專利名稱：非金屬材料耐熱性測試裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種材料測試裝置，特別涉及一種用于對非金屬材料進行耐熱性測試的裝置。
背景技術：
非金屬材料由非金屬元素或化合物構成的材料，隨著生產和科學技術的進步，尤其是無機化學和有機化學工業的發展，制造和合成了許多新型非金屬材料，非金屬材料因具有各種優異的性能，很多性能為金屬材料所不及，從而在近代工業中的用途不斷擴大，且應用范圍迅速發展；廣泛應用于化工、機械、醫藥以及軍事、航天和國防領域等高溫、高壓、 腐蝕、易燃易爆的場合；具有成本低、重量輕等優點。非金屬材料雖然具有上述優點，但是有些非金屬材料對于使用環境的溫度要求較高，在高溫環境或者低溫環境下使用，會出現物理性質的改變；特別是在有些使用場合，高溫下的要求更為嚴格；比如用于制作炮彈藥筒，在炮膛多次使用后會具有較高的溫度，采用非金屬材料制作的炮彈藥筒如果不能耐受足夠的高溫或者耐受足夠長時間的高溫則會出現危險，釀成安全事故。因此，現有技術中，利用非金屬材料制作用于高溫環境下的部件，則需進行耐溫時間等性能的測試，以保證非金屬材料在應用中可靠，有足夠的耐熱時間。現有技術中，對于非金屬材料的耐熱性測試較為普遍的采用加熱后球壓測試，得其物理性質的變化；或者，直接測試其在高溫下自燃或軟化的溫度，通過直觀觀察得出結果，并沒有定量或定性的結果；或者，測試功能較為單一，無法精確的把握非金屬材料燃燒的時間和程度。因此，需要一種用于測試非金屬材料耐熱性的測試裝置，能夠精確的得到非金屬材料受熱到燃燒的時間以及燃燒程度，并且能夠綜合的精確的采集到非金屬材料的耐熱數據，并對該數據進行分析，得出定性定量的測試結果，為非金屬材料用于高溫環境提供準確的理論依據。

發明內容
有鑒于此，本發明的目的提供一種非金屬材料耐熱性測試裝置，能夠精確的得到非金屬材料受熱到燃燒的時間以及燃燒程度，并且能夠綜合的精確的采集到非金屬材料的耐熱數據，并對該數據進行分析，得出定性定量的測試結果，為非金屬材料用于高溫環境提供準確的理論依據。本發明的非金屬材料耐熱性測試裝置，包括底座、夾持機構、電加熱裝置、數據采集系統和中央處理器；所述夾持機構包括滑塊和夾持頭，所述滑塊可鎖緊式滑動配合設置于底座，所述夾持頭沿滑塊可滑行方向固定設置于滑塊且用于夾持被測試工件；所述加熱裝置固定設置于底座并設置有用于容納被測試工件的加熱腔，所述加熱腔設有正對滑塊可滑行方向并用于使被測試工件進入的加熱腔開口；
數據采集處理系統包括溫度傳感組件，設置于加熱腔內用于檢測被測試工件以及加熱腔內壁溫度信號；可見光傳感器，用于采集加熱腔內被測試工件燃燒產生的可見光信號；煙霧傳感器，用于采集加熱腔內被測試工件燃燒產生的煙霧信號；所述中央處理器用于采集溫度傳感組件、可見光傳感器和煙霧傳感器的數據信號并向電加熱裝置的控制電路發出控制信號。進一步，所述被測試工件為筒狀結構，所述溫度傳感組件包括用于檢測加熱腔內表面溫度信號的溫度傳感器I和用于檢測被測試工件內表面溫度信號的溫度傳感器II ；進一步，數據采集處理系統還包括用于檢測滑塊將被測試工件送入加熱腔后所處位置的位置開關，所述位置開關將所采集的數據信號輸送至中央處理器；進一步，所述溫度傳感器I由電加熱裝置前端伸入加熱腔，溫度傳感器II由被測試工件尾端伸入被測試工件內腔，所述溫度傳感器I和溫度傳感器II的數據線均為耐高溫絕緣數據線；進一步，所述煙霧傳感器為紅外對管結構，包括紅外發射管和用于接收紅外發射管所發射紅外線的紅外接收管，所述可見光傳感器包括光纖頭和設置于光纖頭光入射端的凸透鏡，所述凸透鏡正對加熱腔且通過加熱腔正對紅外發射管；所述光纖頭出射端接有一入二出光纖，光纖一出射端接入光電倍增管后將信號輸入中央處理器，光纖另一出射端接入紅外接收管后將信號輸入中央處理器；所述中央處理器的命令信號輸入紅外發射管的控制電路；進一步，紅外發射管位于電加熱裝置前端，所述凸透鏡位于夾持頭后端；進一步，所述溫度傳感器I和溫度傳感器II分別被對應施加用于使其緊靠加熱腔內表面和被測試工件內表面的預緊力；進一步，所述滑塊設有用于通過光纖和溫度傳感器II數據線的通道，所述夾持頭設有用于安裝凸透鏡及光纖頭的空腔，所述凸透鏡通過該空腔直接正對被測試工件內腔；進一步，所述加熱裝置通過兩端對應設置的兩個加熱器座支撐于底座，位于前端的加熱器座將加熱腔封口，紅外發射管和溫度傳感器I密封穿過且支撐于位于前端的加熱器座；位于后端的加熱器座開口且可與滑塊緊貼密封；進一步，電加熱裝置為可同軸外套于被測試工件的筒狀結構，電加熱裝置外圓包有隔熱層，隔熱層與電加熱裝置之間設有隔熱腔；所述滑塊通過固定設置于底座上的軌道滑動配合設置于底座，所述滑軌前端位于工作位設有橫向貫通的限位孔，一限位銷橫向穿過限位孔并插入滑塊；所述底座上設有防止操作人員燒傷的防護板。本發明的有益效果本發明的非金屬材料耐熱性測試裝置，采用在加熱腔設置溫度、可見光和煙霧傳感器的結構，能夠采集到非金屬材料的燃燒溫度，同時可以采集到非金屬材料只產生煙霧(無明火)、爆燃(以明火為主)、煙火并存的三種燃燒狀態，能夠精確的得到非金屬材料受熱到燃燒的時間以及燃燒程度，并且能夠綜合的精確的采集到非金屬材料的耐熱數據，并對該數據進行分析，得出定性定量的測試結果，為非金屬材料用于高溫環境提供準確的理論依據。


下面結合附圖和實施例對本發明作進一步描述。圖1為本發明結構剖面示意圖；圖2為本發明俯視圖；圖3為本發明立體結構圖；圖4為本發明控制原理框圖。
具體實施例方式圖1為本發明結構剖面示意圖，圖2為本發明俯視圖，圖3為本發明立體結構圖， 圖4為本發明控制原理框圖，如圖所示本實施例的非金屬材料耐熱性測試裝置，包括底座 1、夾持機構、電加熱裝置2、數據采集系統和中央處理器22 ；所述夾持機構包括滑塊9和夾持頭11，所述滑塊9可鎖緊式滑動配合設置于底座 1，所述夾持頭11沿滑塊9可滑行方向固定設置于滑塊9且用于夾持被測試工件12 ；夾持頭11根據被測試工件12的結構不同可采用不同的結構。即現有技術中用于夾持工件的機械結構、電磁夾具結構均能實現發明目的；本實施例中，被測試工件12為筒狀結構，因而夾持頭11可設有用于嵌入筒狀結構筒體壁的嵌合槽，嵌入后達到較好的夾持定位效果；所述加熱裝置2固定設置于底座1并設置有用于容納被測試工件的加熱腔21，所述加熱腔21設有正對滑塊9可滑行方向并用于使被測試工件進入的加熱腔開口 ；數據采集處理系統包括溫度傳感組件，設置于加熱腔內用于檢測被測試工件以及加熱腔內壁溫度信號； 能夠檢測被測試工件內壁與與加熱腔內壁之間的溫差及變化，確定非金屬試件燃燒時加熱腔內壁及被測試工件內壁溫度，從而以這個臨界溫度為準，來判定被測試工件的燃燒溫度及耐熱時間。可見光傳感器，用于采集加熱腔內被測試工件燃燒產生的可見光信號；煙霧傳感器，用于采集加熱腔內被測試工件燃燒產生的煙霧信號；所述中央處理器22用于采集溫度傳感組件、可見光傳感器和煙霧傳感器的數據信號并向電加熱裝置2的控制電路2a發出控制信號；中央處理器22 —般包括數據采集卡及計算機，屬于現有的信號傳輸和接收方式。實際使用時，可設置煙霧傳感器和可見光傳感器數值達到峰值的一定比例(計算機內可設置)作為煙霧和明火出現的標志，即判定為燃燒(可以根據情況設定判定標準。本實施例中，所述被測試工件12為筒狀結構，所述溫度傳感組件包括用于檢測加熱腔21內表面溫度信號的溫度傳感器I 4和用于檢測被測試工件12內表面溫度信號的溫度傳感器II 13，能夠分別得出被測試工件12內壁從進入加熱腔至燃燒時溫度變化過程， 為獲得被測試工件12的耐熱性能參數提供全面的理論數據；同時獲得該被測試工件12內外壁之間的溫差變化數值，為耐熱性試驗提供更為全面的數據。本實施例中，數據采集處理系統還包括用于檢測滑塊9將被測試工件12送入加熱腔21后所處位置的位置開關20，所述位置開關20將所采集的數據信號輸送至中央處理器 22 ；位置開關20可采用現有技術的觸點式位置開關或者紅外等非觸點式位置開關，均能實現發明目的，本實施例采用觸點式位置開關，如圖所示，設置于與滑塊運動相對應處，當滑塊9壓住觸點式位置開關20，則觸發電路；操作過程中，當電加熱裝置2的加熱腔21加熱到設定的溫度時(由溫度傳感器I 4測得)，將被測試工件12 (可燃非金屬試件)放置在加熱腔21內設定的位置，同時位置開關20被觸發，向中央處理器22發出信號，溫度傳感組件、 可見光傳感器和煙霧傳感器開始采集數據，中央處理器22自帶有數據采集卡實時采集相關數據并由中央處理器(可理解為中央處理器包括數據采集卡和計算機)進行處理計算， 判斷被測試工件的受熱狀態，當判定可燃非金屬試件燃燒時，則給出停止信號，該信號可通過中央處理器22通過報警的方式給出，此時被測試工件12退出加熱腔21。本實施例中，所述溫度傳感器I 4由電加熱裝置2前端伸入加熱腔21，溫度傳感器 II由被測試工件12尾端伸入被測試工件內腔，前為被測試工件12進入加熱腔的行進方向； 所述溫度傳感器I 4和溫度傳感器II 13的數據線均為耐高溫絕緣數據線；保證各個數據采集構件之間不發生干擾，并且保證溫度傳感器I 4和溫度傳感器II 13的正常工作。本實施例中，所述煙霧傳感器為紅外對管結構，包括紅外發射管6和用于接收紅外發射管所發射紅外線的紅外接收管，所述可見光傳感器包括光纖頭10和設置于光纖頭光10入射端的凸透鏡23，所述凸透鏡23正對加熱腔21且通過加熱腔21正對紅外發射管 6 ；所述光纖頭10出射端接有一入二出光纖，光纖一出射端接入光電倍增管后將信號輸入中央處理器22，光纖另一出射端接入紅外接收管后將信號輸入中央處理器22 ；所述中央處理器22的命令信號輸入紅外發射管6的控制電路6a ；本實施例的紅外接收管以及一入二出光纖圖中沒有表示，屬于現有的光傳輸光路技術，在此不再贅述；可見光和煙霧信號的獲取都是以光信號來進行判斷的，以不同的光波波段信號加以區分，通過一根一入兩出光纖分別傳給光電倍增管和紅外接收管，具有較高的靈敏度，并且信號采集貫穿整個加熱腔，避免采集不到煙霧的現象，從而提高實驗結果較的準確性。本實施例中，紅外發射管6位于電加熱裝置2前端，所述凸透鏡23位于夾持頭11 后端；紅外發射管6安裝在石英玻璃管上，其發射的信號經過加熱腔21、凸鏡聚23后，經光纖傳給紅外接收管；在沒有煙霧的時候，煙霧傳感器的信號是最大值，當有煙霧時，其信號則會減小(減小的數值與煙霧的濃度相關)，以此來判斷煙霧的產生和大小；結構簡單緊湊，并且通過調整紅外發射管6與凸透鏡23之間的方位，能夠保證被測試工件12在加熱腔中的位置；在實際操作中，需要先進行紅外發射管試采信號調試，一般信號較強時才開始采集信號。本實施例中，所述溫度傳感器I 13和溫度傳感器II 4分別被對應施加用于使其緊靠加熱腔內表面和被測試工件內表面的預緊力；預緊力一般采取對溫度傳感器I 13和溫度傳感器II 4采用彈性支承件進行安裝以達到目的，溫度傳感器I 13的彈性支承向加熱腔21內表面彎曲，溫度傳感器II 4的彈性支承向被測試工件12內表面彎曲，當溫度傳感器I 13和溫度傳感器II 4位于工作位時，由于彈性支承件的彎曲預緊力，靠向對應的表面(內表面和外表面)，達到靠緊的目的，從而使檢測結果準確；當然，預緊力可由另外彈性件實現。本實施例中，所述滑塊9設有用于通過光纖和溫度傳感器II 13數據線的通道8， 如圖所示，該通道可分為與光纖和溫度傳感器II 13數據線對應的獨立通道，也可以是一體的通道，均不影響本發明的目的的實現；所述夾持頭11設有用于安裝凸透鏡23及光纖頭 10的空腔24，所述凸透鏡23通過該空腔24直接正對被測試工件12內腔；結構簡單緊湊， 測的結果具有較高的準確性。
本實施例中，所述加熱裝置2通過兩端對應設置的兩個加熱器座支撐于底座1，位于前端的加熱器座7將加熱腔22封口，紅外發射管6和溫度傳感器I 4密封穿過且支撐于位于前端的加熱器座7，如圖所示，同時，加熱腔21外設置用于支撐紅外發射管6和溫度傳感器I 4的支撐板17，增加支撐穩定性；位于后端的加熱器座15開口且可與滑塊9緊貼密封，使用時，滑塊9沿導軌滑動至位于后端的加熱器座15，此時被測試工件12進入加熱腔 21，滑塊9前端面與位于后端的加熱器座15后端面密封貼合，可設置必要的密封件；如圖所示，位于前端的加熱器座7和位于后端的加熱器座15均固定設置于底座1，可采用螺栓連接也可以使焊接或鉚接。本實施例中，電加熱裝置2為可同軸外套于被測試工件的筒狀結構，電加熱裝置2 外圓包有隔熱層3，所述滑塊9通過固定設置于底座1上的軌道14滑動配合設置于底座1， 如圖所示，滑塊9設有用于手動驅動其往復滑動的拉手18 ；所述滑軌14前端位于工作位設有橫向貫通的限位孔19，一限位銷(圖中沒有表示)橫向穿過限位孔19并插入滑塊9，限位方式簡潔方便，以免滑塊9后移；或者直接擋在滑塊9前端，避免過多向前，造成設備損壞。所述底座1上設有防止操作人員燒傷的防護板(圖中沒有表示)，可根據人的操作方位設置；隔熱層3采用石棉瓦，隔熱層3與電加熱裝置2之間設有隔熱腔16，電加熱裝置2與位于前端的加熱器座7和位于后端的加熱器座15之間分別設有隔熱陶瓷環，達到較好的隔熱效果。最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
權利要求
1.一種非金屬材料耐熱性測試裝置，其特征在于包括底座、夾持機構、電加熱裝置、 數據采集系統和中央處理器；所述夾持機構包括滑塊和夾持頭，所述滑塊可鎖緊式滑動配合設置于底座，所述夾持頭沿滑塊可滑行方向固定設置于滑塊且用于夾持被測試工件；所述加熱裝置固定設置于底座并設置有用于容納被測試工件的加熱腔，所述加熱腔設有正對滑塊可滑行方向并用于使被測試工件進入的加熱腔開口；數據采集處理系統包括溫度傳感組件，設置于加熱腔內用于檢測被測試工件以及加熱腔內壁溫度信號；可見光傳感器，用于采集加熱腔內被測試工件燃燒產生的可見光信號；煙霧傳感器，用于采集加熱腔內被測試工件燃燒產生的煙霧信號；所述中央處理器用于采集溫度傳感組件、可見光傳感器和煙霧傳感器的數據信號并向電加熱裝置的控制電路發出控制信號。
2.根據權利要求1所述的非金屬材料耐熱性測試裝置，其特征在于所述被測試工件為筒狀結構，所述溫度傳感組件包括用于檢測加熱腔內表面溫度信號的溫度傳感器I和用于檢測被測試工件內表面溫度信號的溫度傳感器II。
3.根據權利要求2所述的非金屬材料耐熱性測試裝置，其特征在于數據采集處理系統還包括用于檢測滑塊將被測試工件送入加熱腔后所處位置的位置開關，所述位置開關將所采集的數據信號輸送至中央處理器。
4.根據權利要求3所述的非金屬材料耐熱性測試裝置，其特征在于所述溫度傳感器I 由電加熱裝置前端伸入加熱腔，溫度傳感器II由被測試工件尾端伸入被測試工件內腔，所述溫度傳感器I和溫度傳感器II的數據線均為耐高溫絕緣數據線。
5.根據權利要求4所述的非金屬材料耐熱性測試裝置，其特征在于所述煙霧傳感器為紅外對管結構，包括紅外發射管和用于接收紅外發射管所發射紅外線的紅外接收管，所述可見光傳感器包括光纖頭和設置于光纖頭光入射端的凸透鏡，所述凸透鏡正對加熱腔且通過加熱腔正對紅外發射管；所述光纖頭出射端接有一入二出光纖，光纖一出射端接入光電倍增管后將信號輸入中央處理器，光纖另一出射端接入紅外接收管后將信號輸入中央處理器；所述中央處理器的命令信號輸入紅外發射管的控制電路。
6.根據權利要求5所述的非金屬材料耐熱性測試裝置，其特征在于紅外發射管位于電加熱裝置前端，所述凸透鏡位于夾持頭后端。
7.根據權利要求6所述的非金屬材料耐熱性測試裝置，其特征在于所述溫度傳感器I 和溫度傳感器II分別被對應施加用于使其緊靠加熱腔內表面和被測試工件內表面的預緊力。
8.根據權利要求7所述的非金屬材料耐熱性測試裝置，其特征在于所述滑塊設有用于通過光纖和溫度傳感器II數據線的通道，所述夾持頭設有用于安裝凸透鏡及光纖頭的空腔，所述凸透鏡通過該空腔直接正對被測試工件內腔。
9.根據權利要求8所述的非金屬材料耐熱性測試裝置，其特征在于所述加熱裝置通過兩端對應設置的兩個加熱器座支撐于底座，位于前端的加熱器座將加熱腔封口，紅外發射管和溫度傳感器I密封穿過且支撐于位于前端的加熱器座；位于后端的加熱器座開口且可與滑塊緊貼密封。
10.根據權利要求9所述的非金屬材料耐熱性測試裝置，其特征在于電加熱裝置為可同軸外套于被測試工件的筒狀結構，電加熱裝置外圓包有隔熱層，隔熱層與電加熱裝置之間設有隔熱腔；所述滑塊通過固定設置于底座上的軌道滑動配合設置于底座，所述滑軌前端位于工作位設有橫向貫通的限位孔，一限位銷橫向穿過限位孔并插入滑塊；所述底座上設有防止操作人員燒傷的防護板。
全文摘要
本發明公開了一種非金屬材料耐熱性測試裝置，包括底座、夾持機構、電加熱裝置、數據采集系統和中央處理器；數據采集處理系統包括溫度傳感組件、可見光傳感器和煙霧傳感器，中央處理器用于采集溫度傳感組件、可見光傳感器和煙霧傳感器的數據信號并向電加熱裝置的控制電路發出控制信號，本發明能夠采集到非金屬材料的燃燒溫度，同時可以采集到非金屬材料只產生煙霧(無明火)、爆燃(以明火為主)、煙火并存的三種燃燒狀態，能夠精確的得到非金屬材料受熱到燃燒的時間以及燃燒程度，并且能夠綜合的精確的采集到非金屬材料的耐熱數據，并對該數據進行分析，得出定性定量的測試結果，為非金屬材料用于高溫環境提供準確的理論依據。
文檔編號G01N25/20GK102507642SQ20111036989
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月18日 優先權日2011年11月18日
發明者劉中華, 喻立, 段芳莉, 王光建 申請人:重慶大學