【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及应力腐蚀，尤其涉及一种极地环境的应力腐蚀实验装置。
技术介绍
1、应力腐蚀是由残余或外加应力导致的应变和腐蚀联合作用产生的材料破坏过程。应力腐蚀开裂是指承受应力的材料在特定腐蚀环境下产生滞后开裂，甚至发生滞后断裂的现象。极地因丰富的油气资源和极地航道资源，但极地装备作业环境恶劣，且复杂多变，极地装备在腐蚀环境、环境温度和作业载荷等多因素耦合作用下会产生应力腐蚀。
2、目前对低温环境有要求的实验，大多都是通过低温箱进行温控，低温箱属于外部设备且体积较大，同时低温箱工作时处于封闭状态，不能与万能试验机配合使用，难以完成多因素耦合作用下的低温应力腐蚀实验。市面上也有体积较小的低温箱，不同于大型低温箱的压缩机制冷，小型低温箱采用半导体制冷片来制冷。半导体制冷片具有冷端和热端，半导体制冷片通电后两端同时工作，因此这类低温箱只能利用半导体制冷片冷端进行制冷，不能同时运用半导体制冷片热端的制热功能来进行生产工作，甚至还要考虑解决半导体制冷片的散热问题，因为在相同控制条件下，半导体制冷片热端散热效率越高，冷端所能达到的温度也就越低。但即使解决了散热问题，半导体制冷片受限于自身的制冷能力也很难实现如极地环境下的超低温。
3、除了可以通过低温箱来进行制冷外，还可以通过低温恒温水浴装置来满足实验的低温要求。现有技术(cn110646314a)通过低温循环盒内的低温介质来制冷，使得环境模拟盒底部的试样加载模块内的空间达到实验温度，此外低温循环盒通过两个低温循环接管与外部设备低温恒温槽相连，低温介质在低温恒温槽的作用
4、因此，亟待解决上述问题。
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种可有效保证腐蚀介质盒内实验温度稳定性的极地环境的应力腐蚀实验装置。
2、技术方案：为实现以上目的，本专利技术公开了一种极地环境的应力腐蚀实验装置，包括低温环境盒、位于低温环境盒内且内装有低温介质的低温介质盒、位于低温介质盒内、用于放置试样且内装有腐蚀介质的腐蚀介质盒以及位于腐蚀介质盒和低温介质盒侧壁上的制热系统，所述制热系统包括从内向外依次叠设的第一散热组件、隔热棉、半导体制冷片以及第二散热组件，其中半导体制冷片的热端通过第一散热组件为腐蚀介质盒供热，半导体制冷片的冷端通过第二散热组件为低温环境盒供冷。
3、其中，制热系统还包括设置于腐蚀介质盒内的温度传感器以及温控单元，所述温度传感器实时监测腐蚀介质盒内的温度，并将监测到的温度数据传输到温控单元进行处理分析，通过温控单元的输出信号控制半导体制冷片的热端制热。
4、优选的，温控单元包括神经网络模糊控制器和pid控制器，神经网络模糊控制器包含第一计算模块和pid参数获取模块，第一计算模块用于获取腐蚀介质盒内的期望温度与实测温度的温度误差e(t)和误差变化率ec，pid参数获取模块用于将误差e和误差变化率ec进行神经网络模糊化、神经网络模糊推理以及神经网络清晰化处理后得到实时整定的pid控制参数变化量δkp、δki和δkd，再将初始pid控制参数kp0、ki0和kd0与pid控制参数变化量相加得到实时整定的pid控制参数kp、ki和kd，并将pid控制参数kp、ki和kd传输至pid控制器用于控制半导体制冷片的热端制热。
5、再者，pid参数获取模块是将温度误差e(t)和误差变化率ec作为输入变量，定义输入变量e(t)的基本论域为[el,eh]，模糊论域为[-pe,pe]，量化因子为定义输入变量ec的基本论域为[ecl,ech]，模糊论域为[-pec,pec]，量化因子为将pid控制参数变化量δkp、δki和δkd作为输出变量，定义输出变量的基本论域为[δkl,δkh]，δkp的模糊论域为[-mp,mp]，量化因子为δki的模糊论域为[-mi,mi]，量化因子为δkd的模糊论域为[-md,md]，量化因子为分别将输入变量和输出变量的模糊子集设定nb、nm、ns、zo、ps、pm和pb七个等级，并采用高斯函数为隶属度函数，模糊控制根据模糊规则表进行模糊推理，得到输出变量模糊子集，经过清晰化处理后得到输出控制量。
6、进一步，pid参数获取模块的神经网络结构由输入层、模糊化层、模糊推理层和输出层组成，输入层的作用是输入温度误差e(t)和误差变化率ec，其函数表达式为：
7、f1(ti)＝ti(i＝1,2)
8、式中，t1＝e(t)，t2＝ec；
9、模糊层是将输入变量模糊化，创建输入变量的模糊子集，选择高斯函数为其隶属函数，其函数表达式为：
10、
11、式中cij为高斯型隶属函数的中间值，bij为高斯型隶属函数的基宽；
12、模糊推理层根据模糊规则表进行模糊推理，其函数表达式为：
13、
14、
15、式中f3(i,j)为模糊推理函数，ni为输入变量模糊子集的等级数；
16、输出层将模糊推理后的模糊量进行清晰化处理，得到pid控制参数变化量δkp、δki和δkd，其函数表达式为：
17、
18、式中w为转换权值；
19、最后将初始pid控制参数kp0、ki0和kd0与pid控制参数变化量相加得到实时整定的pid控制参数kp、ki和kd。
20、优选的，pid控制器根据温度误差信息和pid控制参数控制半导体制冷片的热端制热，其函数表达式为：
21、
22、式中，u(t)为pid控制器输出量，kp为pid比例控制参数，ki为pid积分控制参数，kd为pid微分控制参数。
23、再者，第一散热组件包括通过导热硅脂和半导体制冷片贴合胶与半导体制冷片的热端相连的第一散热块以及固定于第一散热块的翅片一侧朝向腐蚀介质盒的第一散热风扇。
24、进一步，第二散热组件包括通过导热硅脂和半导体制冷片贴合胶与半导体制冷片的冷本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种极地环境的应力腐蚀实验装置，其特征在于：包括低温环境盒(3)、位于低温环境盒内且内装有低温介质的低温介质盒(2)、位于低温介质盒内、用于放置试样(18)且内装有腐蚀介质的腐蚀介质盒(1)以及位于腐蚀介质盒和低温介质盒侧壁上的制热系统，所述制热系统包括从内向外依次叠设的第一散热组件、半导体制冷片(15)以及第二散热组件，其中半导体制冷片(15)的热端通过第一散热组件为腐蚀介质盒供热，半导体制冷片(15)的冷端通过第二散热组件为低温环境盒供冷。
2.根据权利要求1所述的极地环境的应力腐蚀实验装置，其特征在于：所述制热系统还包括设置于腐蚀介质盒内的温度传感器以及温控单元，所述温度传感器实时监测腐蚀介质盒内的温度，并将监测到的温度数据传输到温控单元进行处理分析，通过温控单元的输出信号控制半导体制冷片的热端制热。
3.根据权利要求2所述的极地环境的应力腐蚀实验装置，其特征在于：所述温控单元包括神经网络模糊控制器和PID控制器，神经网络模糊控制器包含第一计算模块和PID参数获取模块，第一计算模块用于获取腐蚀介质盒内的期望温度与实测温度的温度误差e(t)和误差变
4.根据权利要求3所述的极地环境的应力腐蚀实验装置，其特征在于：所述PID参数获取模块是将温度误差e(t)和误差变化率ec作为输入变量，定义输入变量e(t)的基本论域为[el,eh]，模糊论域为[-pe,pe]，量化因子为定义输入变量ec的基本论域为[ecl,ech]，模糊论域为[-pec,pec]，量化因子为将PID控制参数变化量ΔKp、ΔKi和ΔKd作为输出变量，定义输出变量的基本论域为[ΔKl,ΔKh]，ΔKp的模糊论域为[-mp,mp]，量化因子为ΔKi的模糊论域为[-mi,mi]，量化因子为ΔKd的模糊论域为[-md,md]，量化因子为分别将输入变量和输出变量的模糊子集设定NB、NM、NS、ZO、PS、PM和PB七个等级，并采用高斯函数为隶属度函数，模糊控制根据模糊规则表进行模糊推理，得到输出变量模糊子集，经过清晰化处理后得到输出控制量。
5.根据权利要求4所述的极地环境的应力腐蚀实验装置，其特征在于：所述PID参数获取模块的神经网络结构由输入层、模糊化层、模糊推理层和输出层组成，输入层的作用是输入温度误差e(t)和误差变化率ec，其函数表达式为：
6.根据权利要求5所述的极地环境的应力腐蚀实验装置，其特征在于：所述PID控制器根据温度误差信息和PID控制参数控制半导体制冷片的热端制热，其函数表达式为：
7.根据权利要求1所述的极地环境的应力腐蚀实验装置，其特征在于：所述第一散热组件包括通过导热硅脂和半导体制冷片贴合胶与半导体制冷片(15)的热端相连的第一散热块(13)以及固定于第一散热块的翅片一侧朝向腐蚀介质盒的第一散热风扇(12)。
8.根据权利要求1所述的极地环境的应力腐蚀实验装置，其特征在于：所述第二散热组件包括通过导热硅脂和半导体制冷片贴合胶与半导体制冷片(15)的冷端相连的第二散热块(16)以及固定于第二散热块的翅片一侧朝向低温环境盒的第二散热风扇(17)。
9.根据权利要求1所述的极地环境的应力腐蚀实验装置，其特征在于：所述半导体制冷片(15)外围覆盖有隔热棉(14)。
10.根据权利要求1所述的极地环境的应力腐蚀实验装置，其特征在于：所述低温介质盒上设置有用于通入和排出液态低温介质的导管(7)，该导管上设置有开关阀门。
...【技术特征摘要】
1.一种极地环境的应力腐蚀实验装置，其特征在于：包括低温环境盒(3)、位于低温环境盒内且内装有低温介质的低温介质盒(2)、位于低温介质盒内、用于放置试样(18)且内装有腐蚀介质的腐蚀介质盒(1)以及位于腐蚀介质盒和低温介质盒侧壁上的制热系统，所述制热系统包括从内向外依次叠设的第一散热组件、半导体制冷片(15)以及第二散热组件，其中半导体制冷片(15)的热端通过第一散热组件为腐蚀介质盒供热，半导体制冷片(15)的冷端通过第二散热组件为低温环境盒供冷。
2.根据权利要求1所述的极地环境的应力腐蚀实验装置，其特征在于：所述制热系统还包括设置于腐蚀介质盒内的温度传感器以及温控单元，所述温度传感器实时监测腐蚀介质盒内的温度，并将监测到的温度数据传输到温控单元进行处理分析，通过温控单元的输出信号控制半导体制冷片的热端制热。
3.根据权利要求2所述的极地环境的应力腐蚀实验装置，其特征在于：所述温控单元包括神经网络模糊控制器和pid控制器，神经网络模糊控制器包含第一计算模块和pid参数获取模块，第一计算模块用于获取腐蚀介质盒内的期望温度与实测温度的温度误差e(t)和误差变化率ec，pid参数获取模块用于将误差e和误差变化率ec进行神经网络模糊化、神经网络模糊推理以及神经网络清晰化处理后得到实时整定的pid控制参数变化量δkp、δki和δkd，再将初始pid控制参数kp0、ki0和kd0与pid控制参数变化量相加得到实时整定的pid控制参数kp、ki和kd，并将pid控制参数kp、ki和kd传输至pid控制器用于控制半导体制冷片的热端制热。
4.根据权利要求3所述的极地环境的应力腐蚀实验装置，其特征在于：所述pid参数获取模块是将温度误差e(t)和误差变化率ec作为输入变量，定义输入变量e(t)的基本论域为[el,eh]，模糊论域为[-pe,pe]，量化因子为定义输入变量ec的基本论域为[ecl,ech]，模糊论域为[-...
【专利技术属性】
技术研发人员：王珂，董胡荣，秦闯，李永正，李金鹏，雷银慧，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：
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