低溫環境下冰的硬度和抗壓強度測試裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種低溫環境下冰的硬度和抗壓強度測試裝置，是由低溫冷柜、硬度測試臺、參數采集及控制系統組成，硬度測試臺設置在低溫冷柜中，參數采集及控制系統位于低溫冷柜外部，硬度測試臺的低溫壓力傳感器和低溫位移傳感器的數據線和電動升降機的電源線通過低溫冷柜側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境；參數采集及控制系統控制硬度測試臺中電動升降機的運動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升降機提供電源，同時負責采集信號和實時顯示和存儲相關測試數據；采用低溫位移傳感器和壓力傳感器采集信號，參數采集及控制系統位于常溫環境下，降低了元器件對環境溫度的要求。
【專利說明】低溫環境下冰的硬度和抗壓強度測試裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種低溫環境下冰的硬度和抗壓強度測試裝置。
【背景技術】
[0002]我國低溫科學發展迅速，低溫材料的性質也多有測量，而硬度和強度的測量數據卻相對較少，特別是對冰的硬度和強度的測量，國內相關研究更少。在極地鉆探領域中，冰的硬度和強度都對鉆井工藝和設備有重要意義。但查閱國內資料，尚未見相關測試實驗；在國外，也只在五六十年代，有部分專家對冰的硬度和強度做過一些初步測量，相關數據資料極其貧乏。
[0003]目前市場上普售的硬度計試驗臺采用了大量的常規的電子元件和液壓元件，這些元器件在溫度低于零下20°C時無法獲取準確的參數。
【發明內容】
[0004]本發明的目的提供一種低溫環境下冰的硬度和抗壓強度測試裝置。
[0005]本發明是由低溫冷柜、硬度測試臺、參數采集及控制系統組成，硬度測試臺設置在低溫冷柜中，參數采集及控制系統位于低溫冷柜外部，硬度測試臺的低溫壓力傳感器和低溫位移傳感器的數據線和電動升降機的電源線通過低溫冷柜側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備，冷柜內溫度最低可達_60°C。低溫冷柜可以為測試樣品提供低溫環境；
[0006]參數采集及控制系統是由上位機和控制箱組成，主要用來控制硬度測試臺中電動升降機的運動和采集低溫位移傳感器、低溫壓力傳感器的信號；控制箱通過導線與硬度測試臺連接，為低溫位移傳感器、低溫壓力傳感器和電動升降機提供電源，同時負責采集信號，并通過串口線將信號傳輸至上位機中，上位機實時顯示和存儲相關測試數據；控制箱中控制系統可以在很大范圍內對電動升降機的升降速度進行無級調速。
[0007]硬度測試臺是由第一定位螺釘、頂板、轉接接頭、支撐桿、電動升降機、位移傳感器安裝板、底腳螺帽、低溫壓力傳感器、緊固螺釘、標準硬度壓頭、樣品托盤、低溫位移傳感器、第二定位螺釘和底板構成，頂板和底板分別套設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，電動升降機安裝在底板上，樣品托盤固定在電動升降機頂部，樣品托盤可隨著電動升降機上下運動，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，轉接接頭固定在低溫壓力傳感器的底部，標準硬度壓頭插接在轉接接頭下部并通過緊固螺釘固定。
[0008]所述的轉接接頭的下部固定有平壓板。
[0009]本發明的工作過程:
[0010]首先將硬度測試臺放入低溫冷柜內，低溫壓力傳感器和低溫位移傳感器的數據線和電動升降機的電源線通過低溫冷柜側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，并將溫度調節至待檢測的溫度，在此過程中，硬度測試臺始終放置在冷柜內，溫度對測試樣品溫度產生影響。測試樣品放置于樣品托盤中心，啟動電動升降機，使樣品上升至與標準布氏硬度壓頭恰好接觸，此時將位移傳感器數值清零。接通電動升降機電源，調節電動升降機緩慢上升，標準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。當壓力值達到某一設定值時，電機停止，通過監測軟件系統即可得到壓力值和壓入深度，通過壓力和壓入深度可計算出測試樣品硬度值。
[0012]標準布氏硬度壓頭可更換為巖石壓入硬度壓頭、洛氏壓頭等，就可測量出相應的壓入硬度和洛氏硬度。
[0013]更換大量程壓力傳感器，并將標準硬度壓頭更換為平壓板，即可測量冰的抗壓強度，并結合位移傳感器數據可得出冰樣的應力一應變曲線。測試過程同上。
[0014]利用該試驗臺還可測量其他材料在低溫環境下的硬度和強度。測試過程同冰樣測試相同。
[0015]本發明的有益效果:
[0016]本發明很好地解決了低溫環境下冰硬度檢測問題，本發明采用低溫位移傳感器和低溫壓力傳感器采集信號，并將參數采集及控制系統放置在常溫環境下，降低了元器件對環境溫度的要求。
[0017]本發明結構簡單，工作可靠，操作方便，并且可實現多種功能，更換標準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。同時除冰以外還可以用來檢測其他低溫材料的硬度性能，當更換大量程傳感器后，也可以用來測試材料的抗壓強度等參數，具有一定的通用性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明的立體示意圖。
[0019]圖2為本發明的硬度測試臺立體示意圖。
【具體實施方式】
[0020]請參閱圖1和圖2所示,本實施例是由低溫冷柜A、硬度測試臺B、參數采集及控制系統C組成，硬度測試臺B設置在低溫冷柜A中，參數采集及控制系統C位于低溫冷柜A外部，硬度測試臺B的低溫壓力傳感器12和低溫位移傳感器16的數據線和電動升降機9的電源線通過低溫冷柜A側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備，冷柜內溫度最低可達_60°C。低溫冷柜A可以為測試樣品8提供低溫環境；
[0021]參數采集及控制系統C是由上位機2和控制箱3組成，主要用來控制硬度測試臺B中電動升降機9的運動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通過導線I與硬度測試臺B連接，為低溫位移傳感器16、低溫壓力傳感器12和電動升降機提供電源，同時負責采集信號，并通過串口線將信號傳輸至上位機2中，上位機2實時顯示和存儲相關測試數據；控制箱3中控制系統可以在很大范圍內對電動升降機9的升降速度進行無級調速。[0022]硬度測試臺B是由第一定位螺釘4、頂板5、轉接接頭6、支撐桿7、電動升降機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、標準硬度壓頭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構成，頂板5和底板18分別套設在四根支撐桿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，電動升降機9安裝在底板18上，樣品托盤15固定在電動升降機9頂部，樣品托盤15可隨著電動升降機9上下運動，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，轉接接頭6固定在低溫壓力傳感器12的底部，標準硬度壓頭14插接在轉接接頭6下部并通過緊固螺釘13固定。
[0023]所述的轉接接頭6的下部固定有平壓板。
[0024]本發明的工作過程:
[0025]首先將硬度測試臺B放入低溫冷柜A內，低溫壓力傳感器12和低溫位移傳感器16的數據線和電動升降機9的電源線通過低溫冷柜A側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，并將溫度調節至待檢測的溫度，在此過程中，硬度測試臺B始終放置在冷柜A內，溫度對測試樣品8溫度產生影響。測試樣品8放置于樣品托盤15中心，啟動電動升降機9并使測試樣品8上升至與標準布氏硬度壓頭14恰好接觸，此時將低溫位移傳感器16清零。接通電動升降機9電源，調節電動升降機9緩慢上升，標準布氏硬度壓頭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。當壓力值達到某一設定值時，電機停止，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算出測試樣品硬度值。
[0027]標準布氏硬度壓頭14可更換為巖石壓入硬度壓頭、洛氏壓頭等，就可測量出相應的壓入硬度和洛氏硬度。
[0028]更換大量程壓力傳感器，并將標準硬度壓頭14更換為平壓板，即可測量冰的抗壓強度，并結合位移傳感器數據可得出冰樣的應力一應變曲線。測試過程同上。
[0029]利用該試驗臺還可測量其他材料在低溫環境下的硬度和強度。測試過程同冰樣測試相同。
【權利要求】
1.一種低溫環境下冰的硬度和抗壓強度測試裝置，其特征在于:是由低溫冷柜(A)、硬度測試臺(B)、參數采集及控制系統(C)組成，硬度測試臺(B)設置在低溫冷柜(A)中，參數采集及控制系統(C)位于低溫冷柜㈧外部，硬度測試臺⑶的低溫壓力傳感器(12)和低溫位移傳感器(16)的數據線和電動升降機(9)的電源線通過低溫冷柜(A)側面小孔引至低溫冷柜(A)外，并與控制箱(3)連接； 所述的參數采集及控制系統(C)是由上位機(2)和控制箱(3)組成，控制箱(3)通過導線⑴與硬度測試臺⑶連接，控制箱⑶為低溫位移傳感器(16)、低溫壓力傳感器(12)和電動升降機提供電源，同時負責采集信號，并通過串口線將信號傳輸至上位機(2)中，上位機(2)實時顯示和存儲相關測試數據；控制箱(3)中控制系統對電動升降機(9)的升降速度進行無級調速； 所述的硬度測試臺(B)是由第一定位螺釘(4)、頂板(5)、轉接接頭(6)、支撐桿(7)、電動升降機(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)、標準硬度 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)構成，頂板(5)和底板(18)分別套設在四根支撐桿(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)，電動升降機(9)安裝在底板(18)上，樣品托盤(15)固定在電動升降機(9)頂部，樣品托盤(15)可隨著電動升降機(9)上下運動，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，轉接接頭(6)固定在低溫壓力傳感器(12)的底部，標準硬度壓頭(14)插接在轉接接頭(6)下部并通過緊固螺釘(13)固定。
2.根據權利要求1所述的一種低溫環境下冰的硬度和抗壓強度測試裝置，其特征在于:所述的轉接接頭(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 優先權日:2014年5月18日
【發明者】范曉鵬, 達拉拉伊.帕維爾, 張楠, 曹品魯, 王婷, 楊成, 宮達, 洪嘉琳, 劉剛 申請人:吉林大學