一種在線測(cè)試材料壓縮系數(shù)和膨脹系數(shù)的方法和裝置制造方法
【專利摘要】一種在線表征材料壓縮系數(shù)和膨脹系數(shù)的測(cè)試方法和裝置：在PVT標(biāo)定裝置的封閉料腔某一截面安裝溫度、壓強(qiáng)傳感器和超聲波探頭同步測(cè)試封閉材料體積、溫度T、壓強(qiáng)P和超聲波信號(hào)。超聲波穿過料腔內(nèi)厚度l材料傳播時(shí)間Δt的聲速；維持溫度恒定，改變壓力測(cè)量體積得到恒溫壓縮系數(shù)；維持壓強(qiáng)恒定，改變溫度測(cè)量體積得到恒壓膨脹系數(shù)，建立材料比容、壓縮系數(shù)或膨脹系數(shù)~聲速對(duì)應(yīng)曲線，回歸出對(duì)應(yīng)方程；也可由和從比容曲線或狀態(tài)方程求出壓縮系數(shù)（α）和膨脹系數(shù)（β）。在一定溫度和壓力下，在線測(cè)試超聲波在材料中傳遞速度，由建立的對(duì)應(yīng)曲線或?qū)?yīng)方程可獲得該溫度和壓力下壓縮系數(shù)和膨脹系數(shù)。該方法具有無損、安裝簡(jiǎn)便和易于在線表征優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種在線測(cè)試材料壓縮系數(shù)和膨脹系數(shù)的方法和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料熱力學(xué)性能測(cè)試領(lǐng)域，特別涉及到一種在線表征材料壓縮系數(shù)和膨脹系數(shù)的測(cè)試方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]材料壓縮系數(shù)和膨脹系數(shù)是材料受熱和力作用后體積變化的性能。對(duì)其進(jìn)行快速檢測(cè)為精確設(shè)計(jì)和選擇模具、卡具、加工成型機(jī)械及確定加工工藝條件十分重要，特別是不拆卸，即在連續(xù)使用或生產(chǎn)過程有效控制其尺寸變化時(shí)就要求能在線檢測(cè)該性能。
[0003]現(xiàn)有材料壓縮系數(shù)和膨脹系數(shù)檢測(cè)方法是進(jìn)行離線測(cè)試其尺寸或體積。一方面，使用或生產(chǎn)過程取樣可能干擾正常使用或生產(chǎn)，無法保證恢復(fù)原狀態(tài)；另一方面，線下樣品測(cè)試條件不容易與實(shí)際工況完全一致。理想的是在不干擾使用、生產(chǎn)或加工成型的情況下，直接進(jìn)行原位測(cè)試獲取一些信號(hào)，并將其與壓縮系數(shù)和膨脹系數(shù)建立關(guān)系，即可用原位檢測(cè)的間接信號(hào)表征該性能。本發(fā)明提出在使用裝置或生產(chǎn)線上安裝超聲波系統(tǒng)，通過監(jiān)測(cè)被測(cè)件材料中超聲波傳遞特性(如聲速或衰減系數(shù))來在線測(cè)試其壓縮系數(shù)和膨脹系數(shù)。該方法具有無損、安裝簡(jiǎn)便和易于操作等優(yōu)點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種在線表征材料材料壓縮系數(shù)和膨脹系數(shù)的測(cè)試方法和裝置。
[0005]該方法的基本原理是:在一定溫度和壓力下，一定頻率的超聲波在確定材料中傳遞速度是唯一的，此時(shí)材料比容是唯一的，即二者一一對(duì)應(yīng)。改變溫度或壓力，材料被壓縮或膨脹，通過監(jiān)測(cè)超聲波聲速計(jì)算比容(密度的倒數(shù))變化即可得到材料壓縮系數(shù)和膨脹系數(shù)。這樣，在標(biāo)定裝置上測(cè)試建立材料比容與超聲波聲速對(duì)應(yīng)曲線后，在使用或加工成型中直接測(cè)定材料超聲波傳遞速度，即可對(duì)應(yīng)出該溫度和壓力下材料壓縮系數(shù)和膨脹系數(shù)。
[0006]圖1示意一種建立材料壓縮系數(shù)和膨脹系數(shù)與超聲波聲速對(duì)應(yīng)曲線的材料壓縮系數(shù)和膨脹系數(shù)標(biāo)定裝置。傳感器和超聲波探頭按照?qǐng)D2或圖3在同一橫截面布置安裝，通過信號(hào)線與檢測(cè)及控制系統(tǒng)測(cè)控溫度、壓力和超聲波并收集數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)主要由料腔(I)、加熱/冷卻部件(2)、超聲波探頭、柱塞(4)、溫度/壓強(qiáng)傳感器(6)、堵頭(8)、螺栓(9)和固定板(10)、固定于柱塞桿的標(biāo)桿(11)和標(biāo)尺(12)組成，材料(5)密閉在料腔(I)中，堵頭用固定板(10)通過螺栓(9)與料腔體連接安置在料腔內(nèi)部下端。傳感器和超聲波探頭平齊料腔內(nèi)壁面通過螺紋固定，且應(yīng)與料腔體安裝孔形成密封防止漏料；超聲波探頭后部通冷卻水保證信號(hào)線不被加熱到高溫而損壞。當(dāng)采用超聲波透射模式時(shí)，安裝超聲波發(fā)射探頭
(3)和超聲波接受探頭(7);而采用反射模式時(shí)只安裝一個(gè)探頭既發(fā)射也接受超聲波。相對(duì)標(biāo)尺監(jiān)測(cè)標(biāo)桿位置而得到柱塞桿位置，該位置測(cè)試還可以通過液位計(jì)等自動(dòng)裝置進(jìn)行，甚至將位移值直接讀入計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)計(jì)算材料體積。
[0007]在該裝置上進(jìn)行材料壓縮系數(shù)和膨脹系數(shù)與超聲波聲速同步測(cè)試建立二者的對(duì)應(yīng)曲線，在線測(cè)試方法為:如圖2和3所示，在圖1所示標(biāo)定裝置的料腔某一截面安裝溫度傳感器和壓強(qiáng)傳感器測(cè)試溫度T、壓強(qiáng)P，同時(shí)通過超聲波發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)采用反射模式(圖2)或透射模式(圖3)測(cè)試超聲波的反射回波時(shí)間，即穿過厚度I材料的傳播時(shí)間At，便得到聲速。同時(shí)，加載裝置通過疊加砝碼、重物或通過液壓缸等機(jī)械系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)柱塞上
下移動(dòng)改變物料體積(柱塞截面積Α)，監(jiān)測(cè)被封閉質(zhì)量m的材料高度由h變化為K ,其體積
變化由變化為V1，則其比容由％ fm變化為F1Zm。維持溫度恒定，改變壓力測(cè)量體積得
到恒溫壓縮系數(shù)；維持壓強(qiáng)恒定，改變溫度測(cè)量體積得到恒壓膨脹系數(shù)。這樣，可建立材料比容、壓縮系數(shù)或膨脹系數(shù)~聲速對(duì)應(yīng)曲線，從曲線可回歸出對(duì)應(yīng)方程。
[0008]在線表征時(shí)，安裝裝置與圖3相似，柱塞和堵頭及位移標(biāo)定機(jī)構(gòu)就不需要了，監(jiān)測(cè)溫度T、壓強(qiáng)P和超聲波聲速C。從建立的比容、壓縮系數(shù)或膨脹系數(shù)~聲速曲線或方程可插值或計(jì)算出相應(yīng)溫度T和壓強(qiáng)P下的比容、壓縮系數(shù)或膨脹系數(shù)，也可通過比容曲線或
狀態(tài)方程求出壓縮系數(shù)和膨脹系數(shù):等溫壓縮系數(shù)(β)為
【權(quán)利要求】
1.一種在線表征材料壓縮系數(shù)和膨脹系數(shù)的方法，其特征在于，在一定溫度和壓力下，測(cè)試一定頻率超聲波在材料中傳遞速度，由建立的材料比容、壓縮系數(shù)和膨脹系數(shù)與超聲波聲速的對(duì)應(yīng)曲線或?qū)?yīng)方程可求出該溫度和壓力下壓縮系數(shù)和膨脹系數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在線表征材料壓縮系數(shù)和膨脹系數(shù)的方法，其特征在于，材料比容、壓縮系數(shù)和膨脹系數(shù)與超聲波聲速的對(duì)應(yīng)曲線建立方法為:在標(biāo)定裝置料腔某一截面安裝溫度傳感器和壓強(qiáng)傳感器測(cè)試溫度T、壓強(qiáng)P，同時(shí)通過超聲波發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)采用反射模式或透射模式測(cè)試超聲波的反射回波時(shí)間，即穿過厚度I材料傳播時(shí)間At的聲速1:=//&〗;同時(shí)，加載裝置通過疊加砝碼、重物或通過液壓缸等機(jī)械系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)柱塞上下移動(dòng)改變被封閉質(zhì)量m材料的體積由? ο變化為K，則其比容由= F0Zm變化為V1 = F1/m;維持溫度恒定，改變壓力測(cè)量體積得到恒溫壓縮系數(shù)；維持壓強(qiáng)恒定，改變溫度測(cè)量體積得到恒壓膨脹系數(shù)，從而建立材料比容、壓縮系數(shù)或膨脹系數(shù)~聲速對(duì)應(yīng)曲線，回歸出對(duì)應(yīng) 方程；也可由
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的材料比容、壓縮系數(shù)和膨脹系數(shù)與超聲波聲速的對(duì)應(yīng)曲線建立方法，其特征在于，標(biāo)定裝置主要包括:料腔、加熱/冷卻部件、超聲波探頭、柱塞、溫度/壓強(qiáng)傳感器、堵頭、螺栓和固定板、固定于柱塞桿的標(biāo)桿和標(biāo)尺組成，傳感器和超聲波探頭通過信號(hào)線與檢測(cè)及控制系統(tǒng)測(cè)控溫度、壓力和超聲波并收集數(shù)據(jù)；堵頭用固定板通過螺栓與料腔體連接安置在料腔內(nèi)部下端，材料由柱塞和堵頭密閉在料腔；相對(duì)標(biāo)尺監(jiān)測(cè)標(biāo)桿位置而得到柱塞桿位置，該位置測(cè)試還可以通過液位計(jì)等自動(dòng)裝置進(jìn)行，甚至將位移值直接讀入計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)計(jì)算材料體積。
【文檔編號(hào)】G01N29/07GK103499642SQ201310449453
【公開日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月25日
【發(fā)明者】王克儉 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)