一种在线表征材料压缩系数和膨胀系数的测试方法和装置：在PVT标定装置的封闭料腔某一截面安装温度、压强传感器和超声波探头同步测试封闭材料体积、温度T、压强P和超声波信号。超声波穿过料腔内厚度l材料传播时间Δt的声速；维持温度恒定，改变压力测量体积得到恒温压缩系数；维持压强恒定，改变温度测量体积得到恒压膨胀系数，建立材料比容、压缩系数或膨胀系数~声速对应曲线，回归出对应方程；也可由和从比容曲线或状态方程求出压缩系数（α）和膨胀系数（β）。在一定温度和压力下，在线测试超声波在材料中传递速度，由建立的对应曲线或对应方程可获得该温度和压力下压缩系数和膨胀系数。该方法具有无损、安装简便和易于在线表征优点。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种在线表征材料压缩系数和膨胀系数的测试方法和装置：在PVT标定装置的封闭料腔某一截面安装温度、压强传感器和超声波探头同步测试封闭材料体积、温度T、压强P和超声波信号。超声波穿过料腔内厚度l材料传播时间Δt的声速；维持温度恒定，改变压力测量体积得到恒温压缩系数；维持压强恒定，改变温度测量体积得到恒压膨胀系数，建立材料比容、压缩系数或膨胀系数~声速对应曲线，回归出对应方程；也可由和从比容曲线或状态方程求出压缩系数（α）和膨胀系数（β）。在一定温度和压力下，在线测试超声波在材料中传递速度，由建立的对应曲线或对应方程可获得该温度和压力下压缩系数和膨胀系数。该方法具有无损、安装简便和易于在线表征优点。【专利说明】一种在线测试材料压缩系数和膨胀系数的方法和装置
本专利技术属于材料热力学性能测试领域，特别涉及到一种在线表征材料压缩系数和膨胀系数的测试方法和装置。
技术介绍
材料压缩系数和膨胀系数是材料受热和力作用后体积变化的性能。对其进行快速检测为精确设计和选择模具、卡具、加工成型机械及确定加工工艺条件十分重要，特别是不拆卸，即在连续使用或生产过程有效控制其尺寸变化时就要求能在线检测该性能。现有材料压缩系数和膨胀系数检测方法是进行离线测试其尺寸或体积。一方面，使用或生产过程取样可能干扰正常使用或生产，无法保证恢复原状态；另一方面，线下样品测试条件不容易与实际工况完全一致。理想的是在不干扰使用、生产或加工成型的情况下，直接进行原位测试获取一些信号，并将其与压缩系数和膨胀系数建立关系，即可用原位检测的间接信号表征该性能。本专利技术提出在使用装置或生产线上安装超声波系统，通过监测被测件材料中超声波传递特性(如声速或衰减系数)来在线测试其压缩系数和膨胀系数。该方法具有无损、安装简便和易于操作等优点。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种在线表征材料材料压缩系数和膨胀系数的测试方法和装置。该方法的基本原理是:在一定温度和压力下，一定频率的超声波在确定材料中传递速度是唯一的，此时材料比容是唯一的，即二者一一对应。改变温度或压力，材料被压缩或膨胀，通过监测超声波声速计算比容(密度的倒数)变化即可得到材料压缩系数和膨胀系数。这样，在标定装置上测试建立材料比容与超声波声速对应曲线后，在使用或加工成型中直接测定材料超声波传递速度，即可对应出该温度和压力下材料压缩系数和膨胀系数。图1示意一种建立材料压缩系数和膨胀系数与超声波声速对应曲线的材料压缩系数和膨胀系数标定装置。传感器和超声波探头按照图2或图3在同一横截面布置安装，通过信号线与检测及控制系统测控温度、压力和超声波并收集数据。该系统主要由料腔(I)、加热/冷却部件(2)、超声波探头、柱塞(4)、温度/压强传感器(6)、堵头(8)、螺栓(9)和固定板(10)、固定于柱塞杆的标杆(11)和标尺(12)组成，材料(5)密闭在料腔(I)中，堵头用固定板(10)通过螺栓(9)与料腔体连接安置在料腔内部下端。传感器和超声波探头平齐料腔内壁面通过螺纹固定，且应与料腔体安装孔形成密封防止漏料；超声波探头后部通冷却水保证信号线不被加热到高温而损坏。当采用超声波透射模式时，安装超声波发射探头(3)和超声波接受探头(7);而采用反射模式时只安装一个探头既发射也接受超声波。相对标尺监测标杆位置而得到柱塞杆位置，该位置测试还可以通过液位计等自动装置进行，甚至将位移值直接读入计算机测控系统计算材料体积。在该装置上进行材料压缩系数和膨胀系数与超声波声速同步测试建立二者的对应曲线，在线测试方法为:如图2和3所示，在图1所示标定装置的料腔某一截面安装温度传感器和压强传感器测试温度T、压强P，同时通过超声波发射检测系统采用反射模式(图2)或透射模式(图3)测试超声波的反射回波时间，即穿过厚度I材料的传播时间At，便得到声速。同时，加载装置通过叠加砝码、重物或通过液压缸等机械系统驱动柱塞上下移动改变物料体积(柱塞截面积Α)，监测被封闭质量m的材料高度由h变化为K ,其体积变化由变化为V1，则其比容由％ fm变化为F1Zm。维持温度恒定，改变压力测量体积得到恒温压缩系数；维持压强恒定，改变温度测量体积得到恒压膨胀系数。这样，可建立材料比容、压缩系数或膨胀系数~声速对应曲线，从曲线可回归出对应方程。在线表征时，安装装置与图3相似，柱塞和堵头及位移标定机构就不需要了，监测温度T、压强P和超声波声速C。从建立的比容、压缩系数或膨胀系数~声速曲线或方程可插值或计算出相应温度T和压强P下的比容、压缩系数或膨胀系数，也可通过比容曲线或状态方程求出压缩系数和膨胀系数:等温压缩系数(β)为【权利要求】1.一种在线表征材料压缩系数和膨胀系数的方法，其特征在于，在一定温度和压力下，测试一定频率超声波在材料中传递速度，由建立的材料比容、压缩系数和膨胀系数与超声波声速的对应曲线或对应方程可求出该温度和压力下压缩系数和膨胀系数。2.根据权利要求1所述的一种在线表征材料压缩系数和膨胀系数的方法，其特征在于，材料比容、压缩系数和膨胀系数与超声波声速的对应曲线建立方法为:在标定装置料腔某一截面安装温度传感器和压强传感器测试温度T、压强P，同时通过超声波发射检测系统采用反射模式或透射模式测试超声波的反射回波时间，即穿过厚度I材料传播时间At的声速1:=//&〗;同时，加载装置通过叠加砝码、重物或通过液压缸等机械系统驱动柱塞上下移动改变被封闭质量m材料的体积由? ο变化为K，则其比容由= F0Zm变化为V1 = F1/m;维持温度恒定，改变压力测量体积得到恒温压缩系数；维持压强恒定，改变温度测量体积得到恒压膨胀系数，从而建立材料比容、压缩系数或膨胀系数~声速对应曲线，回归出对应 方程；也可由 3.根据权利要求2所述的材料比容、压缩系数和膨胀系数与超声波声速的对应曲线建立方法，其特征在于，标定装置主要包括:料腔、加热/冷却部件、超声波探头、柱塞、温度/压强传感器、堵头、螺栓和固定板、固定于柱塞杆的标杆和标尺组成，传感器和超声波探头通过信号线与检测及控制系统测控温度、压力和超声波并收集数据；堵头用固定板通过螺栓与料腔体连接安置在料腔内部下端，材料由柱塞和堵头密闭在料腔；相对标尺监测标杆位置而得到柱塞杆位置，该位置测试还可以通过液位计等自动装置进行，甚至将位移值直接读入计算机测控系统计算材料体积。【文档编号】G01N29/07GK103499642SQ201310449453【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年9月25日 优先权日:2013年9月25日 【专利技术者】王克俭 申请人:北京化工大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种在线表征材料压缩系数和膨胀系数的方法，其特征在于，在一定温度和压力下，测试一定频率超声波在材料中传递速度，由建立的材料比容、压缩系数和膨胀系数与超声波声速的对应曲线或对应方程可求出该温度和压力下压缩系数和膨胀系数。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王克俭，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：
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