高温无氧环境下直接接触式拉伸变形测量系统及测量方法技术方案

一种高温无氧环境下直接接触式拉伸变形测量系统，涉及材料在高温无氧环境下拉伸变形测量的领域；包括环境箱、辐射炉、拉伸夹具、拉伸试样、第一引伸计水冷盒、第二引伸计水冷盒、引伸计传递杆、第一支撑调节装置、第二支撑调节装置、弹性元件及应变片、信号线、第一固定板、第二固定板、航空插头、信号放大转换器和显示器；本发明专利技术采用直接接触式测试方法可以将试样的变形准确的传递到弹性元件上，灵敏度较高；测试温度可达到2000℃，而弹性元件和应变片始终处于50℃以下，引伸计可以在常温标定，在高温环境下使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种材料在高温无氧环境下拉伸变形测量的领域；特别是一种高温无氧环境下直接接触式拉伸变形测量系统及测量方法。
技术介绍
随着航天飞行器的性能提升，传统材料已经不能满足设计要求，相关行业通过研制和技术改进的途径，推出一系列满足设计要求的新材料，对新材料的性能指标提出更高的要求，而模拟使用环境下的力学行为表征是评价材料可靠性的重要指标。其中高温无氧环境材料拉伸性能测试是最基本的评价手段。国内外材料高温力学性能测试技术已经达到相当的水平，普及程度也比较高，但大多数只能提供强度测试数据。国内外设备生产厂家及科研院所也专利技术了一些方法测试材料的拉伸变形，总结下来主要有两种方式：一种是引出式测变形，即试样的变形通过导杆传递到环境箱外，在环境箱外测量导杆的位移，将其等效为试样的变形，这种方式的优点在于引伸计在环境箱外，不用考虑试样温度对弹性元件的影响，且装夹方便，引伸计稳定性较好。缺点也很突出，变形传递导杆过长，灵敏度大大降低，测试精度不高。对于一些变形量较小的脆性材料，不宜采用这种方式；另一种现在比较流行的方式是非接触式测变形，这种方法的优点是对被测试样的尺寸要求较低，测试系统在环境箱外，可以测试局部应力应变场，不用考虑水冷，试样设计等问题。但其局限性也很多，目前比较稳定的测试温度也只能达到1200℃，且针对不同材料及温度范围要采用不同的滤波镜头，并且非接触式高温引伸计无法进行标定。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种高温无氧环境下直接接触式拉伸变形测量系统及测量方法，本专利技术采用直接接触式测试方法可以
将试样的变形准确的传递到弹性元件上，灵敏度较高；测试温度可达到2000℃，而弹性元件和应变片始终处于50℃以下，引伸计可以在常温标定，在高温环境下使用。本专利技术的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：一种高温无氧环境下直接接触式拉伸变形测量系统，包括环境箱、辐射炉、拉伸夹具、拉伸试样、第一引伸计水冷盒、第二引伸计水冷盒、引伸计传递杆、第一支撑调节装置、第二支撑调节装置、弹性元件及应变片、信号线、第一固定板、第二固定板、航空插头、信号放大转换器和显示器；所述辐射炉、拉伸夹具、拉伸试样、第一引伸计水冷盒、第二引伸计水冷盒、引伸计传递杆、第一支撑调节装置、第二支撑调节装置、弹性元件及应变片、信号线、第一固定板、第二固定板置于环境箱内；拉伸试样置于辐射炉的中心位置；拉伸夹具固定在拉伸试样的上下两端，实现对拉伸试样垂直方向位移调节和施加力；第一引伸计水冷盒、第二引伸计水冷盒对称设置在辐射炉两端的侧壁上；第一引伸计水冷盒、第二引伸计水冷盒内分别竖直固定安装弹性元件及应变片；弹性元件及应变片与拉伸试样侧壁之间水平安装引伸计传递杆；引伸计传递杆的两端分别与弹性元件及应变片和拉伸试样侧壁接触；第一引伸计水冷盒的下端固定安装第一支撑调节装置；第一支撑调节装置的下部固定安装第一固定板；第二引伸计水冷盒下端固定安装第二支撑调节装置；第二支撑调节装置下端固定安装第二固定板；第一固定板、第二固定板分别固定在环境箱两侧内壁上；第一引伸计水冷盒和第二引伸计水冷盒的外壁分别引出一条信号线，共两条信号线；航空插头设置在环境箱的侧壁上；航空插头依次与信号放大转换器、显示器连接。在上述的一种高温无氧环境下直接接触式拉伸变形测量系统，第一引伸计水冷盒、第二引伸计水冷盒长为110-130mm；宽为50-70mm；高为80-100mm的不锈钢金属壳体；第一引伸计水冷盒、第二引伸计水冷盒与辐射炉之间间隙
为2-10mm。在上述的一种高温无氧环境下直接接触式拉伸变形测量系统，第一支撑调节装置、第二支撑调节装置材料为不锈钢，水平和垂直调节距离范围为10～20mm；信号线为高温导线；引伸计传递杆为直径9-11mm，长为100-120mm的圆柱体，引伸计传递杆材料为石墨。在上述的一种高温无氧环境下直接接触式拉伸变形测量系统，其特征在于：拉伸变形测量系统中的测量电路为双边全桥形式；包括可变电阻R1、可变电阻R2、可变电阻R3、可变电阻R4、输入电压E、输出电压U、放大转换器和显示器；电阻R1与R2串联；R3与R4串联；两个串联电路并联；电阻R1、R2、R3、R4的阻值变化量分别为ΔR1、ΔR2、ΔR3、ΔR4；电阻R3与电阻R2的连接处接与输入电压E正端连接；电阻R1与电阻R4的连接处接与输入电压E负端连接；从电阻R3与电阻R4的连接处、电阻R1与电阻R2的连接处分别输出电压U，输出电压U信号通过放大转换器输出至显示器；显示器一端接地。在上述的一种高温无氧环境下直接接触式拉伸变形测量系统，当拉伸试样为金属材料或柔性材料时，弹性元件及应变片为钛合金材料；当拉伸试样为玻璃钢或陶瓷材料时，弹性元件及应变片为青铜材料。在上述的一种高温无氧环境下直接接触式拉伸变形测量系统，第一引伸计水冷盒、第二引伸计水冷盒为长方体形状；第一引伸计水冷盒、第二引伸计水冷盒面向辐射炉的侧壁上分别设置有圆孔；拉伸试样侧壁与圆孔对应位置设置有沟槽；引伸计传递杆从圆孔中穿过，与拉伸试样接触.在上述的一种高温无氧环境下直接接触式拉伸变形测量系统，第一引伸计水冷盒和第二引伸计水冷盒为夹层结构，夹层结构为中空的循环水路；冷却水沿循环水路流动，将辐射炉及试样产生的辐射热量带走；实现当辐射炉内温度为400～2000℃时，弹性元件及应变片的温度≤50℃。在上述的一种高温无氧环境下直接接触式拉伸变形测量系统，所述支撑调
节装置控制第一引伸计水冷盒进行垂直方向、水平方向的移动；第二支撑调节装置控制第二引伸计水冷盒进行垂直方向、水平方向的移动。在上述的一种高温无氧环境下直接接触式拉伸变形测量系统，拉伸试样为哑铃型或圆柱形；拉伸试样轴向两端设置有凸耳；引伸计传递杆的一端卡在凸耳中。在上述的一种高温无氧环境下直接接触式拉伸变形测量系统的测量方法，包括如下步骤：步骤(一)、对引伸计在常温下进行标定，保证引伸计误差≤1％；步骤(二)、将拉伸试样安装在环境箱；通过拉伸夹具对拉伸试样施加25-35N的垂直方向预紧力，将拉伸试样固定在拉伸夹具中；步骤(三)、安装引伸计传递杆；通过调节左、右引伸计的水平位置，，使两侧引伸计传递杆间距与拉伸试样的侧壁接触，并处于自由状态；调节引伸计传递杆高度将引伸计传递杆的一端卡在拉伸试样工作段两端的凸耳上，调节引伸计传递杆垂直位置，将引伸计归零；步骤(四)、通冷却水，观察环境箱中第一引伸计水冷盒、第二引伸计水冷盒的冷却水循环状态；在处于水冷保护状态下，关闭环境箱，对环境箱进行抽真空、充气保护；步骤(五)、对拉伸试样进行加温；加温过程中监控冷却水温度变化，确保在此过程中引伸计和环境箱水冷管路通畅、两侧的引伸计传递杆没有从试样上脱开；步骤(六)、拉伸试样保温结束后进行拉伸性能测试，测试过程中两侧引伸计传递杆将拉伸试样的变形量传递到弹性元件及应变片上，转化成应变片阻值的变化，通过所述拉伸变形测量系统中的测量电路将阻值变化转换成电压的变化，电压变化量通过信号线、航空插头传递到信号放大转换器，信号放大转换器将信号进行放大处理后生成拉伸试样变形曲线传输至显示器。本专利技术与现有技术相比具有如下优点：(1)本专利技术采用一种高温无氧环境下直接接触式拉伸变形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高温无氧环境下直接接触式拉伸变形测量系统，其特征在于：包括环境箱(1)、辐射炉(2)、拉伸夹具(3)、拉伸试样(4)、第一引伸计水冷盒(5)、第二引伸计水冷盒(6)、引伸计传递杆(7)、第一支撑调节装置(8)、第二支撑调节装置(9)、弹性元件及应变片(10)、信号线(11)、第一固定板(12)、第二固定板(13)、航空插头(14)、信号放大转换器(15)和显示器(16)；所述辐射炉(2)、拉伸夹具(3)、拉伸试样(4)、第一引伸计水冷盒(5)、第二引伸计水冷盒(6)、引伸计传递杆(7)、第一支撑调节装置(8)、第二支撑调节装置(9)、弹性元件及应变片(10)、信号线(11)、第一固定板(12)、第二固定板(13)置于环境箱(1)内；拉伸试样(4)置于辐射炉(2)的中心位置；拉伸夹具(3)固定在拉伸试样(4)的上下两端，实现对拉伸试样(4)垂直方向位移调节和施加力；第一引伸计水冷盒(5)、第二引伸计水冷盒(6)对称设置在辐射炉(2)两端的侧壁上；第一引伸计水冷盒(5)、第二引伸计水冷盒(6)内分别竖直固定安装弹性元件及应变片(10)；弹性元件及应变片(10)与拉伸试样(4)侧壁之间水平安装引伸计传递杆(7)；引伸计传递杆(7)的两端分别与弹性元件及应变片(10)和拉伸试样(4)侧壁接触；第一引伸计水冷盒(5)的下端固定安装第一支撑调节装置(8)；第一支撑调节装置(8)的下部固定安装第一固定板(12)；第二引伸计水冷盒(6)下端固定安装第二支撑调节装置(9)；第二支撑调节装置(9)下端固定安装第二固定板(13)；第一固定板(12)、第二固定板(13)分别固定在环境箱(1)两侧内壁上；第一引伸计水冷盒(5)和第二引伸计水冷盒(6)的外壁分别引出一条信号线(11)，共两条信号线(11)；航空插头(14)设置在环境箱(1)的侧壁上；航空插头(14)依次与信号放大转换器(15)、显示器(16)连接。...

【技术特征摘要】
1.一种高温无氧环境下直接接触式拉伸变形测量系统，其特征在于：包括环境箱(1)、辐射炉(2)、拉伸夹具(3)、拉伸试样(4)、第一引伸计水冷盒(5)、第二引伸计水冷盒(6)、引伸计传递杆(7)、第一支撑调节装置(8)、第二支撑调节装置(9)、弹性元件及应变片(10)、信号线(11)、第一固定板(12)、第二固定板(13)、航空插头(14)、信号放大转换器(15)和显示器(16)；所述辐射炉(2)、拉伸夹具(3)、拉伸试样(4)、第一引伸计水冷盒(5)、第二引伸计水冷盒(6)、引伸计传递杆(7)、第一支撑调节装置(8)、第二支撑调节装置(9)、弹性元件及应变片(10)、信号线(11)、第一固定板(12)、第二固定板(13)置于环境箱(1)内；拉伸试样(4)置于辐射炉(2)的中心位置；拉伸夹具(3)固定在拉伸试样(4)的上下两端，实现对拉伸试样(4)垂直方向位移调节和施加力；第一引伸计水冷盒(5)、第二引伸计水冷盒(6)对称设置在辐射炉(2)两端的侧壁上；第一引伸计水冷盒(5)、第二引伸计水冷盒(6)内分别竖直固定安装弹性元件及应变片(10)；弹性元件及应变片(10)与拉伸试样(4)侧壁之间水平安装引伸计传递杆(7)；引伸计传递杆(7)的两端分别与弹性元件及应变片(10)和拉伸试样(4)侧壁接触；第一引伸计水冷盒(5)的下端固定安装第一支撑调节装置(8)；第一支撑调节装置(8)的下部固定安装第一固定板(12)；第二引伸计水冷盒(6)下端固定安装第二支撑调节装置(9)；第二支撑调节装置(9)下端固定安装第二固定板(13)；第一固定板(12)、第二固定板(13)分别固定在环境箱(1)两侧内壁上；第一引伸计水冷盒(5)和第二引伸计水冷盒(6)的外壁分别引出一条信号线(11)，共两条信号线(11)；航空插头(14)设置在环境箱(1)的侧壁上；航空插头(14)依次与信号放大转换器(15)、显示器(16)连接。2.根据权利要求1所述的一种高温无氧环境下直接接触式拉伸变形测量
\t系统，其特征在于：第一引伸计水冷盒(5)、第二引伸计水冷盒(6)长为110-130mm；宽为50-70mm；高为80-100mm的不锈钢金属壳体；第一引伸计水冷盒(5)、第二引伸计水冷盒(6)与辐射炉(2)之间间隙为2-10mm。3.根据权利要求1所述的一种高温无氧环境下直接接触式拉伸变形测量系统，其特征在于：第一支撑调节装置(8)、第二支撑调节装置(9)材料为不锈钢，水平和垂直调节距离范围为10～20mm；信号线(11)为高温导线；引伸计传递杆(7)为直径9-11mm，长为100-120mm的圆柱体，引伸计传递杆(7)材料为石墨。4.根据权利要求1所述的一种高温无氧环境下直接接触式拉伸变形测量系统，其特征在于：拉伸变形测量系统中的测量电路为双边全桥形式；包括可变电阻R1、可变电阻R2、可变电阻R3、可变电阻R4、输入电压E、输出电压U、放大转换器(15)和显示器(16)；电阻R1与R2串联；R3与R4串联；两个串联电路并联；电阻R1、R2、R3、R4的阻值变化量分别为ΔR1、ΔR2、ΔR3、ΔR4；电阻R3与电阻R2的连接处接与输入电压E正端连接；电阻R1与电阻R4的连接处接与输入电压E负端连接；从电阻R3与电阻R4的连接处、电阻R1与电...

【专利技术属性】
技术研发人员：李西颜，卢克非，章妮，张涛，王晓薇，
申请(专利权)人：航天材料及工艺研究所，中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11