本發(fā)明涉及材料測(cè)試設(shè)備，尤其是一種集成多溫控制區(qū)域的蠕變?cè)囼?yàn)機(jī)。

背景技術(shù)：

1、蠕變?cè)囼?yàn)是研究材料在高溫或應(yīng)力條件下隨時(shí)間發(fā)生變形的重要手段?，F(xiàn)有的蠕變?cè)囼?yàn)設(shè)備多為單溫控區(qū)域設(shè)計(jì)，限制了試驗(yàn)效率，無(wú)法在同一臺(tái)設(shè)備上同時(shí)獲得多溫度條件下的蠕變數(shù)據(jù)。這不僅導(dǎo)致試驗(yàn)周期延長(zhǎng)，還可能因不同設(shè)備之間的差異性影響試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此，設(shè)計(jì)一種在同一設(shè)備上實(shí)現(xiàn)多個(gè)獨(dú)立溫控區(qū)域的蠕變?cè)囼?yàn)機(jī)，具有重要的實(shí)際意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提出一種集成多溫控制區(qū)域的蠕變?cè)囼?yàn)機(jī)，用于實(shí)現(xiàn)同時(shí)在多個(gè)獨(dú)立溫度條件下進(jìn)行蠕變?cè)囼?yàn)的功能，通過(guò)在同一臺(tái)設(shè)備上設(shè)計(jì)多個(gè)獨(dú)立的溫控區(qū)域，用戶可以在一次試驗(yàn)中同時(shí)獲得不同溫度條件下的蠕變數(shù)據(jù)，從而提高試驗(yàn)效率和結(jié)果準(zhǔn)確性。

2、本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。

3、一種集成多溫控制區(qū)域的蠕變?cè)囼?yàn)機(jī)，所述試驗(yàn)機(jī)的實(shí)驗(yàn)區(qū)域以高效隔熱材料劃分為多個(gè)獨(dú)立的溫控區(qū)域，各個(gè)溫控區(qū)域通過(guò)高精度杠桿機(jī)構(gòu)（17）與同個(gè)伺服電機(jī)相連，所述高精度杠桿機(jī)構(gòu)包括多個(gè)杠桿（19），各杠桿的一端以可調(diào)節(jié)支點(diǎn)與伺服電機(jī)動(dòng)力輸出端的絲桿相連，杠桿的另一端以分力輸出端向各溫控區(qū)域輸出溫控區(qū)試驗(yàn)過(guò)程所需的加載力，以通過(guò)調(diào)整支點(diǎn)位置實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)輸出力的動(dòng)態(tài)分配，滿足不同溫控區(qū)域不同試驗(yàn)條件的需求。

4、所述試驗(yàn)機(jī)以直流偏置電源供電，包括高溫組件、多溫區(qū)溫控系統(tǒng)、測(cè)試系統(tǒng)、加載與監(jiān)控系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)；

5、高溫組件包括：高溫ct拉伸工具、嵌入多溫區(qū)控制模塊的多溫爐、用于固定試驗(yàn)樣品的樣品夾持支架；

6、樣品夾持支架與杠桿的分力輸出端相連；

7、多溫區(qū)溫控系統(tǒng)包括：溫控箱及溫控系統(tǒng)、溫度傳感器、溫度數(shù)據(jù)采集模塊；

8、測(cè)試系統(tǒng)包括：測(cè)試控制系統(tǒng)及軟件；

9、加載系統(tǒng)包括：力傳感器、位移傳感器；

10、監(jiān)控系統(tǒng)包括嵌入式控制系統(tǒng)；

11、輔助系統(tǒng)包括：多通道數(shù)據(jù)采集模塊、異常監(jiān)測(cè)與報(bào)警功能模塊。

12、試驗(yàn)機(jī)的實(shí)驗(yàn)區(qū)域設(shè)于多溫爐的爐腔內(nèi)，爐腔以豎向的隔熱板分隔出低溫區(qū)（5）、中溫區(qū)和高溫區(qū)（7）三個(gè)獨(dú)立的溫控區(qū)域；

13、低溫區(qū)：設(shè)計(jì)為爐腔的左邊，用于低溫材料試驗(yàn)，溫控范圍為室溫至200℃；

14、高溫區(qū)：設(shè)計(jì)為爐腔的最右邊，適合高溫試驗(yàn)，溫控范圍為600℃至1000℃以上；

15、中溫區(qū)：位于低溫區(qū)和高溫區(qū)之間，溫控范圍為200℃至600℃，作為過(guò)渡區(qū)域；每個(gè)溫控區(qū)域之間使用高效隔熱材料制備的隔熱板（8）進(jìn)行垂直隔離，隔熱材料厚度設(shè)計(jì)為10~20毫米，確保溫控區(qū)域之間的熱干擾降至最低；

16、溫控系統(tǒng)包括在每個(gè)溫控區(qū)域配備的獨(dú)立的加熱裝置（9）和溫度傳感器（10）；加熱裝置的電阻絲環(huán)繞樣品周?chē)贾靡源_保對(duì)樣品的加熱均勻性；加熱裝置固定在隔熱板的內(nèi)側(cè)，通過(guò)耐高溫支架固定以避免直接接觸樣品；

17、隔熱板（8）由多溫爐爐腔內(nèi)部的框架固定，隔熱板周?chē)O(shè)有用于減少熱泄漏的密封結(jié)構(gòu)，每個(gè)溫控區(qū)域分別布置隔熱層，隔熱層以具有低導(dǎo)熱系數(shù)的材料成型，用以降低熱輻射和熱傳導(dǎo)；

18、試驗(yàn)機(jī)采用多組獨(dú)立的夾持裝置（4）夾持樣品，各夾持裝置沿爐腔內(nèi)部垂直方向分布，分別位于低溫（5）、中溫（6）和高溫（7）區(qū)域的中心；

19、每個(gè)夾持裝置（4）通過(guò)高強(qiáng)度耐熱支架固定在多溫爐爐腔內(nèi)部以確保穩(wěn)定性和精度；

20、樣品的夾緊部分采用耐高溫合金材料（如鎳鉻合金）制備，以承受高溫環(huán)境下的機(jī)械應(yīng)力；

21、樣品的夾持裝置通過(guò)調(diào)節(jié)夾緊力來(lái)適應(yīng)不同材料或試驗(yàn)樣品的尺寸和要求；

22、樣品夾持裝置通過(guò)微調(diào)功能來(lái)確保樣品與加載裝置的受力軸線精確對(duì)齊，每組夾持裝置對(duì)應(yīng)一個(gè)溫控區(qū)域，用于固定不同試驗(yàn)條件下的樣品；

23、加載模塊采用伺服電機(jī)（1）驅(qū)動(dòng)，伺服電機(jī)通過(guò)杠桿機(jī)構(gòu)（17）向每個(gè)試驗(yàn)樣品施加試驗(yàn)所需載荷，杠桿機(jī)構(gòu)的杠桿的分力輸出端通過(guò)密封孔連接至樣品夾持裝置的加載桿。

24、溫度數(shù)據(jù)采集模塊在各溫控區(qū)域的中心和壁面的上、下、側(cè)面布置至少2-3個(gè)溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)（14），以確保溫度測(cè)量準(zhǔn)確且均勻，溫度傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊與嵌入式控制器連接以實(shí)時(shí)反饋溫控?cái)?shù)據(jù)；

25、傳感器的信號(hào)線采用耐高溫屏蔽電纜，通過(guò)多溫爐爐體處的電纜孔引出，連接至外部的數(shù)據(jù)采集模塊；

26、各溫控區(qū)域的溫度通過(guò)自適應(yīng)pid控制算法實(shí)現(xiàn)高精度調(diào)節(jié)，溫控系統(tǒng)的溫控模塊嵌入在多溫爐爐體外側(cè)，通過(guò)耐高溫電纜連接加熱裝置和溫度傳感器，溫控模塊能動(dòng)態(tài)設(shè)定目標(biāo)溫度，且調(diào)節(jié)范圍能根據(jù)試驗(yàn)要求配置；

27、控制電路采用分區(qū)獨(dú)立設(shè)計(jì)以避免干擾并提高運(yùn)行可靠性，

28、用戶在試驗(yàn)過(guò)程輸入目標(biāo)溫度后，溫控系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行自適應(yīng)pid控制算法，根據(jù)溫度偏差動(dòng)態(tài)調(diào)整加熱功率，使各溫控區(qū)域的溫度快速達(dá)到設(shè)定溫度并穩(wěn)定控制在±0.1℃以內(nèi)。

29、所述杠桿的主體由高強(qiáng)度、低變形材料制備，杠桿主體的表面采用噴涂或電鍍處理，以增強(qiáng)耐腐蝕性和抗磨損性能；

30、杠桿主體為框架結(jié)構(gòu)，框架結(jié)構(gòu)的上端、下端分別為力輸入端和輸出端；

31、各杠桿的兩端支點(diǎn)分別設(shè)于力輸入端的絲桿、力輸出端處，支點(diǎn)在絲桿（18）處位置設(shè)置按比例在絲桿處橫向分布，以調(diào)整輸入力和輸出力的大?。?/p>

32、試驗(yàn)時(shí)，伺服電機(jī)經(jīng)絲桿（18）施加總輸入力，總輸入力傳遞到杠桿（19）后按杠桿支點(diǎn)的位置比例分配到對(duì)應(yīng)的杠桿分力輸出端（20）；若要對(duì)各個(gè)樣品實(shí)施相同大小的力，支點(diǎn)的位置則平均分布；

33、假設(shè)試驗(yàn)機(jī)有三個(gè)溫控區(qū)域，要求對(duì)三個(gè)樣品分別施加100n、150n和200n的加載力，支點(diǎn)的位置根據(jù)目標(biāo)加載力比值（1:1.5:2）進(jìn)行調(diào)整；伺服電機(jī)通過(guò)滾珠絲杠施加總輸入力，力傳遞到杠桿，按比例分配到三個(gè)輸出端。

34、輔助系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)相連，使用高精度的數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)時(shí)采集每個(gè)溫控區(qū)域的溫度數(shù)據(jù)、樣品變形數(shù)據(jù)及加載力數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)輸送至監(jiān)控系統(tǒng)；

35、實(shí)時(shí)采集每個(gè)溫控區(qū)域的溫度數(shù)據(jù)時(shí)，每個(gè)溫控區(qū)域均配備獨(dú)立的溫度傳感器（10）（如熱電偶或熱敏電阻），溫度傳感器的溫度數(shù)據(jù)采集通過(guò)多通道adc模塊采集溫度信號(hào)，多通道adc模塊安裝在爐體外部側(cè)面或電控箱內(nèi)，靠近溫度傳感器（10）信號(hào)線的出口位置，以減少信號(hào)傳輸距離和外界干擾，模塊通過(guò)固定支架或安裝板與爐體側(cè)面框架連接，

36、數(shù)據(jù)采集模塊的數(shù)據(jù)采集頻率設(shè)定為1hz或更高以捕捉溫度的細(xì)微波動(dòng)，變形數(shù)據(jù)采集：

37、實(shí)時(shí)采集每個(gè)溫控區(qū)域的樣品變形數(shù)據(jù)時(shí)，位移傳感器（12）（如lvdt或光纖位移傳感器）安裝于各試驗(yàn)樣品的樣品加載端處，每個(gè)樣品加載端布置一個(gè)獨(dú)立的位移傳感器（12）；位移傳感器（12）固定在加載桿的下端或樣品夾持裝置的側(cè)面，確保傳感器能夠準(zhǔn)確測(cè)量樣品在加載過(guò)程中的形變量，根據(jù)樣品尺寸，位移傳感器（12）的位置通過(guò)可調(diào)支架進(jìn)行微調(diào)以確保傳感器與樣品的變形方向?qū)R，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)樣品的形變，

38、樣品變形數(shù)據(jù)通過(guò)高速采集接口傳輸至監(jiān)控制系統(tǒng)的中央控制系統(tǒng)，支持高達(dá)0.01mm的分辨率；

39、實(shí)時(shí)采集每個(gè)溫控區(qū)域的加載力數(shù)據(jù)時(shí)：每個(gè)樣品的加載力由應(yīng)力傳感器記錄，每個(gè)樣品的夾持裝置（4）對(duì)應(yīng)一個(gè)應(yīng)力傳感器（15），應(yīng)力傳感器安裝在加載桿與樣品夾持裝置的連接處以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)加載桿對(duì)樣品施加的力值，加載桿末端還直接連接有力傳感器（11），其通過(guò)螺紋或卡扣固定在樣品夾持裝置上，確保力傳感器能夠精確測(cè)量垂直方向的加載力，力傳感器采用耐高溫傳感器結(jié)構(gòu)并安裝在加載桿下部，通過(guò)隔熱材料與爐腔溫區(qū)隔離，確保高溫環(huán)境下的運(yùn)行穩(wěn)定性；確保載荷的實(shí)時(shí)監(jiān)控和反饋，數(shù)據(jù)精度控制在0.1n以內(nèi)，力傳感器（11）的信號(hào)通過(guò)抗干擾屏蔽線引出，連接到安裝在爐外側(cè)的數(shù)據(jù)采集模塊,通過(guò)嵌入式處理器對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波和校準(zhǔn)；

40、嵌入式系統(tǒng)結(jié)合校準(zhǔn)算法對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)校正，消除傳感器誤差，確保精度達(dá)到±0.1℃以內(nèi)；并通過(guò)嵌入式控制系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行同步處理和存儲(chǔ)。

41、嵌入式控制系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集模塊集中安裝在電控箱（16）內(nèi)，該電控箱（16）布置在試驗(yàn)機(jī)的主體下部并與主體形成一體化結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)采集模塊布置在多溫爐爐體側(cè)面框架上，與嵌入式控制系統(tǒng)、電控箱（16）保持短距離連接；

42、數(shù)據(jù)采集模塊通過(guò)其內(nèi)置的異常監(jiān)測(cè)與報(bào)警功能來(lái)提升試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性。

43、中央控制系統(tǒng)基于嵌入式處理器運(yùn)行，其采用分布式架構(gòu)協(xié)調(diào)多溫區(qū)、加載模塊及數(shù)據(jù)采集模塊的運(yùn)行；

44、使用者通過(guò)中央控制系統(tǒng)的人機(jī)交互界面設(shè)置各溫區(qū)目標(biāo)溫度及加載參數(shù)，并實(shí)時(shí)查看試驗(yàn)過(guò)程中的溫度、變形和載荷曲線。

45、集成多溫控制區(qū)域的蠕變?cè)囼?yàn)機(jī)的使用方法，蠕變?cè)囼?yàn)機(jī)通過(guò)將其多溫爐進(jìn)行分區(qū)形成多個(gè)加執(zhí)區(qū)，加熱區(qū)為溫控區(qū)域，以同時(shí)進(jìn)行不同溫度下的蠕變裂紋拉伸試驗(yàn)，所述設(shè)備包括多個(gè)溫控執(zhí)行模塊，每個(gè)溫控執(zhí)行模塊對(duì)應(yīng)一個(gè)加熱區(qū)，使用方法包括以下步驟；

46、步驟s1：構(gòu)建多溫控制區(qū)蠕變?cè)囼?yàn)裝置，該裝置包括多個(gè)溫控區(qū)域，每個(gè)溫控區(qū)域配備獨(dú)立的溫度調(diào)節(jié)單元、溫度傳感器和加載模塊，以實(shí)現(xiàn)對(duì)各溫控區(qū)域的溫度精確控制和加載；

47、步驟s2：將不同的材料樣品安裝在各溫控區(qū)域夾持裝置的試樣夾具中，設(shè)置每個(gè)溫控區(qū)域的目標(biāo)溫度，同時(shí)通過(guò)加載模塊對(duì)試樣施加恒定載荷；

48、步驟s3：經(jīng)數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)時(shí)采集各溫控區(qū)域的溫度數(shù)據(jù)、加載力數(shù)據(jù)和樣品形變量數(shù)據(jù)，并通過(guò)多通道的數(shù)據(jù)采集進(jìn)行系統(tǒng)記錄；利用數(shù)據(jù)處理單元對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，確保溫控區(qū)域的穩(wěn)定性；

49、步驟s4：在試驗(yàn)完成后，將不同溫控區(qū)域的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，建立材料在多溫度條件下的蠕變曲線模型，分析材料的溫度依賴(lài)性蠕變行為，并生成材料在多溫度條件下的長(zhǎng)期性能預(yù)測(cè)。

50、步驟s1中，每個(gè)溫控區(qū)域由獨(dú)立的加熱裝置、溫度傳感器及pid控制器組成；步驟s2中加載模塊采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)杠桿機(jī)構(gòu)（17）控制高溫拉伸ct工具（2）通過(guò)杠桿推動(dòng)加載桿向樣品施加載荷；即通過(guò)杠桿機(jī)構(gòu)向多個(gè)溫區(qū)分配載荷；步驟s3中數(shù)據(jù)采集模塊包括位移傳感器、溫度傳感器和應(yīng)力傳感器，用于分別記錄變形量、溫度和載荷；

51、蠕變?cè)囼?yàn)機(jī)的控制系統(tǒng)通過(guò)嵌入式處理器實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)溫控模塊并協(xié)調(diào)各模塊運(yùn)行，經(jīng)嵌入式控制系統(tǒng)經(jīng)力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每個(gè)力輸出端的實(shí)際出力，經(jīng)力傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)樣品所受加載力值并反饋到監(jiān)控系統(tǒng)的中央控制器；中央控制器通過(guò)閉環(huán)控制算法動(dòng)態(tài)調(diào)整伺服電機(jī)的輸出力以確保加載力恒定。

52、隔熱板為陶瓷纖維板或氣凝膠板。

53、所述高精度杠桿機(jī)構(gòu)與力傳感器聯(lián)動(dòng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各輸出端的載荷大小，并通過(guò)嵌入式控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)調(diào)節(jié)，確保加載力的精確性和穩(wěn)定性。

54、集成多溫控區(qū)域的蠕變?cè)囼?yàn)機(jī)包括基本結(jié)構(gòu)：一臺(tái)直流偏置電源、一臺(tái)試驗(yàn)主機(jī)，高溫組件、多溫區(qū)溫控系統(tǒng)、測(cè)試系統(tǒng)、加載與監(jiān)控系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)，其中試驗(yàn)主機(jī)包括：電子萬(wàn)能試驗(yàn)主機(jī)，高溫組件包括：高溫ct拉伸工具、嵌入多溫區(qū)控制模塊的多溫爐（低溫、中溫、高溫）、樣品夾持支架，多溫區(qū)溫控系統(tǒng)包括：溫控箱及溫控系統(tǒng)、溫度傳感器、溫度數(shù)據(jù)采集模塊，測(cè)試系統(tǒng)包括：測(cè)試控制系統(tǒng)及軟件，加載與監(jiān)控系統(tǒng)包括：力傳感器、位移傳感器、嵌入式控制系統(tǒng)，輔助系統(tǒng)包括：多通道數(shù)據(jù)采集模塊、異常監(jiān)測(cè)與報(bào)警功能，通過(guò)將其溫爐分區(qū)來(lái)同時(shí)進(jìn)行不同溫度下的蠕變裂紋拉伸試驗(yàn)，所述設(shè)備與多個(gè)溫控執(zhí)行模塊及一個(gè)電流互感器通信，每個(gè)溫控執(zhí)行模塊對(duì)應(yīng)一個(gè)加熱區(qū)。

55、本發(fā)明提供一種多溫控制區(qū)蠕變?cè)囼?yàn)機(jī)，通過(guò)在同一臺(tái)設(shè)備上設(shè)計(jì)多個(gè)獨(dú)立的溫控區(qū)域，用戶可以在一次試驗(yàn)中同時(shí)獲得不同溫度條件下的蠕變數(shù)據(jù)，從而提高試驗(yàn)效率和結(jié)果準(zhǔn)確性。

56、本發(fā)明設(shè)計(jì)了多個(gè)獨(dú)立溫控區(qū)域，每個(gè)溫控區(qū)域配備獨(dú)立的加熱裝置和溫度傳感器，并通過(guò)隔熱材料進(jìn)行物理隔離，以減少溫區(qū)之間的溫度干擾。本發(fā)明中，每個(gè)溫控區(qū)域的溫度通過(guò)自適應(yīng)pid控制算法實(shí)現(xiàn)高精度調(diào)節(jié)，確保溫控精度穩(wěn)定在±0.1℃以內(nèi)。

57、本發(fā)明中，樣品夾持模塊采用多組獨(dú)立的夾持裝置，每組夾持裝置對(duì)應(yīng)一個(gè)溫控區(qū)域，用于固定不同試驗(yàn)條件下的樣品。加載模塊采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)杠桿機(jī)構(gòu)向每個(gè)樣品施加恒定載荷，并支持多個(gè)樣品的同步加載和獨(dú)立控制，由于本發(fā)明集成了高精度杠桿機(jī)構(gòu)，用于將伺服電機(jī)施加的載荷精確分配至多個(gè)溫控區(qū)域，杠桿機(jī)構(gòu)包括杠桿主體、可調(diào)節(jié)支點(diǎn)和分力輸出端，通過(guò)調(diào)整支點(diǎn)位置實(shí)現(xiàn)力的動(dòng)態(tài)分配，能滿足不同試驗(yàn)條件的需求。杠桿機(jī)構(gòu)與力傳感器聯(lián)動(dòng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各輸出端的載荷大小，并通過(guò)嵌入式控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)調(diào)節(jié)，能確保加載力的精確性和穩(wěn)定性。

58、本發(fā)明集成了高精度數(shù)據(jù)采集模塊，用于實(shí)時(shí)采集每個(gè)溫控區(qū)域的溫度數(shù)據(jù)、樣品變形數(shù)據(jù)及加載力數(shù)據(jù)，并通過(guò)嵌入式控制系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行同步處理和存儲(chǔ)。此外，數(shù)據(jù)采集模塊支持異常監(jiān)測(cè)與報(bào)警功能，能進(jìn)一步提升試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性。

59、本發(fā)明的的有益效果是：集成多溫控制區(qū)的蠕變?cè)囼?yàn)機(jī)可以高效、穩(wěn)定地對(duì)每個(gè)樣品施加恒定載荷，適應(yīng)多樣品、多溫區(qū)的復(fù)雜試驗(yàn)需求。設(shè)備整體性能得到了提升，試驗(yàn)效率和數(shù)據(jù)可靠性顯著提高為科研和工業(yè)應(yīng)用帶來(lái)了顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。