用熱電偶測超高溫陶瓷的測試技術儀器

2022-12-28 23:00:05 字數 2180 閱讀 3142

超高溫陶瓷測試技術加熱方法

傳統高溫爐加熱方法目前國內為數不多的超高溫力學效能測試系統多採用高溫爐加熱,該法有以下主要缺點:①能源浪費嚴重;②試驗周期長;③爐體壽命低;④夾具耐高溫效能要求高、製造困難、成本高、壽命低;⑤變形(應變)測量困難,裝置複雜、精度差、壽命低;⑥溫度測量困難、精度低;⑦對真空或保護性環境要求高;⑧難以進行熱震試驗;⑨輻射或熱傳導方式加熱,易造成不均勻溫度場。因此,就極端溫度下超高溫陶瓷材料力學效能測試而言,必須在實驗測試技術及方法上有所突破,發展可行的超高溫實驗測試技術及方法。

直接加熱方法極端溫度下材料力學效能的測試系統及相應的測試方法與技術是深刻認識、表徵和評價該極端條件下的材料特徵,最大限度地發揮材料潛力並開發適合在該極端條件下使用的新材料的必要手段。我國當前的高溫力學效能測試手段遠遠不能滿足對材料超高溫力學效能測試的強烈需求。國內自主研發的材料高溫力學效能測試系統的工作溫度通常不超過2500℃,甚至不超過2000℃,材料超高溫(2700℃及以上)力學效能測試系統幾近空白。

發達國家對此類系統出**國嚴格控制,動輒幾百萬乃至上千萬的gleeble系列的高溫熱力模擬系統的最高工作溫度亦不超過1800℃。

測量原理

熱電偶測溫的基本原理是兩種不同成份的材質導體(稱為熱電偶絲材或熱電極)組成閉合迴路,當接合點兩端的溫度不同,存在溫度梯度時,迴路中就會有電流通過,此時兩端之間就存在電動勢——熱電動勢,這就是所謂的塞貝克效應。兩種不同成份的均質導體為熱電極,溫度較高的一端為工作端(也稱為測量端),溫度較低的一端為自由端(也稱為補償端),自由端通常處於某個恆定的溫度下。根據熱電動勢與溫度的函式關係,製成熱電偶分度表;分度表是自由端溫度在0℃時的條件下得到的,不同的熱電偶具有不同的分度表。

在熱電偶迴路中接入第三種金屬材料時,只要該材料兩個接點的溫度相同,熱電偶所產生的熱電勢將保持不變,即不受第三種金屬接入迴路中的影響。因此,在熱電偶測溫時,可接入測量儀表,測得熱電動勢後,即可知道被測介質的溫度。

測試系統結構設計

由於測試系統涉及低壓大電流加熱、夾具冷卻、載入控制與測量、應變測量、超高溫溫度測量、真空保護氣體氛圍、冷媒噴注等,擬採用整體式框架實現各功能和協調各功能之間的相互影響。此外,考慮到框內壓強突然增大,可能會帶來的影響,加入壓強控制裝置。通過活塞外聯常規動態作動器載入裝置,載入裝置可利用實驗室現有系統進行改造。

主要解決大電流引入方法、夾具冷卻措施、力感測器的布置與防護、部件間的絕緣與隔熱、抽真空與密封等。整體測試系統如圖所示

溫度測試模組

根據相關理論,擬採用sld-ss系列雙比色測溫儀。它使用雙色比值技術測量目標的溫度,拜託了對絕對能量測量的依賴,在下列條件下可進行有效的測量:

①目標被部分遮擋。如粉塵、煙霧,以及視窗、異物的遮擋。

②目標小於測溫儀的測量視場。

sld-ss紅外測溫儀,具有目視光學瞄準系統,大觀察視場,焦距可調節。高精度、高重複性的測溫儀接收目標的熱輻射,並將其轉換為可測量的電訊號。sld-ss紅外測溫儀具備現場發射率調節功能,方便使用者針對不同的被測目標進行現場修正,提高測量結果的有效性,真實性。

比色測溫儀的測量引數,如表所示.

應變測試模組

根據此次設計過程中應變測試模組的實際情況,擬採用英國metrum公司的非接觸式應變位移測量分析系統。採用高分辨數字工業攝像機,並選用合適的鏡頭,**測量儀器可以對小到1mm、大到超過100m的被測物進行測量。此儀器採用亞畫素技術。

在imetrum**分析軟體中,使用者可以任意指定一系列的目標點,系統將準確跟蹤**中這些目標點的位置,從而達到測量應變和位移的目的。而在本系統中,鑑於試件的特殊設計,直接以試件上的兩個耳朵為目標點,從而通過準確跟蹤**中這些目標點的位置,來達到測量應變和位移的目的。

技術指標:電:交流電220v,50hz

工作方式:非接觸式

測量精度:測量精度取決於攝像機的有效畫素和視場的大小。材料測試的解析度(用特製的材料測試專用鏡頭,25mm的視場),1/500個畫素。

位移解析度為0.05微公尺,應變解析度為5個微應變。測量準確性:

儀器測量的準確性分為位移和應變兩個方面。在測量應變方面,**測量儀器和乙個已校準的應變片相對比,兩個裝置的測量結果誤差在0.5%。

取樣頻率:裝置的取樣頻率取決於攝像機的拍攝頻率,可根據實際需求進行調整,標準配置裝置的取樣頻率為15hz。

其他相關元件

試驗機的核心部件已經一一列出並作了分析,但是除此之外還需要有一些必不可少的輔助裝置,來共同完成測試工作。其他元件主要還包括一台可供改造的小噸位試驗機系統,抽真空系統,水冷卻系統,一台用於分析資料以及控制整個測控系統的計算機等。

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