一种低温弹热效应测试系统技术方案

本实用新型专利技术提供的低温弹热效应测试系统，将制冷机冷却的真空杜瓦罐用于弹热效应测试，为弹热效应测试提供真空、低温的测试环境，在真空状态下，可以减小漏热对样品温度变化的影响，使弹热效应测试无限接近于绝热环境，直接测试得到绝热温变的数据；且制冷机冷却真空杜瓦罐，温度均匀且连续可调、可控，可实现2

【技术实现步骤摘要】
一种低温弹热效应测试系统


[0001]本技术涉及弹热材料和弹热制冷领域，特别涉及一种低温弹热效应测试系统。

技术介绍

[0002]弹热制冷是近年来发展起来的一种新型固体制冷技术，其理论制冷效率可与传统的气体压缩制冷效率相媲美，而且结构简单、纯固体无运动部件、成本低，受到国内外研究人员的重视。与传统的气体压缩制冷相比，弹热制冷技术的优点主要表现在：(1)绿色环保：弹热制冷采用固体制冷工质，解决了传统气体制冷工质有毒、易泄漏、易燃以及对臭氧层的破坏和温室效应等问题；(2)节能高效：弹热效应的热力学过程是可逆的，理论上其热力学效率可达到卡诺循环效率,实践中能实现的效率可达到卡诺循环效率的70％
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80％，甚至更高；(3)稳定可靠：弹热制冷无需气体压缩机，振动与噪声小，寿命长，可靠性高。
[0003]弹热制冷是基于弹热材料的弹热效应来实现制冷的。热弹效应与磁热效应类似，在指弹热材料在轴向应力作用下，其熵值随着应力大小的改变而改变，在绝热条件下(快速加载、卸载)下，弹热材料的温度会相应地升高或降低。一般用等温熵变ΔS
iso
或绝热温变ΔT
ad
来衡量弹热效应的大小。利用弹热材料的应力
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应变曲线和麦克斯韦方程可以计算等温熵变ΔS
iso
的值，间接地表征弹热效应的大小。而鉴于弹热效应驱动方式简单,更简便的衡量方法是直接测量绝热温变ΔTad，即使用精密的测温设备测量材料相变前后的温度。这种方法不仅可以直观地表征弹热效应的大小，还能了解其热效应产生过程中的细节，如弹热过程中材料温度变化的位置、趋势等。
[0004]目前，弹热效应的测试装置一般为研究单位自行搭建，测试温度大多局限于室温附近。测试装置一般采用力学试验机向弹热材料施加轴向应力，用高精度温度计或红外测温仪测试弹热材料的温度变化。2017年中科院理化技术研究所研制了一种弹热性能测试装置，其低温环境由液氮或液氦冷却真空杜瓦容器获得，在77K，4.2K温度点由容器内的液氮或液氦浸泡样品获得，但是由于液氮、液氦的比热容较大，即便在快速加载、卸载条件下，也难以获得绝热条件，因此测试的绝热温变值误差较大。在77
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室温或4.2
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77K温区则使用液氮或液氦预冷结合加热器来实现，由于缺乏持续的外界冷量供应，杜瓦容器内的温度难以长时间保持。因此，低温弹热效应测试仍面临诸多困难。

技术实现思路

[0005]鉴于此，有必要针对现有技术中存在缺陷提供一种实现低温弹热效应的长时间精确测量的低温弹热效应测试系统。
[0006]为解决上述问题，本技术采用下述技术方案：
[0007]本技术提供了一种低温弹热效应测试系统，包括：力学试验机组件、弹热效应测试组件、真空杜瓦组件及控制单元；其中：
[0008]所述力学试验机组件包括力学试验机、设置于所述力学试验机上的法兰和传感
器、与所述传感器连接的样品杆；
[0009]所述弹热效应测试组件包括固定有样品的样品夹具、安装于所述样品上的引伸计及设置于所述样品表面的温度计，所述样品夹具与所述样品杆固定连接；
[0010]所述真空杜瓦组件包括真空杜瓦罐，所述真空杜瓦组件包括真空杜瓦罐，所述真空杜瓦罐内壁与其壳体之间形成杜瓦真空夹层腔，所述杜瓦真空夹层腔中设置有与所述真空杜瓦罐的内壁相连的制冷机，所述制冷机为所述真空杜瓦罐制冷，所述弹热效应测试组件放置于所述真空杜瓦罐内；
[0011]所述真空杜瓦罐与所述法兰连接，所述真空杜瓦罐的顶部分别设置有进气阀和真空阀，所述真空阀连接有真空泵，所述真空泵为所述真空杜瓦罐抽真空，所述进气阀与外接大气连通，可为所述真空杜瓦罐充入空气；
[0012]所述控制单元电性连接所述传感器，所述控制单元用于设置载荷施加参数，并通过所述传感器控制载荷施加过程，为弹热效应测试提供所需的外加载荷；
[0013]所述控制单元还电性连接所述引伸计及所述温度计，所述控制单元可实时记录载荷施加过程中样品的变形量和温度变化，并计算得到样品的绝热温变和相应的应力
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应变数据；
[0014]所述控制单元还电性连接所述真空杜瓦罐，所述控制单元可控制所述真空杜瓦罐内的环境温度。
[0015]在其中一些实施例中，所述样品夹具包括上端夹具及下端夹具，所述上端夹具与所述样品杆固定相连，所述下端夹具连接有底座，所述样品固定于所述上端夹具及所述下端夹具之间。
[0016]在其中一些实施例中，所述真空杜瓦罐与所述法兰之间设置有杜瓦保温材料，所述杜瓦保温材料为隔热泡沫。
[0017]在其中一些实施例中，所述真空杜瓦罐可提供真空低温环境，其温度范围为2
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300K。
[0018]在其中一些实施例中，所述制冷机为G
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M制冷机。
[0019]本技术采用上述技术方案，其有益效果如下：
[0020]本技术提供的低温弹热效应测试系统，将制冷机冷却的真空杜瓦罐用于弹热效应测试，为弹热效应测试提供真空、低温的测试环境，在真空状态下，可以减小漏热对样品温度变化的影响，使弹热效应测试无限接近于绝热环境，直接测试得到绝热温变的数据；且制冷机冷却真空杜瓦罐，温度均匀且连续可调、可控，可实现2
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300K温度范围内的任意温度点的弹热效应测试；此外，控制单元将环境控温、弹热效应测试和相关力学载荷控制集成在一起，使弹热效应测试过程方便快捷。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1为本技术实施例1提供的低温弹热效应测试系统的结构示意图。
具体实施方式
[0023]下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
[0024]在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
[0025]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低温弹热效应测试系统，其特征在于，包括：力学试验机组件、弹热效应测试组件、真空杜瓦组件及控制单元；其中：所述力学试验机组件包括力学试验机、设置于所述力学试验机上的法兰和传感器、与所述传感器连接的样品杆；所述弹热效应测试组件包括固定样品的样品夹具、安装于所述样品上的引伸计及设置于所述样品表面的温度计，所述样品夹具与所述样品杆固定连接；所述真空杜瓦组件包括真空杜瓦罐，所述真空杜瓦罐内壁与其壳体之间形成杜瓦真空夹层腔，所述杜瓦真空夹层腔中设置有与所述真空杜瓦罐的内壁相连的制冷机，所述制冷机为所述真空杜瓦罐制冷，所述弹热效应测试组件放置于所述真空杜瓦罐内；所述真空杜瓦罐与所述法兰连接，所述真空杜瓦罐的顶部分别设置有进气阀和真空阀，所述真空阀连接有真空泵，所述真空泵为所述真空杜瓦罐抽真空，所述进气阀与外接大气连通，可为所述真空杜瓦罐充入空气；所述控制单元电性连接所述传感器，所述控制单元用于设置载荷施加参数，并通过所述传感器控制载荷施加过程，为弹热效应测试提供所需...

【专利技术属性】
技术研发人员：周敏，黄荣进，李来风，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：新型
国别省市：