一种冷热冲击系统及其具有该系统的冷热冲击机的制作方法

本实用新型涉及一种测试机械设备，特别涉及一种用来测试材料结构或者复合材料，在瞬间经极高温和极低温的连续环境下所能忍受的程度，藉以在最短时间内试验其热胀冷缩所引起的化学变化或者物理变化的冷热冲击试验机。

背景技术：

冲击试验机是金属、塑料、橡胶、电子、半导体、IC、通讯等材料行业必备的测试设备，用于测试材料结构或复合材料，在瞬间下经极高温及极低温的连续环境下忍受的程度，得以在最短时间内检测试样因热胀冷缩所引起的化学变化或物理伤害。

现有技术的冷热冲击实验设备的主要技术参数为：①温度范围：-65℃～100℃(实际效果：-40℃～100℃)；②温度恢复时间：5min；③温度恢复条件：高温：+100℃(保温)≥30分钟，低温：-60℃(保温)≥30分钟。并且上述冷热冲击机的制冷速度为25℃/min，形成的高温以及低温的时间较长，并且机械制冷的能耗功率较大，设备功率在60KW以上，其能耗较大，费用较高。

技术实现要素：

本实用新型的第一实用新型目的是提供一种能快速降低温度和升高温度的冷热冲击系统，该系统还具有大大降低能耗，进而降低成本的优势。

为解决上述问题，本实用新型提供一种冷热冲击系统，该冷热冲击系统包括：进气系统，所述进气系统的压缩空气管路通入70psi～130psi压缩空气；制冷系统，所述制冷系统与进气系统相连通并输出-80℃～-60℃的冷却气体；加热系统，所述冷却气体进入加热系统中并输出-80℃～225℃的冲击气体；空气处理系统，与进气系统的压缩空气管路相连通以净化所述压缩空气；控制系统，所述控制系统用于控制制冷系统和/或加热系统的启闭以达到喷出的气体为用户输入的温度预设值。

通过采用上述技术方案，通过在进气系统中通入70psi～130psi压缩空气(即为高速压缩空气)，空气以高压的形式通入到制冷系统当中，在制冷系统当中实现了超高速的空气交换速率，无需预热和预降温，使空气能在短时间内达到最低为-80℃的温度，最高能达到225℃的高温，从-55℃的冷冲击模式转换到100℃的热冲击模式以及100℃的热冲击模式转换到-55℃的冷冲击模式只需要10~20秒左右就可以转换成功，无需液氮辅助，也无需预热和预降温，并且温差在±1℃，温度控制精度高。通过控制系统来达到用户输入的温度预设值起到了可以根据用户的需求来实现输出设定的温度；在进气系统的压缩空气管路中还通入有空气处理系统，空气处理系统用于对高压气体进行处理，以保证通入气体的没有杂质和干燥，保证在高速冷热交换过程当中系统的温度性。

作为本实用新型的进一步的改进，所述空气处理系统包括依次相连的油尘过滤器和干燥空气发生器。

通过采用上述技术方案，通过设置有油尘过滤器，油尘过滤器包括灰尘过滤器和油过滤器，能过滤掉空气中的油和尘埃，保证空气的净化，并且设置有干燥空气发射器，能过滤掉空气中的水分，避免在制冷过程当中空气中水分的冷冻导致的结霜，增加极速制冷或者升温过程当中的稳定性。

作为本实用新型的进一步的改进，所述制冷系统与空气处理系统之间还设置流量控制阀以达到用户输入的流量预设值。

通过采用上述技术方案，通过设置有流量控制阀，即可以通过设置有流量控制阀，可以根据用户需要检测产品的需求来控制流量的输出的多少。

作为本实用新型的进一步的改进，所述进气系统还依次连接有空气压力表和空气压力开关。

通过采用上述技术方案，通过连接有空气压力表和空气压力开关，进而能对于高压压缩空气的压力进行监控，保证压力值的范围。

作为本实用新型的进一步的改进，所述制冷系统包括低温一段制冷子系统和低温二段制冷子系统，所述低温一段制冷子系统和低温二段制冷子系统通过板式交换器进行热量交换；所述低温一段制冷子系统包括依次与板式交换器串联的低温一段压缩器、低温一段冷凝器、低温一段干燥过滤器以及低温一段节流装置；所述低温二段制冷子系统包括依次与板式交换器串联的低温二段供液电磁阀、低温二段干燥过滤器、低温二段节流装置、低温二段蒸发器、低温二段压缩机、低温二段油分离器以及低温二段冷凝器，所述低温二段蒸发器、低温二段压缩机以及低温二段油分离器上并联低温二段除霜电磁阀。

通过采用上述技术方案，制冷系统当中的低温一段干燥过滤器、低温二段干燥过滤器能起到进一步的干燥的作用，并且设置有低温一段油分离器和低温二段油分离器能进一步去除空气中的油，上述的设置增加了高速制冷过程当中的稳定性，并且设置有低温二段除霜电磁阀，起到了对于制冷过程当中的结出的霜的清理，避免在高速制冷过程当中的冷冻。

本实用新型的第二实用新型目的是提供一种冷热冲击机，包括冲击机壳体，所述冲击机壳体内设置有如上述所述的冷热冲击系统，所诉冲击机壳体上设置有用于喷出冲击气体的气嘴。

通过采用上述技术方案，通过将冷热冲击系统安装于冷热冲击机中，冷热冲击机就能在气嘴处喷出低温或者高温气体，进而对气嘴下方的材料进行测试。

作为本实用新型的进一步的改进，所述冲击机壳体的上方设置有与制冷系统的出口相连通的冷气输送管，所述冷气输送管的末端设置有内部供加热系统装设的加热头，所述气嘴安装于加热头的下方，所述冲击壳体的上方还设置有用于支撑冷气输送管的旋转手臂。

通过采用上述技术方案，通过设置有冷却输送管，起到了能将经过冷却系统之后的冷却气体输出，并输送到加热头中进行加热，最后通过气嘴输出冲击气体，并且设置有旋转手臂，旋转手臂能在周向方向上接近360°的旋转，进而实现了能将气嘴适配于多个位置。

作为本实用新型的进一步的改进，所述控制系统包括设置在加热头内的并用于检测加热头内温度变化的温控器，当温控器检测到温度与预设值产生偏差，所述控制系统控制加热头和制冷系统将空气温度调整至基准值。

通过采用上述技术方案，通过在加热头内设置的温控器，进而起到了在加热头内对喷出的气体进行气体温度的检测。

作为本实用新型的进一步的改进，所述控制系统包括贴覆于待测产品表面的温度传感器，当温度传感器检测到温度与预设值产生偏差，所述控制系统控制加热头和制冷系统将产品温度调整至基准值。

通过采用上述技术方案，在待测产品上设置有温度传感器，起到了能对于产品温度进行检测，用于更加精准的测试。

作为本实用新型的进一步的改进，所述加热头通过一升降气缸控制在竖直方向上的运动，所述升降气缸的气源由进气系统中的压缩空气供给。

通过采用上述技术方案，进一步的设置有升降气缸，升降气缸起到了能在旋转手臂旋转至相应位置之后，通过升降气缸的作用，能将喷头升降至靠近待检测材料的位置，提升测试精度，并且升降气缸中的气源由压缩空气提供，使用该能源节约简便。

作为本实用新型的进一步的改进，所述冲击机壳体内部设置有升降杆，所述升降杆的顶端与旋转手臂相连接，所述升降杆的升降受控于一安装在冲击壳体的底面部的驱动电机。

通过采用上述技术方案，通过设置有升降杆，升降杆可以在驱动电机的作用下，将旋转手臂的基准高度抬高或者降低，以适用于更大竖直方向范围的测试位置的调节。

作为本实用新型的进一步的改进，所述气嘴上装设有透明热流罩，所述压缩空气管路还设置有输出于透明热流罩的除雾气路。

通过采用上述技术方案，透明热流罩用于罩住待检测的产品，并且采用透明材料制备而成，方便用户间隙观察并及时判断记录。

综合上述技术方案，本实用新型的有益效果在于：

1、升降温迅速稳定，通过空气处理系统对于压缩空气的净化，使温度从-55℃的冷冲击模式转换到100℃的热冲击模式以及100℃的热冲击模式转换到-55℃的冷冲击模式只需要10~20秒，无需预热或者预冷，并且温差在±1℃，温度控制精度高；

2、能耗低，突破了传统机械制冷能耗高的缺陷，能耗能达到4.5KW；

3、温度最高点和最低点范围广，最大温差范围在-80℃～225℃，适用于多种材料的冲击试验；

4、检测位置调节灵活，旋转手臂的设置能起到周向方向上的灵活调节，并且设置有升降杆和升降气缸，不仅仅起到了旋转手臂可以调节，并且加热头也能实现竖直方向上的调节，适配于不同的检测位置。

5、多种检测方式，控制系统即可以检测空气温度，也可以用来检测产品温度，用户选择多样。

附图说明

图1为实施例1的冷热冲击系统配置的框图；

图2为实施例1及实施例2的制冷系统的控制电路图；

图3为实施例2的冷热冲击机的设备外部示意图；

图4为实施例2的冷热冲击机的设备后部示意图；

图5为实施例2的冷热冲击机的内部设备布置示意图；

图6为实施例2的冷热冲击系统系统配置的框图。

图中，1、进气系统；11、压缩空气管路；12、空气压力表；13、空气压力开关；14、压缩空气；2、空气处理系统；21、油尘过滤器；211、灰尘过滤器；212、油过滤器；22、干燥空气发生器；221、空气处理器排气消音器；4、制冷系统；41、低温一段制冷子系统；41a、低温一段压缩器；41b、低温一段冷凝器；41c、低温一段干燥过滤器；41d、低温一段节流装置；42、低温二段制冷子系统；42a、低温二段供液电磁阀；42b、低温二段干燥过滤器；42c、低温二段节流装置；42d、低温二段蒸发器；42e、低温二段压缩机；42f、低温二段油分离器；42g、低温二段冷凝器；42h、低温二段除霜电磁阀；43、板式交换器；5、加热系统；51、加热头；511、加热管；512、升降气缸；6、控制系统；7、冲击机壳体；71、冷气输送管；72、气嘴；73、透明热流罩；74、制冷系统进口端；75、冷气出口端；76、旋转手臂；77、升降杆；78、传感器接口；8、三通阀；81、主供气气路；811、主供电磁阀；812、流量控制阀；813、流量计；82、升降气路；821、升降电磁阀；83、除雾气路；831、除雾电磁阀。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

实施例1：

请参照附图1，一种冷热冲击系统，包括进气系统1，进气系统1的压缩空气管路11中通入压强为70psi～130psi高压的压缩空气14，优选为90psi～110psi压强的空气，与压缩空气管路11相连的有空气处理系统2，空气处理系统2包括依次相连接的油尘过滤器21和干燥空气发生器22，油尘过滤器21包括灰尘过滤器211和油过滤器212，分别用于过滤掉空气中的油和尘埃，保证空气中杂质的去除，并且进一步的安装有干燥空气发生器22，干燥空气发生器22用于去除空气中的水珠，使压缩空气14得到充分干燥。

基于上述设置，在压缩空气管路11的进气口处连接有空气压力表12和空气压力开关13，空气压力表12用于检测压缩空气14的空气压力的大小，空气压力开关13用于高压的压缩空气14的启闭，能够直观的看到输入的气体的压力，当压力过大时能够及时进行泄压操作。

结合附图2，进气系统1的压缩空气管路11依次设置有主供电磁阀811、流量控制阀812和流量计813。进一步的，还与制冷系统4相连接，制冷系统4包括低温一段制冷子系统41和低温二段制冷子系统42，低温一段制冷子系统41和低温二段制冷子系统42通过板式交换器43进行热量交换；低温一段制冷子系统包括依次与板式交换器43串联的低温一段压缩器41a、低温一段冷凝器41b、低温一段干燥过滤器41c以及低温一段节流装置41d；低温二段制冷子系统42包括依次与板式交换器43串联的低温二段供液电磁阀42a、低温二段干燥过滤器42b、低温二段节流装置42c、低温二段蒸发器42d、低温二段压缩机42e、低温二段油分离器42f以及低温二段冷凝器42g，低温二段蒸发器42d、低温二段压缩机42e以及低温二段油分离器42f上并联低温二段除霜电磁阀42h，其中制冷系统4当中的低温一段干燥过滤器41c、低温二段干燥过滤器42b能起到进一步的干燥的作用，并且设置有低温二段油分离器42f能进一步去除空气中的油，上述的设置增加了高速制冷过程当中的稳定性，并且设置有低温二段除霜电磁阀42h，起到了对于制冷过程当中的结出的霜的清理，避免在高速制冷过程当中的冷冻。常温下的压缩空气14以高压通入到制冷系统4当中之后，空气以高压的形式通入到制冷系统4当中，在制冷系统4当中实现了超高速的空气交换速率，使空气能在短时间内达到最低为-80℃的温度。并且在空气处理系统2的作用下，保证了制冷过程当中的稳定性。

进一步的，制冷系统4中通出的气体进入到加热系统5当中，加热系统5包括加热管511，在经过制冷系统4后通出的冷却气体进入到加热系统5中被加热管511加热，可以加热到最高的225℃的温度，最后通过气嘴72喷射出。

还包括控制系统6，控制系统6包括用于检测通过加热管511加热之后的冲击气体的温控器(图中未示意出)，温控器将检测到温度进行反馈到控制系统6中，控制系统6将实时温度与用户可以设定的温度进行比较。进一步的，空气压力表12以及空气压力开关13与控制系统6连接，实现自动泄压的功能。

在冷冲击模式下，用户输入的温度一般为较低温度,例如-55℃，压缩空气14先通过制冷系统4来将压缩空气14的温度制冷至接近冷热冲击系统的最低温度(-80℃)，然后通过加热系统5对温度进行适当的升温，最后输出冲击气体，用户也可以选择单次冲击气体的流量，其范围在0至600升之间，温控器对冲击气体进行检测，若温度高于设定温度，则控制制冷系统4来降低温度；如果温度低于设定温度，则控制加热系统5来加热来实现加热管511将冷却气体加热至用户需要输出的温度。

在热冲击模式下，用户输入的温度一般为较高的温度，例如100℃，压缩空气14先通过制冷系统4来将压缩空气14的温度制冷，此时制冷温度没有限制，然后通过加热系统5对温度进行升温，最后输出冲击气体，温控器对冲击气体进行检测，若温度高于设定温度，则控制制冷系统4来降低温度；如果温度低于设定温度，则控制加热系统5来加热来实现加热管511将冷却气体加热至用户需要输出的温度。

综上，上述的冲击系统采用了快速的温度的转换，最大温差范围在-80℃～225℃，并且从-55℃的冷冲击模式转换到100℃的热冲击模式以及100℃的热冲击模式转换到-55℃的冷冲击模式只需要10~20秒左右就可以转换成功，并且温差在±1℃，温度控制精度高。并且采用功率能耗少，经测试能耗在4.5KW左右，提高了效率，节省了能耗。

实施例2：

请参照附图3并结合附图6，一种冷热冲击机，包括冲击机壳体7，在冲击机壳体7的内部安装有冲击机系统，冲击机系统包括进气系统1，进气系统1的压缩空气管路11与压缩空气14管道相连通，用于通入70psi～130psi高压的压缩空气14，优选为90psi～110psi压强的空气，压缩空气管路11设置在冲击机壳体7的后侧，在冲击机壳体7的后侧与压缩空气管路11的进气口依次连接有空气压力表12和空气压力开关13，空气压力表12用于检测压缩空气14的空气压力的大小，空气压力开关13用于高压的压缩空气14的启闭，能够直观的看到输入的气体的压力，当压力过大时能够及时进行泄压操作。基于上述设置，与压缩空气管路11相连的还有空气处理系统2，空气处理系统2包括依次相连接的油尘过滤器21和干燥空气发生器22。

结合附图5，具体的，油尘过滤器21包括灰尘过滤器211和油过滤器212，分别用于过滤掉空气中的油和尘埃，保证空气中杂质的去除，并且进一步的安装有干燥空气发生器22，干燥空气发生器22用于去除空气中的水珠，使压缩空气14得到充分干燥。干燥空气发生器22在本实施例当中采用两个，并且在干燥空气发生器22的下方设置有空气处理器排气消音器221。

结合附图4，在冲击机壳体7内后侧设置有制冷系统4，冲击机壳体7的上方设置有与制冷系统4的出口相连通的冷气输送管71，冷气输送管71的末端设置有内部供加热系统5装设的加热头51，气嘴72安装于加热头51的下方。气嘴72上装设有透明热流罩73，透明热流罩73用于罩住待检测的产品，并且采用透明材料制备而成，方便用户间隙观察并及时判断记录。

参照附图6，进气系统1的进气管与制冷系统4连通之间设置有一个三通阀8，其包括主供气气路81，主供气气路81用于和制冷系统4相连通，在该气路上依次设置有主供电磁阀811、流量控制阀812和流量计813；另一个气路为升降气路82，升降气路82用于和升降气缸512连接，用于提供气缸活塞杆的伸缩的驱动力，在升降气路82上安装有升降电磁阀821；还包括一个除雾气路83，在除雾气路83上安装有除雾电磁阀831，除雾气路83用于连通至透明热流罩73处，在冲击完之后，可以开启除雾气路83，将透明热流罩73处的雾气去除，更加便于观察。

结合附图5，在本实施例中上述元件的布置方式为，油尘过滤器21装设在冲击机壳体7的内部靠近一侧壁，在油尘过滤器21的上方设置有制冷系统4进口端和冷气出口端75，主供电磁阀811、流量控制阀812和流量计813装设在冲击机壳体7的内部的靠近另一侧壁处，干燥空气发生器22安装在中央位置靠近前端的位置，压缩空气管路11通入到冲击机壳体7内部之后依次与油尘过滤器21、干燥空气发生器22、三通阀8、主供电磁阀811、流量控制阀812和流量计813，再进入到制冷系统4进口端内，随之进入到制冷系统4中进行制冷，制冷系统4将冷气通入到冷气出口端75处，冷气出口端75与冷气输送管71相连通。

参照附图2，制冷系统4包括低温一段制冷子系统41和低温二段制冷子系统42，低温一段制冷子系统41和低温二段制冷子系统42通过板式交换器43进行热量交换；低温一段制冷子系统包括依次与板式交换器43串联的低温一段压缩器41a、低温一段冷凝器41b、低温一段干燥过滤器41c以及低温一段节流装置41d；低温二段制冷子系统42包括依次与板式交换器43串联的低温二段供液电磁阀42a、低温二段干燥过滤器42b、低温二段节流装置42c、低温二段蒸发器42d、低温二段压缩机42e、低温二段油分离器42f以及低温二段冷凝器42g，低温二段蒸发器42d、低温二段压缩机42e以及低温二段油分离器42f上并联低温二段除霜电磁阀42h，其中制冷系统4当中的低温一段干燥过滤器41c、低温二段干燥过滤器42b能起到进一步的干燥的作用，并且设置有低温一段油分离器和低温二段油分离器42f能进一步去除空气中的油，上述的设置增加了高速制冷过程当中的稳定性，并且设置有低温二段除霜电磁阀42h，起到了对于制冷过程当中的结出的霜的清理，避免在高速制冷过程当中的冷冻。常温下的压缩空气14以高压通入到制冷系统4当中之后，空气以高压的形式通入到制冷系统4当中，在制冷系统4当中实现了超高速的空气交换速率，使空气能在短时间内达到最低为-80℃的温度。并且在空气处理系统2的作用下，保证了制冷过程当中的稳定性。

参照附图3、4，冲击壳体的上方还设置有用于支撑冷气输送管71的旋转手臂76，旋转手臂76在本实施例当中采用三段式手臂，三段式手臂的相邻连接处均铰接设置。旋转手臂76能在周向方向上接近360°的旋转，进而实现了能将气嘴72适配于多个位置。加热头51通过一升降气缸512控制在竖直方向上的运动，升降气缸512起到了能在旋转手臂76旋转至相应位置之后，通过升降气缸512的作用，能将喷头升降至靠近待检测材料的位置，提升测试精度。在冲击机壳体7内部设置有升降杆77，升降杆77的顶端与旋转手臂76相连接，在本实施例当中采用直流电动推杆，进而将旋转手臂76的基准高度抬高或者降低，以适用于更大竖直方向范围的测试位置的调节。

进一步的，加热头51即为加热系统5，在加热头51内安装有加热管511，可以加热到最高的225℃的温度。

还包括控制系统6，控制系统6包括用于检测通过加热管511加热之后的冲击气体的温控器(图中未示意出)，温控器设置在加热头51的内部，温控器将检测到温度进行反馈到控制系统6中，控制系统6将实时温度与用户可以设定的温度进行比较，实现了空气温度的检测。

作为本实施例的另一种检测方式，在待测产品的表面贴覆有温度传感器，在冲击机壳体7的背部设置有传感器接口78，传感器接口78用于将温度传感器和控制系统6耦接，进而实现了能对产品表面的温度实现实时监测，用于可以根据使用需求来选择空气温度的检测或者产品温度的检测。

在冷冲击模式下，用户输入的温度一般为较低温度,例如-55℃，压缩空气14先通过制冷系统4来将压缩空气14的温度制冷至接近冷热冲击系统的最低温度(-80℃)，然后通过加热系统5对温度进行适当的升温，最后输出冲击气体，温控器对冲击气体进行检测，若温度高于设定温度，则控制制冷系统4来降低温度；如果温度低于设定温度，则控制加热系统5来加热来实现加热管511将冷却气体加热至用户需要输出的温度。

在热冲击模式下，用户输入的温度一般为较高额度温度，例如100℃，压缩空气14先通过制冷系统4来将压缩空气14的温度制冷，此时制冷没有限制，然后通过加热系统5对温度进行升温，最后输出冲击气体，温控器对冲击气体进行检测，若温度高于设定温度，则控制制冷系统4来降低温度；如果温度低于设定温度，则控制加热系统5来加热来实现加热管511将冷却气体加热至用户需要输出的温度。

综上，上述的冷热冲击机中的冲击系统采用了快速的温度的转换，最大温差范围在-80℃～225℃，并且从-55℃的冷冲击模式转换到100℃的热冲击模式以及100℃的热冲击模式转换到-55℃的冷冲击模式只需要10~20秒左右就可以转换成功，并且采用功率能耗少，经测试能耗在4.5KW左右，并且温差在±1℃，温度控制精度高。无需预热也无需预降温，并且无需液氮辅助，提高了效率，节省了能耗。

本具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。