一种可重复精确测量冰粘附力的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种可重复精确测量冰粘附力的装置及方法，该装置包括静态加载模块、温度维持模块，推拉力传感器，以及设置在推拉力传感器上的弹性缓冲元件；在温度维持模块所提供的稳定温度环境下，静态加载装置带动所述推拉力传感器沿X轴和Y轴方向移动，并通过连接线拉动多个结冰样品，使其从待测基底上脱离；其中，该待测基底上的多个结冰模具预先划分为预演批和测试批，试验时，先根据预演批中多个结冰模具中的结冰样品脱离待测基底时的粘附力和所需时间确定最佳加载速度，再根据该最佳加载速度进行加载，使得测试批的每个结冰样品脱离待测基底，最后根据测得的测试批的多个结冰样品的所有粘附力平均值得到待测粘附力。样品的所有粘附力平均值得到待测粘附力。样品的所有粘附力平均值得到待测粘附力。

【技术实现步骤摘要】
一种可重复精确测量冰粘附力的装置及方法


[0001]本专利技术涉及力学测量
，尤其涉及一种可重复精确测量冰粘附力的装置及方法。

技术介绍

[0002]结冰问题一直都是危害航空安全、交通运输、供电系统等的重要因素，如飞机机翼或平尾结冰影响飞行安全，路面或铁轨结冰易导致安全事故，输电线结冰影响电力输送，严重可能导致杆塔倒塌等。研究冰粘附力机理是防冰和除冰的基础，具有重要的科学意义。测量冰粘附力是研究冰粘附力机理的重要实验手段，目前所用的主流方法主要有直接推拉法和离心测量法，这些方法都是先将样品在基底上进行冻结，冻结后安装在实验台上进行测量，然而，冻结过程和测量过程中的环境因素变化，尤其是温度变化会使得测量结果偏差过大，可重复性差；另一方面，都是采用单个样品进行冻结，然后进行测量实验。例如，申请号为CN201810877845.7的中国专利技术专利申请提出的一种附冰粘附强度测试装置，其通过向冷台上的套筒中注入液体并冷却至形成冰柱，然后通过移动平台拉动冰柱使其脱离待测基底表面。
[0003]然而，要得到结冰粘附力的准确结果往往需要测量多组实验数据，且为了保证实验结果的准确，需要在相同环境下实验，因此使用常规方法测量结冰粘附力的耗时较长，效率低下，同时难以长时间保证环境参数，尤其是温度的稳定，从而会给实验带来较大的误差，同时可重复性差。
[0004]针对此，申请号为CN202110125392.4的中国专利技术专利申请提出了一种冰层粘附力测量装置，其通过在一环形转盘上安装多块实验板，即结冰基底，转盘中间设置用于推动冰层的探头，设置在探头上的压力传感器，以及驱动探头运动的驱动装置。该装置能够在同一结冰条件下成多个结冰样品并对多个结冰样品进行测量，避免了多次实验中温度、液态水含量等环境因素变化造成的偏差过大，从而导致测量结果的误差。
[0005]虽然上述测量装置能够在同一结冰条件下成多个结冰样品并对结冰样品进行测量，但并未提及如何保证在同一试验环境，尤其是温度环境下对多个结冰样品进行测量。然而，在实际应用中，由于是一个结冰样品一个结冰样品的测量，并且，测量过程中，要实现力的静态加载，驱动探头的运动速度就需要非常低，因此，在测量过程中，随着时间的流逝，还未测量的结冰样品逐渐融化，从而使得试验的可重复性差。若为了避免结冰样品融化就需要将整个装置放置到一个大型制冷设备，例如，恒温试验箱中，不仅成本高，而且，对于压力传感器等电子设备而言，环境温度过低势必会影响其性能，从而造成误差。
[0006]有鉴于此，目前尚缺乏一种不仅能够提供稳定的温度环境，且结构简单、重复性高的测量装置。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种可重复精确测量冰粘附力的装置及方法，部分地解决
或缓解现有技术中的上述不足，能够精确地测量冰层与待测基底之间的粘附力，且可重复性高。
[0008]为了解决上述所提到的技术问题，本专利技术具体采用以下技术方案：本专利技术的第一方面，在于提供一种可重复精确测量冰粘附力的装置，其包括：上位机，多个结冰模具与所述上位机相连的静态加载模块，设置在该静态加载模块上的推拉力传感器，以及温度维持模块；其中，所述温度维持模块包括：用于为位于待测基底上的多个结冰模具中的液体提供稳定的结冰环境的半导体制冷装置；用于向所述半导体制冷装置循环输入冷媒的冷媒供给装置；用于盖在所述半导体制冷装置和所述待测基底上，以隔绝外界温度的隔热箱；用于向所述隔热箱充入惰性气体，以降低热交换的供气装置；所述静态加载模块包括：用于沿Y轴带动所述推拉力传感器移动的Y轴移动平台；用于沿X轴带动所述Y轴移动平台移动的X轴移动平台；用于分别驱动所述Y轴移动平台和所述X轴移动平台的驱动器；所述驱动器与所述上位机相连。
[0009]本专利技术的一些实施例中，所述推拉力传感器上设置有弹簧。
[0010]本专利技术的第二方面，在于提供一种可重复精确测量冰粘附力的方法，所述一种可重复精确测量冰粘附力的方法基于一种可重复精确测量冰粘附力的装置，所述一种可重复精确测量冰粘附力的装置包括：用于实现力的静态加载的静态加载模块，设置在所述静态加载模块一侧的温度维持模块，安装在所述静态加载装置上的推拉力传感器，所述推拉力传感器上设置有弹性缓冲元件，其中，所述静态加载装置在上位机的控制下，带动所述推拉力传感器沿X轴和Y轴方向移动，并通过连接线拉动结冰样品，使其从待测基底上脱离；相应地，所述一种可重复精确测量冰粘附力的方法包括步骤：将所述温度维持模块中半导体制冷装置接入电源，并向所述半导体制冷装置内的循环管路内循环输入冷媒，使得位于所述半导体制冷装置上的所述待测基底的温度达到预设的目标温度；将结冰用液体依次装入预先放置在所述待测基底上的多个结冰模具中；所述多个结冰模具按照预设的排布方式划分为预演批和测试批；将所述温度维持模块中的隔热箱盖在所述半导体制冷装置和所述待测基底上，并持续向所述隔热箱内充入惰性气体，以等待所述液体结冰；当完成结冰时，得到所述预演批的多个结冰样品和所述测试批的多个结冰样品；针对所述预演批中的每个所述结冰样品，所述静态加载装置分别以不同的加载速度进行力的静态加载，以使得所述预演批中的多个结冰样品脱离所述待测基底，并根据所述预演批中所有所述结冰样品脱离时的粘附力和所需时间确定最佳加载速度；所述静态加载装置以所述最佳速度移动以进行力的静态加载，使得所述测试批中的多个结冰样品脱离所述待测基底；获取所述传感器所采集到的所述测试批中各个所述结冰样品脱离所述待测基底时的粘附力，并计算平均值，得到所述结冰样品与所述待测基底表面的待测粘附力。
[0011]本专利技术通过提前设置预演批和测试批，并从而预演批来为待测基底、结冰样品、弹性缓冲元件找到一个相匹配的最佳加载速度，即除去偏差较大的粘附力后剩余粘附力中，对应的所需时间最少的加载速度，然后以该最佳加载速度，在相同的试验环境下对测试批的多个结冰样品进行测量，并根据测量结果求取平均值，得到最终结果，提高了测量精度。
[0012]在本专利技术的一些实施例中，根据所述预演批中所有所述结冰样品脱离是的粘附力和所需时间确定所述最佳加载速度的步骤，具体包括：获取所述预演批中每个所述结冰样品脱离所述待测基底时，所述推拉力传感器所采集的粘附力，以及所需时间；剔除所采集的多个粘附力中偏差较大的粘附力所对应的加载速度，并从剩余的粘附力中，选择所需时间最小的一个粘附力所对应的加载速度作为最佳加载速度。
[0013]在本专利技术的一些实施例中，所述预设的排布方式包括：多个所述结冰模具分别沿所述X轴和所述Y轴以阵列的形式排布在所述待测基底上，所述阵列包括至少两行，其中至少一行被划分为所述预演批，其它行被划分为所述测试批。通过沿X轴和Y轴以阵列的形式排布，是为了便于记录每个结冰模具/结冰样品的具体位置（例如坐标），从而使得上位机可根据当前所要测量的结冰样品的具体位置，以及静态加载模块中X轴、Y轴移动平台的当前位置，自动控制两个移动平台移动到相应的位置（当然，实际操作中还可进行微调或者收到调整移动平台），使得可直接将连接线连接在弹性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可重复精确测量冰粘附力的方法，其特征在于，所述方法基于一种可重复精确测量冰粘附力的装置，所述装置包括：用于实现力的静态加载的静态加载模块，设置在所述静态加载模块一侧的温度维持模块，安装在所述静态加载装置上的推拉力传感器，所述推拉力传感器上设置有弹性缓冲元件，其中，所述静态加载装置带动所述推拉力传感器沿X轴和Y轴方向移动，并通过与所述弹性缓冲单元相连的连接线拉动结冰样品，使其从待测基底上脱离；相应地，所述一种可重复精确测量冰粘附力的方法包括步骤：将所述温度维持模块中半导体制冷装置接入电源，并向所述半导体制冷装置内的循环通道内循环输入冷媒，使得位于所述半导体制冷装置上的所述待测基底的温度达到预设的目标温度；将结冰用液体依次装入预先放置在所述待测基底上的多个结冰模具中；所述多个结冰模具按照预设的排布方式划分为预演批和测试批；将所述温度维持模块中的隔热箱盖在所述半导体制冷装置和所述待测基底上，并持续向所述隔热箱内充入惰性气体，以等待所述液体结冰；当完成结冰时，得到所述预演批的多个结冰样品和所述测试批的多个结冰样品；针对所述预演批中的每个所述结冰样品，所述静态加载装置分别以不同的加载速度进行力的静态加载，以使得所述预演批中的多个结冰样品脱离所述待测基底，并根据所述预演批中所有所述结冰样品脱离时的粘附力和所需时间确定最佳加载速度；所述静态加载装置以所述最佳加载速度进行力的静态加载，使得所述测试批中的多个结冰样品脱离所述待测基底；获取所述推拉力传感器所采集到的所述测试批中各个所述结冰样品脱离所述待测基底时的粘附力，并计算平均值，得到所述结冰样品与所述待测基底表面的待测粘附力。2.根据权利要求1所述的一种可重复精确测量冰粘附力的方法，其特征在于，根据所述预演批中所有所述结冰样品脱离是的粘附力和所需时间确定所述最佳加载速度的步骤，具体包括：获取所述预演批中每个所述结冰样品脱离所述待测基底时，所述推拉力传感器所采集的粘附力，以及所需时间；剔除所采集的多个粘附力中的最大粘附力所对应的加载速度，并从剩余的粘附力中，选择所需时间最小的一个粘附力所对应的加载速度作为所述最佳加...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛明，倪章松，张颖，潘攀，
申请(专利权)人：成都流体动力创新中心，
类型：发明
国别省市：