CN207300736U - 具有分级冷却***的固定式高温引伸计 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种具有分级冷却***的固定式高温引伸计，包括引伸计测试杆、隔热挡板、传感器和循环液冷却***，采用新的冷却及其固定装置，改进一种引伸计循环冷却***，设计导热性好的金属外壳循环水箱，把水箱整体浸在冷水中，还在循环冷却***中加入一个风扇，对循环冷却液体进行风冷，从而达到降低传感器芯片温度的目的。本实用新型采用一种和加载设备相分离的固定架，使其通过固定环和引伸计相连接，从而避免因设备循环加载而导致引伸计打滑的现象。本实用新型能够降低传感器芯片的温度，稳定引伸计，提高高温引伸计的工作精度。本实用新型装置的结构和信号***从可靠的机械以及传热学理论基础出发，结构简单，安装方便，安全可靠。

Description

具有分级冷却***的固定式高温引伸计

技术领域

本实用新型涉及一种引伸计，特别是涉及一种高温引伸计，应用于材料力学性能测试技术领域。

背景技术

高温构件广泛应用于石油化工，航空航天等领域。因为这些构件需要长期在高温和循环交变载荷下服役工作。所以材料的蠕变以及疲劳损伤是限制这些构件寿命的决定性因素。为了对构件的寿命进行合理性的评估，可以通过在实验室中将试样制成标准件进行力学性能测试，获得材料的重要性能参数以及寿命指标。实验室条件下的应变控制是完全约束加载，而实际运行中工程构件的疲劳关键部位通常由材料结构约束的，而应力控制容易产生应力应变滞回曲线不稳定，不封闭的现象。所以应变控制更符合实际工况。控制应变的仪器为引伸计。过去的几十年间，引伸计从机械式引伸计发展为现代的电子以及视频引伸计。但是出于方便以及经济的角度，大多数实验室最常使用的还是滑轨式引伸计。目前有的滑轨式引伸计固定在设备本身上，由于拉压循环加载导致设备整体在实验过程中会有震动现象，如果引伸计固定在加载设备上，则其会在循环加载过程中而上下震动，造成引伸计的陶瓷杆和试样接触部分打滑，影响引伸计的测量精度。引伸计的传感器芯片由于在高温下容易产生误差而影响其工作精度，其工作温度一般不能超过75℃，然而高温构件中的金属材料低周疲劳试验温度一般大于800℃，因此为保证传感器芯片处于正常工作温度范围，不仅在传感器靠近试样的一侧设置隔热挡板，还要在传感器前端使用循环水冷却***来降低传感器芯片的温度。但是循环水中的热量由于处于封闭的软水管中，热量无法及时散出，而且实验时间过长也会导致传感器芯片温度升高，影响其工作精度。所以，目前迫切需要改进滑轨式引伸计的固定以及冷却装置。

实用新型内容

为了解决现有技术问题，本实用新型的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种具有分级冷却***的固定式高温引伸计，基于机械以及传热学原理，采用能实现新的引伸计冷却以及固定方法的装置，改进一种循环水冷却***的装置，提高降温效率，并且提供一种新的固定高温引伸计的方法，防止引伸计因为和设备相接触产生打滑，更加有效地降低传感器芯片的温度，并提高引伸计的稳定性，从而提高引伸计的测试精度。

为达到上述实用新型创造目的，本实用新型采用下述技术方案：

一种具有分级冷却***的固定式高温引伸计，包括引伸计测试杆、隔热挡板、传感器和循环液冷却***，其中主要由引伸计测试杆和传感器组成引伸计测试部分，主要由隔热挡板和循环液冷却***组成引伸计保护部分，隔热挡板设置在传感器靠近试样的一侧，使传感器与待测高温构件进行空间隔离，循环液冷却***用于降低传感器的电子器件的温度，传感器安装在固定架上，固定架底端与引伸计底座固定连接为一体，以引伸计底座作为滑动块，使引伸计底座能在滑轨上进行进退滑动，采用弹簧使传感器的本体后端和固定架进行弹性连接，弹簧的轴线与滑轨的延伸方向平行，滑轨通过引伸计支撑安装部固定设置在地面、墙面或其他建筑基础以及固定设施上，形成固定式安装结构；

循环液冷却***包括浸入式水套、水槽、循环泵和软水管，在浸入式水套中设有低于水的比热的冷却液体，在水槽中装入冷却水，浸入式水套整体浸入水槽中的冷却水中，接触式冷却液箱能对传感器进行接触式传热，降低传感器的元器件的温度，组成流体复合换热装置，浸入式水套设有冷却液进口和冷却液出口，接触式冷却液箱也设有液流出口和液流入口，分别采用不同的软水管，使浸入式水套的冷却液进口和冷却液出口分别对应与接触式冷却液箱的液流出口和液流入口相连接通，依次由接触式冷却液箱的液流出口、一段软水管、浸入式水套的冷却液进口、浸入式水套、浸入式水套的冷却液出口、另一段软水管、接触式冷却液箱的液流入口形成循环液冷却***环流管路，在浸入式水套上设有循环泵，利用循环泵驱动循环液冷却***环流管路中的冷却液体进行循环流动，使接触式冷却液箱作为循环液冷却***环流管路的热端，浸入式水套作为循环液冷却***环流管路的冷端，浸入式水套中的冷却液体通过浸入式水套的金属外壳壁与水槽中的冷却水进换热，组成流体复合换热装置；

在浸入式水套和接触式冷却液箱之间的软水管位置处还设有风扇，风扇对流经临近风扇的软水管的管段中的冷却液体进行风冷散热，形成风冷***，使风冷***和循环液冷却***组成分级冷却***。

作为本实用新型优选的技术方案，在浸入式水套的冷却液出口和接触式冷却液箱的液流入口之间设置风扇，形成两级冷却***。

作为第一种特别优选的技术方案，在浸入式水套的冷却液出口和接触式冷却液箱的液流入口之间设置风扇，形成两级冷却***，使从传感器吸收热量并将热量带走的冷却液体先经过水冷换热降温，再进行风冷散热辅助降温。

作为第二种特别优选的技术方案，在接触式冷却液箱的液流出口和浸入式水套的冷却液进口之间设置风扇，形成两级冷却***，使从传感器吸收热量并将热量带走的冷却液体先经过风冷散热初步降温，再经过水冷换热降温。

作为第三种特别优选的技术方案，在浸入式水套的冷却液出口和接触式冷却液箱的液流入口之间设置风扇，在接触式冷却液箱的液流出口和浸入式水套的冷却液进口之间另外设置风扇，形成三级冷却***，使从传感器吸收热量并将热量带走的冷却液体先经过风冷散热初步降温，再经过水冷换热降温，然后再进行风冷散热辅助降温。

作为上述方案的进一步优选的技术方案，设置的风扇至少两个，形成风扇组合或风扇阵列。

作为上述方案的进一步优选的技术方案，引伸计支撑安装部包括固定环、固定架和膨胀螺栓，膨胀螺栓将固定架固定连接安装在地面、墙面或其他建筑基础以及固定设施上，通过固定环将固定架和滑轨固定连接。

作为上述方案的进一步优选的技术方案，在接触式冷却液箱上设置温度传感器，温度传感器对流经接触式冷却液箱的冷却液体的温度进行实时检测，并将采集的温度信号向主控制模块传输，再利用主控制模块分别控制循环泵和相应的风扇进行信号控制。

本实用新型与现有技术相比较，具有如下实质性特点和优点：

1.本实用新型具有分级冷却***的固定式高温引伸计采用风冷***和循环液冷却***组成多级冷却***对传感器进行降温，显著改善了传感器及其芯片的散热条件，稳定了引伸计，提高了引伸计的工作精度；

2.本实用新型具有分级冷却***的固定式高温引伸计安装方便，安全可靠；

3.本实用新型采用固定式安装方式设置高温引伸计，防止引伸计因为和设备相接触产生打滑，并达到分离引伸计和加载设备本身的目的，减少因循环加载引起的震动对引伸计测量精度的影响，提高了引伸计的稳定性；

4.本实用新型具有分级冷却***的固定式高温引伸计采用智能控制***来控制和调节循环泵和风扇的功率，实现节约能源和减少循环泵和风扇的负荷的作用。

附图说明

图1是本实用新型实施例一具有分级冷却***的固定式高温引伸计的结构示意图。

图2是本实用新型实施例一具有分级冷却***的固定式高温引伸计用于在850℃下进行定向凝固高温合金的蠕变—疲劳实验的保载时间分别为0,1,2,3分钟的总时间和应变的关系曲线。

图3是本实用新型实施例一具有分级冷却***的固定式高温引伸计用于在850℃下进行定向凝固高温合金的蠕变—疲劳实验的不同保载时间分别为3,5,8分钟的总时间和应变的关系曲线。

图4是本实用新型实施例一具有分级冷却***的固定式高温引伸计用于在900℃下进行定向凝固高温合金的蠕变—疲劳实验的不同保载时间的应力应变滞回曲线。

图5是本实用新型实施例二具有分级冷却***的固定式高温引伸计的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型的优选实施例详述如下：

实施例一：

在本实施例中，参见图1，一种具有分级冷却***的固定式高温引伸计，包括引伸计测试杆1、隔热挡板2、传感器3和循环液冷却***，其中主要由两根引伸计测试杆1和对应的传感器3组成引伸计测试部分，引伸计测试杆1为陶瓷杆，主要由隔热挡板2和循环液冷却***组成引伸计保护部分，隔热挡板2设置在传感器3靠近试样的一侧，隔热挡板2包括两块，两块隔热挡板2分别与不同的引伸计测试杆1对应连接安装，使传感器3与待测高温构件进行空间隔离，循环液冷却***用于降低传感器3的电子器件的温度，传感器3安装在固定架16上，固定架16底端与引伸计底座15固定连接为一体，以引伸计底座15作为滑动块，使引伸计底座15能在滑轨5上进行进退滑动，采用弹簧4使传感器3的本体后端和固定架 16进行弹性连接，弹簧4的轴线与滑轨5的延伸方向平行，滑轨5通过引伸计支撑安装部固定设置在地面上，形成固定式安装结构；

循环液冷却***包括浸入式水套6、水槽8、循环泵9和软水管10，循环液冷却***主要对传感器3的前端部位进行冷却降温，包括对传感器芯片进行散热，在浸入式水套6中设有低于水的比热的冷却液体7，冷却液体7的比热较小，在水槽8中装入冷却水，浸入式水套6整体浸入水槽8中的冷却水中，增加循环液冷却***的散热效率，接触式冷却液箱能对传感器3进行接触式传热，降低传感器3的元器件的温度，组成流体复合换热装置，浸入式水套6设有冷却液进口和冷却液出口，接触式冷却液箱也设有液流出口18和液流入口17，分别采用不同的软水管10，使浸入式水套6的冷却液进口和冷却液出口分别对应与接触式冷却液箱的液流出口18和液流入口17相连接通，依次由接触式冷却液箱的液流出口18、一段软水管10、浸入式水套6的冷却液进口、浸入式水套6、浸入式水套6的冷却液出口、另一段软水管10、接触式冷却液箱的液流入口17形成循环液冷却***环流管路，在浸入式水套6 上设有循环泵9，利用循环泵9驱动循环液冷却***环流管路中的冷却液体7进行循环流动，使接触式冷却液箱作为循环液冷却***环流管路的热端，浸入式水套6作为循环液冷却***环流管路的冷端，浸入式水套6中的冷却液体7通过浸入式水套6的金属外壳壁与水槽8中的冷却水进换热，浸入式水套6的金属外壳壁采用金属材料，导热能力强，组成流体复合换热装置；

在浸入式水套6和接触式冷却液箱之间的软水管10位置处还设有风扇11，风扇11对流经临近风扇11的软水管10的管段中的冷却液体7进行风冷散热，风扇11施加在浸入式水套 6和引伸计本体之间，风扇11吹向软水管10中流经的冷却液体7，形成风冷***，使风冷***和循环液冷却***组成分级冷却***。

在本实施例中，参见图1，在浸入式水套6的冷却液出口和接触式冷却液箱的液流入口 17之间设置风扇11，形成两级冷却***。在浸入式水套6的冷却液出口和接触式冷却液箱的液流入口17之间设置风扇11，形成两级冷却***，使从传感器3吸收热量并将热量带走的冷却液体7先经过水冷换热降温，再进行风冷散热辅助降温。

在本实施例中，参见图1，引伸计支撑安装部包括固定环12、固定架13和膨胀螺栓14，膨胀螺栓14将固定架13固定连接安装在地面上，通过固定环12将固定架13和滑轨5固定连接。本实施例采用一个和固定架13尺寸相适配的固定环12，把固定架13和引伸计的滑轨5相连接，形成固定式连接结构。这样可以达到分离引伸计和加载设备本身的目的，减少因为循环加载引起的震动对引伸计测量精度的影响，提高了引伸计的稳定性。

如图1所示，本实施例通过软水管10把浸入式水套6、风扇11以及引伸计连接起来。其中浸入式水套6的的金属外壳壁采用金属材料，浸入式水套6浸泡在冷却液体7中，有利于导热。冷却液体7采用比热小的冷却液体，进一步有利于散热。并且利用风扇11对循环流动的冷却液体7进行风冷，这样改进了冷却***，降低了传感器3的芯片的温度，提高了引伸计的工作精度。

实验测试分析：

采用实施例一具有分级冷却***的固定式高温引伸计，在850℃下，进行一种定向凝固高温合金的蠕变—疲劳实验，实验采用应变控制，总应变范围为1.6％，即拉压各±0.8％，在最大拉伸应变处施加不同拉伸保载时间，最小应变比上最大应变的应变比R为-1。图2是保载时间分别为0,1,2,3分钟的总时间和应变的关系，图3是保载时间分别为3,5,8分钟的总时间和应变的关系，从图2和图3可以看到，应用实施例一具有分级冷却***的固定式高温引伸计装置后，无论任何保载时间条件下的拉伸或压缩应变随着时间的变化均稳定在±0.8％。说明实施例一引伸计的稳定性以及精度均良好。

采用实施例一具有分级冷却***的固定式高温引伸计，在900℃下，进行总应变范围为 1.6％控制的蠕变—疲劳实验，即拉压各±0.8％，在最大拉伸应变处施加不同拉伸保载时间，最小应变比上最大应变的应变比R为-1。图4为不同保载时间下应力应变滞回曲线。从图4 中可以看到，应用实施例一具有分级冷却***的固定式高温引伸计装置后，无论任何保载时间条件下的拉压应变均稳定在±0.8％。说明实施例一引伸计的稳定性以及精度均良好。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，参见图5，在接触式冷却液箱的液流出口18和浸入式水套6的冷却液进口之间设置风扇11，形成两级冷却***，使从传感器3吸收热量并将热量带走的冷却液体7 先经过风冷散热初步降温，再经过水冷换热降温。本实施例采用先风冷后液冷的降温方式，能减轻液冷***的循环泵9的工作负荷，并实现较好的降温效果。

实施例三：

本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，在浸入式水套6的冷却液出口和接触式冷却液箱的液流入口17之间设置风扇11，在接触式冷却液箱的液流出口18和浸入式水套6的冷却液进口之间另外设置风扇 11，形成三级冷却***，使从传感器3吸收热量并将热量带走的冷却液体7先经过风冷散热初步降温，再经过水冷换热降温，然后再进行风冷散热辅助降温。本实施例采用三级冷却***，设置更加丰富的散热条件，更好地满足传感器3的散热需求。

实施例四：

本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，在浸入式水套6的冷却液出口和接触式冷却液箱的液流入口17之间设置两个风扇11，形成风扇11组合。本实施通过增加风扇11的数量，增加风冷***的散热能力，提高风冷散热对传感器3散热的贡献，设置更加丰富的散热条件，更好地满足传感器3的苛刻的散热需求和个别工况下的散热需求。

实施例五：

本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，在浸入式水套6的冷却液出口和接触式冷却液箱的液流入口17之间设置4个风扇11，形成单列的风扇阵列。本实施通过增加风扇11的数量，增加风冷***的散热能力，提高风冷散热对传感器3散热的贡献，设置更加丰富的散热条件，更好地满足传感器3 的苛刻的散热需求和个别工况下的散热需求。

实施例六：

本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，在接触式冷却液箱上设置温度传感器，温度传感器对流经接触式冷却液箱的冷却液体7的温度进行实时检测，并将采集的温度信号向主控制模块传输，再利用主控制模块分别控制循环泵9和相应的风扇11进行信号控制。本实施例通过智能控制，进一步优化***的自主调节能力，提高设备工作的稳定性。本实施例采用智能控制***来控制和调节循环泵和风扇的功率，实现节约能源和减少循环泵和风扇的负荷的作用，便于信号的集中控制管理。

上面结合附图对本实用新型实施例进行了说明，但本实用新型不限于上述实施例，还可以根据本实用新型的实用新型创造的目的做出多种变化，凡依据本实用新型技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本实用新型的实用新型目的，只要不背离本实用新型具有分级冷却***的固定式高温引伸计的技术原理和实用新型构思，都属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种具有分级冷却***的固定式高温引伸计，包括引伸计测试杆(1)、隔热挡板(2)、传感器(3)和循环液冷却***，其中主要由引伸计测试杆(1)和传感器(3)组成引伸计测试部分，主要由隔热挡板(2)和循环液冷却***组成引伸计保护部分，所述隔热挡板(2)设置在传感器(3)靠近试样的一侧，使传感器(3)与待测高温构件进行空间隔离，循环液冷却***用于降低传感器(3)的电子器件的温度，所述传感器(3)安装在固定架(16)上，其特征在于：固定架(16)底端与引伸计底座(15)固定连接为一体，以引伸计底座(15)作为滑动块，使引伸计底座(15)能在滑轨(5)上进行进退滑动，采用弹簧(4)使所述传感器(3)的本体后端和固定架(16)进行弹性连接，弹簧(4)的轴线与滑轨(5)的延伸方向平行，滑轨(5)通过引伸计支撑安装部固定设置在地面、墙面或其他建筑基础以及固定设施上，形成固定式安装结构；

所述循环液冷却***包括浸入式水套(6)、水槽(8)、循环泵(9)和软水管(10)，在浸入式水套(6)中设有低于水的比热的冷却液体(7)，在水槽(8)中装入冷却水，浸入式水套(6)整体浸入水槽(8)中的冷却水中，接触式冷却液箱能对传感器(3)进行接触式传热，降低传感器(3)的元器件的温度，组成流体复合换热装置，浸入式水套(6)设有冷却液进口和冷却液出口，接触式冷却液箱也设有液流出口(18)和液流入口(17)，分别采用不同的软水管(10)，使浸入式水套(6)的所述冷却液进口和冷却液出口分别对应与接触式冷却液箱的液流出口(18)和液流入口(17)相连接通，依次由接触式冷却液箱的液流出口(18)、一段软水管(10)、浸入式水套(6)的冷却液进口、浸入式水套(6)、浸入式水套(6)的冷却液出口、另一段软水管(10)、接触式冷却液箱的液流入口(17)形成循环液冷却***环流管路，在浸入式水套(6)上设有循环泵(9)，利用循环泵(9)驱动循环液冷却***环流管路中的冷却液体(7)进行循环流动，使接触式冷却液箱作为循环液冷却***环流管路的热端，浸入式水套(6)作为循环液冷却***环流管路的冷端，浸入式水套(6)中的冷却液体(7)通过浸入式水套(6)的金属外壳壁与水槽(8)中的冷却水进换热，组成流体复合换热装置；

在浸入式水套(6)和接触式冷却液箱之间的软水管(10)位置处还设有风扇(11)，所述风扇(11)对流经临近风扇(11)的软水管(10)的管段中的冷却液体(7)进行风冷散热，形成风冷***，使风冷***和循环液冷却***组成分级冷却***。

2.根据权利要求1所述具有分级冷却***的固定式高温引伸计，其特征在于：在浸入式水套(6)的冷却液出口和接触式冷却液箱的液流入口(17)之间设置风扇(11)，形成两级冷却***。

3.根据权利要求2所述具有分级冷却***的固定式高温引伸计，其特征在于：在浸入式水套(6)的冷却液出口和接触式冷却液箱的液流入口(17)之间设置风扇(11)，形成两级冷却***，使从传感器(3)吸收热量并将热量带走的冷却液体(7)先经过水冷换热降温，再进行风冷散热辅助降温。

4.根据权利要求2所述具有分级冷却***的固定式高温引伸计，其特征在于：在接触式冷却液箱的液流出口(18)和浸入式水套(6)的冷却液进口之间设置风扇(11)，形成两级冷却***，使从传感器(3)吸收热量并将热量带走的冷却液体(7)先经过风冷散热初步降温，再经过水冷换热降温。

5.根据权利要求1所述具有分级冷却***的固定式高温引伸计，其特征在于：在浸入式水套(6)的冷却液出口和接触式冷却液箱的液流入口(17)之间设置风扇(11)，在接触式冷却液箱的液流出口(18)和浸入式水套(6)的冷却液进口之间另外设置风扇(11)，形成三级冷却***，使从传感器(3)吸收热量并将热量带走的冷却液体(7)先经过风冷散热初步降温，再经过水冷换热降温，然后再进行风冷散热辅助降温。

6.根据权利要求2～5中任意一项所述具有分级冷却***的固定式高温引伸计，其特征在于：设置的风扇(11)至少两个，形成风扇(11)组合或风扇阵列。

7.根据权利要求1～5中任意一项所述具有分级冷却***的固定式高温引伸计，其特征在于：所述引伸计支撑安装部包括固定环(12)、固定架(13)和膨胀螺栓(14)，所述膨胀螺栓(14)将固定架(13)固定连接安装在地面、墙面或其他建筑基础以及固定设施上，通过固定环(12)将固定架(13)和滑轨(5)固定连接。

8.根据权利要求1～5中任意一项所述具有分级冷却***的固定式高温引伸计，其特征在于：在接触式冷却液箱上设置温度传感器，温度传感器对流经接触式冷却液箱的冷却液体(7)的温度进行实时检测，并将采集的温度信号向主控制模块传输，再利用主控制模块分别控制循环泵(9)和相应的风扇(11)进行信号控制。