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低溫環(huán)境下冰的硬度和抗壓強(qiáng)度測試裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低溫環(huán)境下冰的硬度和抗壓強(qiáng)度測試裝置，是由低溫冷柜、硬度測試臺(tái)、參數(shù)采集及控制系統(tǒng)組成，硬度測試臺(tái)設(shè)置在低溫冷柜中，參數(shù)采集及控制系統(tǒng)位于低溫冷柜外部，硬度測試臺(tái)的低溫壓力傳感器和低溫位移傳感器的數(shù)據(jù)線和電動(dòng)升降機(jī)的電源線通過低溫冷柜側(cè)面小孔引至低溫冷柜外，并與控制箱連接；低溫冷柜可以為測試樣品提供低溫環(huán)境；參數(shù)采集及控制系統(tǒng)控制硬度測試臺(tái)中電動(dòng)升降機(jī)的運(yùn)動(dòng)和采集低溫位移傳感器、低溫壓力傳感器的信號，并為低溫位移傳感器、低溫壓力傳感器和電動(dòng)升降機(jī)提供電源，同時(shí)負(fù)責(zé)采集信號和實(shí)時(shí)顯示和存儲(chǔ)相關(guān)測試數(shù)據(jù)；采用低溫位移傳感器和壓力傳感器采集信號，參數(shù)采集及控制系統(tǒng)位于常溫環(huán)境下，降低了元器件對環(huán)境溫度的要求。
【專利說明】低溫環(huán)境下冰的硬度和抗壓強(qiáng)度測試裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種低溫環(huán)境下冰的硬度和抗壓強(qiáng)度測試裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]我國低溫科學(xué)發(fā)展迅速，低溫材料的性質(zhì)也多有測量，而硬度和強(qiáng)度的測量數(shù)據(jù)卻相對較少，特別是對冰的硬度和強(qiáng)度的測量，國內(nèi)相關(guān)研究更少。在極地鉆探領(lǐng)域中，冰的硬度和強(qiáng)度都對鉆井工藝和設(shè)備有重要意義。但查閱國內(nèi)資料，尚未見相關(guān)測試實(shí)驗(yàn)；在國外，也只在五六十年代，有部分專家對冰的硬度和強(qiáng)度做過一些初步測量，相關(guān)數(shù)據(jù)資料極其貧乏。
[0003]目前市場上普售的硬度計(jì)試驗(yàn)臺(tái)采用了大量的常規(guī)的電子元件和液壓元件，這些元器件在溫度低于零下20°C時(shí)無法獲取準(zhǔn)確的參數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的提供一種低溫環(huán)境下冰的硬度和抗壓強(qiáng)度測試裝置。
[0005]本發(fā)明是由低溫冷柜、硬度測試臺(tái)、參數(shù)采集及控制系統(tǒng)組成，硬度測試臺(tái)設(shè)置在低溫冷柜中，參數(shù)采集及控制系統(tǒng)位于低溫冷柜外部，硬度測試臺(tái)的低溫壓力傳感器和低溫位移傳感器的數(shù)據(jù)線和電動(dòng)升降機(jī)的電源線通過低溫冷柜側(cè)面小孔引至低溫冷柜外，并與控制箱連接。低溫冷柜為市場上購買的低溫設(shè)備，冷柜內(nèi)溫度最低可達(dá)_60°C。低溫冷柜可以為測試樣品提供低溫環(huán)境；
[0006]參數(shù)采集及控制系統(tǒng)是由上位機(jī)和控制箱組成，主要用來控制硬度測試臺(tái)中電動(dòng)升降機(jī)的運(yùn)動(dòng)和采集低溫位移傳感器、低溫壓力傳感器的信號；控制箱通過導(dǎo)線與硬度測試臺(tái)連接，為低溫位移傳感器、低溫壓力傳感器和電動(dòng)升降機(jī)提供電源，同時(shí)負(fù)責(zé)采集信號，并通過串口線將信號傳輸至上位機(jī)中，上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示和存儲(chǔ)相關(guān)測試數(shù)據(jù)；控制箱中控制系統(tǒng)可以在很大范圍內(nèi)對電動(dòng)升降機(jī)的升降速度進(jìn)行無級調(diào)速。
[0007]硬度測試臺(tái)是由第一定位螺釘、頂板、轉(zhuǎn)接接頭、支撐桿、電動(dòng)升降機(jī)、位移傳感器安裝板、底腳螺帽、低溫壓力傳感器、緊固螺釘、標(biāo)準(zhǔn)硬度壓頭、樣品托盤、低溫位移傳感器、第二定位螺釘和底板構(gòu)成，頂板和底板分別套設(shè)在四根支撐桿的上下部，各支撐桿的上下端以螺母固定頂板和底板，各支撐桿的底部螺接有底腳螺帽，電動(dòng)升降機(jī)安裝在底板上，樣品托盤固定在電動(dòng)升降機(jī)頂部，樣品托盤可隨著電動(dòng)升降機(jī)上下運(yùn)動(dòng)，位移傳感器安裝板固定在底板上，低溫位移傳感器的底部通過第二定位螺釘固定在位移傳感器安裝板中，低溫位移傳感器的上端與樣品托盤邊緣連接，低溫壓力傳感器通過第一定位螺釘固定在頂板的底部，轉(zhuǎn)接接頭固定在低溫壓力傳感器的底部，標(biāo)準(zhǔn)硬度壓頭插接在轉(zhuǎn)接接頭下部并通過緊固螺釘固定。
[0008]所述的轉(zhuǎn)接接頭的下部固定有平壓板。
[0009]本發(fā)明的工作過程:
[0010]首先將硬度測試臺(tái)放入低溫冷柜內(nèi)，低溫壓力傳感器和低溫位移傳感器的數(shù)據(jù)線和電動(dòng)升降機(jī)的電源線通過低溫冷柜側(cè)面小孔引至低溫冷柜外，并與控制箱連接。
[0011]開通低溫冷柜電源，并將溫度調(diào)節(jié)至待檢測的溫度，在此過程中，硬度測試臺(tái)始終放置在冷柜內(nèi)，溫度對測試樣品溫度產(chǎn)生影響。測試樣品放置于樣品托盤中心，啟動(dòng)電動(dòng)升降機(jī)，使樣品上升至與標(biāo)準(zhǔn)布氏硬度壓頭恰好接觸，此時(shí)將位移傳感器數(shù)值清零。接通電動(dòng)升降機(jī)電源，調(diào)節(jié)電動(dòng)升降機(jī)緩慢上升，標(biāo)準(zhǔn)布氏硬度壓頭擠壓測試樣品，低溫壓力傳感器輸出壓力值，低溫位移傳感器輸出位移值。當(dāng)壓力值達(dá)到某一設(shè)定值時(shí)，電機(jī)停止，通過監(jiān)測軟件系統(tǒng)即可得到壓力值和壓入深度，通過壓力和壓入深度可計(jì)算出測試樣品硬度值。
[0012]標(biāo)準(zhǔn)布氏硬度壓頭可更換為巖石壓入硬度壓頭、洛氏壓頭等，就可測量出相應(yīng)的壓入硬度和洛氏硬度。
[0013]更換大量程壓力傳感器，并將標(biāo)準(zhǔn)硬度壓頭更換為平壓板，即可測量冰的抗壓強(qiáng)度，并結(jié)合位移傳感器數(shù)據(jù)可得出冰樣的應(yīng)力一應(yīng)變曲線。測試過程同上。
[0014]利用該試驗(yàn)臺(tái)還可測量其他材料在低溫環(huán)境下的硬度和強(qiáng)度。測試過程同冰樣測試相同。
[0015]本發(fā)明的有益效果:
[0016]本發(fā)明很好地解決了低溫環(huán)境下冰硬度檢測問題，本發(fā)明采用低溫位移傳感器和低溫壓力傳感器采集信號，并將參數(shù)采集及控制系統(tǒng)放置在常溫環(huán)境下，降低了元器件對環(huán)境溫度的要求。
[0017]本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，操作方便，并且可實(shí)現(xiàn)多種功能，更換標(biāo)準(zhǔn)硬度壓頭后可以測試材料不同種類硬度值，如布氏硬度、壓入硬度等。同時(shí)除冰以外還可以用來檢測其他低溫材料的硬度性能，當(dāng)更換大量程傳感器后，也可以用來測試材料的抗壓強(qiáng)度等參數(shù)，具有一定的通用性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明的立體示意圖。
[0019]圖2為本發(fā)明的硬度測試臺(tái)立體示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]請參閱圖1和圖2所示,本實(shí)施例是由低溫冷柜A、硬度測試臺(tái)B、參數(shù)采集及控制系統(tǒng)C組成，硬度測試臺(tái)B設(shè)置在低溫冷柜A中，參數(shù)采集及控制系統(tǒng)C位于低溫冷柜A外部，硬度測試臺(tái)B的低溫壓力傳感器12和低溫位移傳感器16的數(shù)據(jù)線和電動(dòng)升降機(jī)9的電源線通過低溫冷柜A側(cè)面小孔引至低溫冷柜A外，并與控制箱3連接。低溫冷柜A為市場上購買的低溫設(shè)備，冷柜內(nèi)溫度最低可達(dá)_60°C。低溫冷柜A可以為測試樣品8提供低溫環(huán)境；
[0021]參數(shù)采集及控制系統(tǒng)C是由上位機(jī)2和控制箱3組成，主要用來控制硬度測試臺(tái)B中電動(dòng)升降機(jī)9的運(yùn)動(dòng)和采集低溫位移傳感器16、低溫壓力傳感器12的信號；控制箱3通過導(dǎo)線I與硬度測試臺(tái)B連接，為低溫位移傳感器16、低溫壓力傳感器12和電動(dòng)升降機(jī)提供電源，同時(shí)負(fù)責(zé)采集信號，并通過串口線將信號傳輸至上位機(jī)2中，上位機(jī)2實(shí)時(shí)顯示和存儲(chǔ)相關(guān)測試數(shù)據(jù)；控制箱3中控制系統(tǒng)可以在很大范圍內(nèi)對電動(dòng)升降機(jī)9的升降速度進(jìn)行無級調(diào)速。[0022]硬度測試臺(tái)B是由第一定位螺釘4、頂板5、轉(zhuǎn)接接頭6、支撐桿7、電動(dòng)升降機(jī)9、位移傳感器安裝板10、底腳螺帽11、低溫壓力傳感器12、緊固螺釘13、標(biāo)準(zhǔn)硬度壓頭14、樣品托盤15、低溫位移傳感器16、第二定位螺釘17和底板18構(gòu)成，頂板5和底板18分別套設(shè)在四根支撐桿7的上下部，各支撐桿7的上下端以螺母41固定頂板5和底板18，各支撐桿7的底部螺接有底腳螺帽11，電動(dòng)升降機(jī)9安裝在底板18上，樣品托盤15固定在電動(dòng)升降機(jī)9頂部，樣品托盤15可隨著電動(dòng)升降機(jī)9上下運(yùn)動(dòng)，位移傳感器安裝板10固定在底板18上，低溫位移傳感器16的底部通過第二定位螺釘17固定在位移傳感器安裝板10中，低溫位移傳感器16的上端與樣品托盤15邊緣連接，低溫壓力傳感器12通過第一定位螺釘4固定在頂板5的底部，轉(zhuǎn)接接頭6固定在低溫壓力傳感器12的底部，標(biāo)準(zhǔn)硬度壓頭14插接在轉(zhuǎn)接接頭6下部并通過緊固螺釘13固定。
[0023]所述的轉(zhuǎn)接接頭6的下部固定有平壓板。
[0024]本發(fā)明的工作過程:
[0025]首先將硬度測試臺(tái)B放入低溫冷柜A內(nèi)，低溫壓力傳感器12和低溫位移傳感器16的數(shù)據(jù)線和電動(dòng)升降機(jī)9的電源線通過低溫冷柜A側(cè)面小孔引至低溫冷柜A外，并與控制箱3連接。
[0026]開通低溫冷柜A電源，并將溫度調(diào)節(jié)至待檢測的溫度，在此過程中，硬度測試臺(tái)B始終放置在冷柜A內(nèi)，溫度對測試樣品8溫度產(chǎn)生影響。測試樣品8放置于樣品托盤15中心，啟動(dòng)電動(dòng)升降機(jī)9并使測試樣品8上升至與標(biāo)準(zhǔn)布氏硬度壓頭14恰好接觸，此時(shí)將低溫位移傳感器16清零。接通電動(dòng)升降機(jī)9電源，調(diào)節(jié)電動(dòng)升降機(jī)9緩慢上升，標(biāo)準(zhǔn)布氏硬度壓頭14擠壓測試樣品8，低溫壓力傳感器12輸出壓力值，低溫位移傳感器16輸出位移值。當(dāng)壓力值達(dá)到某一設(shè)定值時(shí)，電機(jī)停止，通過檢測即可得到壓力值和壓入深度，通過壓力和壓入深度可計(jì)算出測試樣品硬度值。
[0027]標(biāo)準(zhǔn)布氏硬度壓頭14可更換為巖石壓入硬度壓頭、洛氏壓頭等，就可測量出相應(yīng)的壓入硬度和洛氏硬度。
[0028]更換大量程壓力傳感器，并將標(biāo)準(zhǔn)硬度壓頭14更換為平壓板，即可測量冰的抗壓強(qiáng)度，并結(jié)合位移傳感器數(shù)據(jù)可得出冰樣的應(yīng)力一應(yīng)變曲線。測試過程同上。
[0029]利用該試驗(yàn)臺(tái)還可測量其他材料在低溫環(huán)境下的硬度和強(qiáng)度。測試過程同冰樣測試相同。
【權(quán)利要求】
1.一種低溫環(huán)境下冰的硬度和抗壓強(qiáng)度測試裝置，其特征在于:是由低溫冷柜(A)、硬度測試臺(tái)(B)、參數(shù)采集及控制系統(tǒng)(C)組成，硬度測試臺(tái)(B)設(shè)置在低溫冷柜(A)中，參數(shù)采集及控制系統(tǒng)(C)位于低溫冷柜㈧外部，硬度測試臺(tái)⑶的低溫壓力傳感器(12)和低溫位移傳感器(16)的數(shù)據(jù)線和電動(dòng)升降機(jī)(9)的電源線通過低溫冷柜(A)側(cè)面小孔引至低溫冷柜(A)外，并與控制箱(3)連接； 所述的參數(shù)采集及控制系統(tǒng)(C)是由上位機(jī)(2)和控制箱(3)組成，控制箱(3)通過導(dǎo)線⑴與硬度測試臺(tái)⑶連接，控制箱⑶為低溫位移傳感器(16)、低溫壓力傳感器(12)和電動(dòng)升降機(jī)提供電源，同時(shí)負(fù)責(zé)采集信號，并通過串口線將信號傳輸至上位機(jī)(2)中，上位機(jī)(2)實(shí)時(shí)顯示和存儲(chǔ)相關(guān)測試數(shù)據(jù)；控制箱(3)中控制系統(tǒng)對電動(dòng)升降機(jī)(9)的升降速度進(jìn)行無級調(diào)速； 所述的硬度測試臺(tái)(B)是由第一定位螺釘(4)、頂板(5)、轉(zhuǎn)接接頭(6)、支撐桿(7)、電動(dòng)升降機(jī)(9)、位移傳感器安裝板(10)、底腳螺帽(11)、低溫壓力傳感器(12)、緊固螺釘(13)、標(biāo)準(zhǔn)硬度 壓頭(14)、樣品托盤(15)、低溫位移傳感器(16)、第二定位螺釘(17)和底板(18)構(gòu)成，頂板(5)和底板(18)分別套設(shè)在四根支撐桿(7)的上下部，各支撐桿(7)的上下端以螺母41固定頂板(5)和底板(18)，各支撐桿(7)的底部螺接有底腳螺帽(11)，電動(dòng)升降機(jī)(9)安裝在底板(18)上，樣品托盤(15)固定在電動(dòng)升降機(jī)(9)頂部，樣品托盤(15)可隨著電動(dòng)升降機(jī)(9)上下運(yùn)動(dòng)，位移傳感器安裝板(10)固定在底板(18)上，低溫位移傳感器(16)的底部通過第二定位螺釘(17)固定在位移傳感器安裝板(10)中，低溫位移傳感器(16)的上端與樣品托盤(15)邊緣連接，低溫壓力傳感器(12)通過第一定位螺釘(4)固定在頂板(5)的底部，轉(zhuǎn)接接頭(6)固定在低溫壓力傳感器(12)的底部，標(biāo)準(zhǔn)硬度壓頭(14)插接在轉(zhuǎn)接接頭(6)下部并通過緊固螺釘(13)固定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低溫環(huán)境下冰的硬度和抗壓強(qiáng)度測試裝置，其特征在于:所述的轉(zhuǎn)接接頭(6)的下部固定有平壓板。
【文檔編號】G01N3/18GK103954516SQ201410208789
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月18日
【發(fā)明者】范曉鵬, 達(dá)拉拉伊.帕維爾, 張楠, 曹品魯, 王婷, 楊成, 宮達(dá), 洪嘉琳, 劉剛 申請人:吉林大學(xué)