一种全自动检测材料表面冻粘附力集成式实验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种全自动检测材料表面冻粘附力实验装置及方法，实验装置包括低温隔热密闭实验舱

【技术实现步骤摘要】
一种全自动检测材料表面冻粘附力集成式实验装置及方法


[0001]本专利技术涉及检测材料表面冻粘附强度的方法和仪器设备
。
具体涉及到一种自动化检测材料表面冻粘附强度的仪器设备，可以直观
、
方便地测量材料表面冻粘附强度
。

技术介绍

[0002]在某些情况下，固体表面结冰引起的安全和能源问题越来越受到关注
。
当飞机穿过云层时，云层中的水蒸气会冻结在机翼和机尾上，这对人类出行是一个严重的威胁；对于冷泵
、
空调和冰箱来说，表面结霜会阻碍空气循环，导致设备效率降低和能量损失；由于空气中水气的存在，冬季时室外电力设施表面结冰
、
结霜问题，对电力传输会造成较严重的危害，建筑设施表面积冰以及霜冻现象也会对建筑材料造成力学性能的影响；由于冰粘附现象的普遍存在，考虑到其对生产生活带来的影响，如何避免材料表面冰粘附和如何除冰的研究已经大量开展
。
目前对材料表面冰粘附问题的研究主要是对材料表面机械除冰
、
材料表面涂覆防冻液
、
改良材料表面性质等防除冰技术研究
。
而评价不同材料种类，不同材料表面特征
(
光滑
、
粗糙
、
规则非光滑
)
的冰粘附强度和冰粘附特点是研究防除冰技术的基础
。
[0003]目前，针对材料表面的冰粘附特性的测试研究方法主要有：美国材料与试验协会
ASTM D3528
‑
96(2016)
国际标准分类号：
83.180
，设计了采用拉向载荷测定双搭接剪切粘接接头强度特性的标准试验方法，规定了法向测试粘附力的标准
。
国内专利：吉林大学“一种材料表面冰粘附强度法向力测试方法和装置”CN102628789B
通过拉拖剥离由水结冰粘结在试样表面的粘附探头时的最大法向力，以此来表征待测试样表面冰粘附法向强度；西南科技大学“一种测量材料表面法向与切向冰粘附强度的装置”CN112014234B
，用尼龙绳拖拽圆柱杯测量冰粘附法向
/
切向强度；北京理工大学“一种测量固体材料表面切向冰粘附强度的试验装置和方法”CN114878457A
，通过拉压试验机将待测试样从冰中拔出并记录数据和计算冰粘附强度；以上几种测试冰粘附强度方法和装置的主要问题有
(1)
试验装置操作过程繁琐；
(2)
试验的可重复性差；
(3)
试验结果无法定量化；
(4)
干扰因素多，数据不准确等
。
[0004]针对以上现有表面测试冻粘附强度的方法和装置的一些问题，本专利技术公开了一种全自动检测材料表面冻粘附力集成式实验装置及方法，实验装置包括低温隔热密闭实验舱
、
高清摄像机
、
小桶结冰机构
、
制冷温控样品固定台，粘附探头
、
力学传感器
、
电动位移台，系统控制软件程序
。
首先，样品固定在制冷温控样品固定台上；其次，将小桶结冰机构放置在待测位置并注入清水，待其接触面结冰粘结稳定；最后，在软件端按下开始测试按钮，系统自动控制电动位移台运动，探头接触小桶结冰机构使其从样品表面剥离，实时记录力学传感器的数据，系统软件自动算出粘附强度
、
粘附力等参数
。
本专利技术的装置配备精密的检测元件，可避免以往的试验误差和环境干扰，并可以直观
、
真实
、
自动化地表征表面粘附情况，以探究不同表面结构与冻粘附之间的相互作用规律
。
由于本专利技术和装置每次粘附探头沾取定量的水结冰
、
试样表面制冷温度可控，因此可以得到定量化的试验结果，试验可重复性能够得到保证，并且操作方便，自动化测量粘附强度，并生成报告
。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于针对现有技术中一种测量表面冻粘附强度的机器只能完成一次试验
、
成本较高
、
误差较大
(
不规范，数据准确度低
)
的问题，提供一种能够测试覆冰与多种金属材料或涂料基体之间操作方便
、
自动化程度高的冻粘附强度的测试装置和方法
。
[0006]本专利技术提供的一种全自动检测材料表面冻粘附力集成式实验装置及方法，目的可通过以下的技术措施来实现：
[0007]一种全自动检测材料表面冻粘附力集成式实验装置，包括低温隔热密闭实验舱
(1)、
高清摄像机
(2)、
小桶结冰机构
(3)、
制冷温控样品固定台
(4)、
力学传感系统
、
系统控制软件程序
(8)。
所述低温隔热密闭实验舱
(1)
为透明亚格力箱，用于隔绝腔内与外界的温度交换；所述小桶结冰机构
(3)
为
3D
打印生产的圆柱体，用于冻结盛放液体并保持相同的接触面积；所述制冷温控样品固定台
(4)
由半导体制冷板和铝合金样品固定板组成，半导体制冷板由导热硅脂粘在铝合金样品固定板下；所述力学传感系统由测力探头
(5)、
力学传感器
(6)、
电动位移台
(7)
组成，通过控制电动位移台前进带动探头和传感器运动，传感器实时记录运动过程中探针受力情况；所述高清摄像机用于记录液体冻结情况和测量过程中表面分离情况；所述系统控制软件程序用于控制各个硬件运行，并自动进行试验，生成报告
。
[0008]所述力学传感器为高精度专用力学传感器，最大量程为
50N
，精度为
0.1N
；
[0009]所述小桶结冰机构为
3D
打印制备的无底桶装器皿，底面积固定，可注入溶液体积固定，例如通常测量冰粘附的冻结机构的底面积为
1cm2，可注入
1mL
纯水；
[0010]所述半导体制冷板采用高端半导体制冷片，外观尺寸为
100mm
×
100mm
×
3.5mm
，最大电流
10A
，工作温度
‑
4080
摄氏度，最大制冷功率
85W
；
[0011]所述电动位移台由步进电机和丝杠构成，行程为
10cm
，丝杠为滚珠式丝杠，精度
0.03mm
；
[0012]一种全自动检测材料表面冻粘附力集成式实验方法，包括以下步骤；
[0013]步骤一：将待测试的固体样品固定在样品台上，通过进样注射器将已知种类和体积的液体滴加到样品表面的结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种全自动检测材料表面冻粘附力集成式实验装置，其特征在于：包括低温隔热密闭实验舱
(1)、
高清摄像机
(2)、
小桶结冰机构
(3)、
制冷温控样品固定台
(4)、
力学传感系统
、
系统控制软件程序
(8)
；所述低温隔热密闭实验舱
(1)
为透明亚格力箱，用于隔绝腔内与外界的温度交换；所述小桶结冰机构
(3)
为
3D
打印生产的长方体，用于冻结盛放液体并保持相同的接触面积；所述制冷温控样品固定台
(4)
由半导体制冷板和铝合金样品固定板组成，半导体制冷板由导热硅脂粘在铝合金样品固定板下；所述力学传感系统由粘附探头
(5)、
力学传感器
(6)、
电动位移台
(7)
组成，通过控制电动位移台前进带动探头和传感器运动，传感器实时记录运动过程中探针受力情况；所述高清摄像机用于记录液体冻结情况和测量过程中表面分离情况；所述系统控制软件程序用于控制各个硬件运行，并自动进行试验，生成报告
。2.
根据权利要求1所述的一种全自动检测材料表面冻粘附力集成式实验装置，其特征在于，所述力学传感器
(6)
为高精度专用力学传感器，最大量程为
50N
，精度为
0.1N。3.
根据权利要求1所述的一种全自动检测材料表面冻粘附力集成式实验装置，其特征在于，所述小桶结冰机构...

【专利技术属性】
技术研发人员：王作斌，刘日，刘冬冬，姜晓琳，常泽文，郑佳欣，曾黄昊，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：