超高温热膨胀系数非接触原位测试的方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及实验力学、高温测试技术领域，尤其涉及一种在高温力学性能测试过 程中热膨胀系数的非接触式原位测试方法及装置。
【背景技术】
[0002] 材料热膨胀系数作为主要的热物性参数是材料热、力性能表征、数值模拟、加工制 造以及工业应用过程中最为关键的参数之一。随着航空航天、核能以及大型制造业的发 展，对高温材料的需求越发迫切，进而对材料热膨胀系数的测量提出了新的要求：一方面是 测试温度范围，航空航天关键热端部件的使用温度最高可达2800°C，因而对材料热膨胀系 数的温度上限提出了新的挑战；另一方面是热/力耦合效应对材料热物性尤其是热膨胀 系数的影响，而在热/力联合加载下的热膨胀系数参数还属于空白。对于材料常规热膨胀 系数的测量具有多种较为成熟的测量方法，然而这些测试方法的测温上限较低一般不超过 1600°C，更不能实现热/力联合加载时热膨胀系数的原位测试。
【发明内容】
[0003] 本发明的实施例提供了超高温热膨胀系数非接触原位测试的方法及装置，能实现 热/力耦合作用下超高温热膨胀系数的测试，具有操作简便、测量精度高、抗干扰等优点， 保证了对微小变形测量的准确度和灵敏度。
[0004] 根据本发明的一个方面，提供了超高温热膨胀系数非接触原位测试的方法，包 括：
[0005] S1、通过电极压杆给被测试样的两端施加预载荷，并获取施加预载荷后所述被测 试样的第一图像；
[0006] S2、保持所述预载荷不变，给所述电极压杆施加电压以加热所述被测试样至某一 加热温度，获取所述加热温度下所述被测试样的第二图像；
[0007] S3、依据第一图像和第二图像确定所述被测试样的热应变，根据所述热应变和所 述加热温度，确定所述被测试样在所述加热温度下的热膨胀系数。
[0008] 优选地，所述预载荷为100N。
[0009] 优选地，在步骤Sl之前，所述方法进一步包括：
[0010] 将所述被测试样及所述电极压杆置于真空反应舱中，以防止所述被测试样被氧 化。
[0011] 优选地，所述真空反应舱的压力不大于5Pa。
[0012] 优选地，所述真空反应舱为真空水冷舱，通过所述真空水冷舱的空层中的冷却水 对所述真空反应舱进行冷却处理，以防止所述真空反应舱在高温条件下破坏。
[0013] 根据本发明的另一个发明，提供了超高温热膨胀系数非接触原位测试的装置，包 括：
[0014] 控制器，基于接收的力传感参数产生预载荷信号，并将所述预载荷信号发送给电 极压杆；基于接收的加热温度参数产生电信号，并将所述电信号发送给升温单元；根据接 收的第一图像以及第二图像确定所述被测试样的热应变；
[0015] 电极压杆，设置在被测试样的两端，与升温单元和控制器相连；用于依据接收的所 述预载荷信号给所述被测试样施加预载荷；
[0016] 升温单元，与所述电极压杆和所述控制器相连，用于依据接收的电信号给所述电 极压杆施加电压；
[0017] 拍摄单元，用于获取施加预载荷后所述被测试样的第一图像以及加热温度下所述 被测试样的第二图像，并将第一图像以及第二图像发送给控制器。
[0018] 优选地，所述预载荷为100N。
[0019] 优选地，所述电极压杆设置在真空反应舱中，以防止所述被测试样被氧化。
[0020] 优选地，所述真空反应舱的压力不大于5Pa。
[0021] 优选地，所述真空反应舱为真空水冷舱，通过所述真空水冷舱的空层中的冷却水 对所述真空反应舱进行冷却处理，以防止所述真空反应舱在高温条件下破坏。
[0022] 本发明实施例的用于超高温热膨胀系数非接触原位测试的方法，包括：通过电极 压杆给被测试样的两端施加预载荷，并获取施加预载荷后所述被测试样的第一图像；保持 所述预载荷不变，给所述电极压杆施加电压以加热所述被测试样至某一加热温度，获取所 述加热温度下所述被测试样的第二图像；依据第一图像和第二图像确定所述被测试样的 热应变，根据所述热应变和所述加热温度，确定所述被测试样在所述加热温度下的热膨胀 系数。通过给被测试样的两端施加预载荷、并给电极压杆施加电压来加热被测试样至某一 加热温度，能够实现热力耦合作用下超高温热膨胀系数的测试，且测试温度范围广、操作简 便、测量精度高、抗干扰性好，保证了对微小变形测量的准确度和灵敏度。本发明还提供了 超高温热膨胀系数非接触原位测试的装置，具备如上方法的所有有益效果。
【附图说明】
[0023] 图1为本发明的超高温热膨胀系数非接触原位测试的方法的流程图；
[0024] 图2为本发明的超高温热膨胀系数非接触原位测试的装置的示意图；
[0025] 图3为根据本发明得到的高强石墨的热应变数据图；
[0026] 图4为根据本发明得到的高强石墨的热膨胀系数数据图；
[0027] 图5为根据本发明得到的紫铜的热应变数据图；
[0028] 图6为根据本发明得到的紫铜的热膨胀系数数据图。
【具体实施方式】
[0029] 为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实 施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为 了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以 实现本发明的这些方面。
[0030] 本发明通过给被测试样的两端施加预载荷、并给电极压杆施加电压来加热被测试 样至某一加热温度，实现了实现热力耦合作用下超高温热膨胀系数的测试，具有操作简便、 测量精度高、抗干扰等优点，保证了对微小变形测量的准确度和灵敏度。
[0031] 下面结合附图详细说明本发明实施例的技术方案。参见图1，本发明的超高温热膨 胀系数非接触原位测试的方法起始于步骤S1。本发明通过获取被测试样在加热前后的热应 变来确定被测试样在加热温度下的热膨胀系数。测量被测试样在加热前后的热应变的方法 有很多，主要有应变片法，推杆法，光纤光栅法等接触式测试方法，以及光杠杆法、云纹法、 激光扫描微测法、数字图形相关方法等非接触式测试方法。应变片法要求应变片与被测试 样紧密粘结以达到同步变形，其耐温性能具有局限性，虽然目前已经研制出可承受800°C以 上高温的应变片，但价格比较昂贵；推杆法是将条形被测试样放入加热炉，经推杆传递，由 微分转换器使长度变化转换成电信号并放大、检测、记录，推杆法可适用于从室温到1200°C 的温度范围，但它的测量精度不高，且测量误差大；光纤光栅法是使用高温粘接剂将光纤光 栅部分粘接在被测试样的表面，通过光纤光栅解调仪采集下波长变化数据，然后根据相应 的解耦算法对测试数据进行分析处理，获得物体表面热应变数据，但是光纤光栅成本高且 不能重复使用。光杠杆法受读数装置的限制，易产生测量误差，此外其分辨率也不能满足要 求；云纹法需要在被测试样的表面复制栅线，对被测试样产生了一定的破坏性，另外对微小 变形的测量还缺少足够的准确度和灵敏度；激光扫描测微法对测量环境和设备精度有较高 的要求，容易受到干扰产生误差。本申请采用数字图像相关方法，通过获取、分析被测试样 加热前后的图像信息确定被测试样的热应变，进而确定被测试样在当前加热温度下的热膨 胀系数，具有测量温度范围广、操作简便、测量精度高、抗干扰等优点，保证了对微小变形测 量的准确度和灵敏度。
[0032] -般热膨胀系数都