霜結(jié)霧而阻擋DIC應(yīng)變測量儀11拍攝；而當(dāng)試驗(yàn)箱內(nèi)溫度高時(shí)，PLC控制器關(guān)閉除霜加熱元件，此時(shí)兩層密封玻璃之間通過氣流為涼風(fēng)，降低了外光學(xué)石英玻璃13與內(nèi)光學(xué)石英玻璃14的溫度，避免了熱浪對拍攝圖像造成的干擾。同時(shí)除霜風(fēng)機(jī)10采用了可拆卸式設(shè)計(jì)，以方便實(shí)驗(yàn)員的拆裝試樣和DIC應(yīng)變測量儀11的 擺放。
權(quán)利要求
1.一種高低溫動(dòng)態(tài)冷熱循環(huán)熱力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)，包括試驗(yàn)箱(1)，箱內(nèi)照明系統(tǒng)，液氮制冷系統(tǒng)，觀測窗以及系統(tǒng)控制柜，試驗(yàn)箱(I)由內(nèi)外腔隔板分隔成內(nèi)腔體(32)和外腔體(17)，內(nèi)腔體(32)含有加熱絲和攪風(fēng)渦輪，隔板上設(shè)有出風(fēng)口和吸風(fēng)口，其特征在于該試驗(yàn)系統(tǒng)還包括雙輸出PID控制器以及DIC全場應(yīng)變測量儀；所述的液氮制冷系統(tǒng)采用自切換液氮制冷系統(tǒng)，自切換液氮制冷系統(tǒng)包含一號(hào)液氮罐(8)和二號(hào)液氮罐(9)兩個(gè)自增壓液氮罐，在每個(gè)液氮罐的輸液閥處分別安裝輸液電磁閥￠)，在每個(gè)液氮罐的增壓閥處分別安裝增壓電磁閥(7)，且每個(gè)液氮罐底部設(shè)有質(zhì)量傳感器(5)，兩個(gè)液氮罐內(nèi)的液氮分別通過一號(hào)液氮輸液管(31)和二號(hào)液氮輸液管(33)輸送進(jìn)入試驗(yàn)箱(I);所述的雙輸出PID控制器設(shè)置在系統(tǒng)控制柜(12)內(nèi)，雙輸出PID控制器中一路連接可控硅調(diào)節(jié)上加熱絲組(28)和下加熱絲組(29)的加熱功率，另一路連接液氮罐上面的輸液電磁閥(6)和增壓電磁閥(7)控制制冷功率；所述的DIC全場應(yīng)變測量儀(11)置于試驗(yàn)箱(I)外部的正前方，透過試驗(yàn)箱箱門(43)上的觀測窗測量試樣(36)的應(yīng)變場。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高低溫動(dòng)態(tài)冷熱循環(huán)熱力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于所述的加熱絲包括上加熱絲組(28)和下加熱絲組(29);內(nèi)外腔隔板(42)自上而下設(shè)有第一出風(fēng)口(25)、第二出風(fēng)口(24)、第三出風(fēng)口(22)和第四出風(fēng)口(23);第一出風(fēng)口(25)和第二出風(fēng)口(24)之間設(shè)有上柔性風(fēng)道調(diào)節(jié)版(27)，第三出風(fēng)口(22)和第四出風(fēng)口(23)之間設(shè)有下柔性風(fēng)道調(diào)節(jié)版(26);所述吸風(fēng)口設(shè)置在內(nèi)外腔隔板(42)的正中間(41)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種高低溫動(dòng)態(tài)冷熱循環(huán)熱力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于所述的一號(hào)液氮輸液管(31)和二號(hào)液氮輸液管(33)分別從試驗(yàn)箱的上下兩個(gè)位置伸入內(nèi)腔(32)，液氮從四個(gè)不同角度通過四個(gè)噴頭噴向內(nèi)腔(32)中部的攪風(fēng)渦輪(30)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高低溫動(dòng)態(tài)冷熱循環(huán)熱力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于該試驗(yàn)系統(tǒng)還包括除霜熱風(fēng)機(jī)(10);試驗(yàn)箱箱門(43)正中間的觀測窗由外光學(xué)石英玻璃(13)和內(nèi)光學(xué)石英玻璃(14)組成，外光學(xué)石英玻璃和外光學(xué)石英玻璃中間留出中空的風(fēng)道；觀測窗下部設(shè)有除霜風(fēng)道入口(16)，觀測窗上部設(shè)有除霜風(fēng)道出口(15)，除霜熱風(fēng)機(jī)(10)通過除霜風(fēng)道入口(16)與觀測窗連接形成自下而上的除霜風(fēng)道。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高低溫動(dòng)態(tài)冷熱循環(huán)熱力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于所述的箱內(nèi)照明系統(tǒng)分為兩組，包含前照明裝置(2)和后照明裝置(3)，且每組照明裝置由多個(gè)直流照明源組成。
全文摘要
一種高低溫動(dòng)態(tài)冷熱循環(huán)熱力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)，適用于高低溫環(huán)境下的力學(xué)性能測試。本發(fā)明的試驗(yàn)箱采用了內(nèi)外兩腔體設(shè)計(jì)，內(nèi)外腔隔板自上而下設(shè)有四個(gè)出風(fēng)口，并在內(nèi)外腔隔板正中設(shè)有吸風(fēng)口，試驗(yàn)箱還包含光學(xué)應(yīng)變觀測窗、除霜熱風(fēng)機(jī)和多點(diǎn)直流照明源，此外試驗(yàn)系統(tǒng)還包含雙輸出PID控制器，DIC全場應(yīng)變測量儀和自切換液氮制冷系統(tǒng)。本發(fā)明彌補(bǔ)了現(xiàn)有熱穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)系統(tǒng)不具備熱瞬態(tài)和熱循環(huán)的功能以及低溫制冷受到液氮罐容量的限制而無法持續(xù)不間斷的供給的缺陷；同時(shí)解決了高溫?zé)崂藳_擊和低溫霜霧對全場應(yīng)變測量帶來的干擾等技術(shù)問題，從而實(shí)現(xiàn)了高低溫環(huán)境下測試材料熱穩(wěn)態(tài)、熱瞬態(tài)、冷熱循環(huán)等過程的力學(xué)性能及同步測量試樣應(yīng)變場的目的。
文檔編號(hào)G01N3/18GK102879278SQ20121034292
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月14日
發(fā)明者杜泓飛, 曾攀, 雷麗萍 申請人:清華大學(xué)