高温无氧环境下直接接触式拉伸变形测量系统及测量方法
【专利摘要】一种高温无氧环境下直接接触式拉伸变形测量系统，涉及材料在高温无氧环境下拉伸变形测量的领域；包括环境箱、辐射炉、拉伸夹具、拉伸试样、第一引伸计水冷盒、第二引伸计水冷盒、引伸计传递杆、第一支撑调节装置、第二支撑调节装置、弹性元件及应变片、信号线、第一固定板、第二固定板、航空插头、信号放大转换器和显示器；本发明采用直接接触式测试方法可以将试样的变形准确的传递到弹性元件上，灵敏度较高；测试温度可达到2000℃，而弹性元件和应变片始终处于50℃以下，引伸计可以在常温标定，在高温环境下使用。
【专利说明】
高温无氧环境下直接接触式拉伸变形测量系统及测量方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种材料在高温无氧环境下拉伸变形测量的领域;特别是一种高温无 氧环境下直接接触式拉伸变形测量系统及测量方法。
【背景技术】
[0002] 随着航天飞行器的性能提升，传统材料已经不能满足设计要求，相关行业通过研 制和技术改进的途径，推出一系列满足设计要求的新材料，对新材料的性能指标提出更高 的要求，而模拟使用环境下的力学行为表征是评价材料可靠性的重要指标。其中高温无氧 环境材料拉伸性能测试是最基本的评价手段。
[0003] 国内外材料高温力学性能测试技术已经达到相当的水平，普及程度也比较高，但 大多数只能提供强度测试数据。国内外设备生产厂家及科研院所也发明了一些方法测试材 料的拉伸变形，总结下来主要有两种方式:一种是引出式测变形，即试样的变形通过导杆传 递到环境箱外，在环境箱外测量导杆的位移，将其等效为试样的变形，这种方式的优点在于 引伸计在环境箱外，不用考虑试样温度对弹性元件的影响，且装夹方便，引伸计稳定性较 好。缺点也很突出，变形传递导杆过长，灵敏度大大降低，测试精度不高。对于一些变形量较 小的脆性材料，不宜采用这种方式;另一种现在比较流行的方式是非接触式测变形，这种方 法的优点是对被测试样的尺寸要求较低，测试系统在环境箱外，可以测试局部应力应变场， 不用考虑水冷，试样设计等问题。但其局限性也很多，目前比较稳定的测试温度也只能达到 1200°C，且针对不同材料及温度范围要采用不同的滤波镜头，并且非接触式高温引伸计无 法进行标定。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种高温无氧环境下直接接触 式拉伸变形测量系统及测量方法，本发明采用直接接触式测试方法可以将试样的变形准确 的传递到弹性元件上，灵敏度较高;测试温度可达到2000°C，而弹性元件和应变片始终处于 50 °C以下，引伸计可以在常温标定，在高温环境下使用。
[0005] 本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：
[0006] -种高温无氧环境下直接接触式拉伸变形测量系统，包括环境箱、辐射炉、拉伸夹 具、拉伸试样、第一引伸计水冷盒、第二引伸计水冷盒、引伸计传递杆、第一支撑调节装置、 第二支撑调节装置、弹性元件及应变片、信号线、第一固定板、第二固定板、航空插头、信号 放大转换器和显示器；
[0007] 所述辐射炉、拉伸夹具、拉伸试样、第一引伸计水冷盒、第二引伸计水冷盒、引伸计 传递杆、第一支撑调节装置、第二支撑调节装置、弹性元件及应变片、信号线、第一固定板、 第二固定板置于环境箱内；
[0008] 拉伸试样置于辐射炉的中心位置;拉伸夹具固定在拉伸试样的上下两端，实现对 拉伸试样垂直方向位移调节和施加力；
[0009] 第一引伸计水冷盒、第二引伸计水冷盒对称设置在辐射炉两端的侧壁上;第一引 伸计水冷盒、第二引伸计水冷盒内分别竖直固定安装弹性元件及应变片；弹性元件及应变 片与拉伸试样侧壁之间水平安装引伸计传递杆；引伸计传递杆的两端分别与弹性元件及应 变片和拉伸试样侧壁接触;第一引伸计水冷盒的下端固定安装第一支撑调节装置;第一支 撑调节装置的下部固定安装第一固定板;第二引伸计水冷盒下端固定安装第二支撑调节装 置;第二支撑调节装置下端固定安装第二固定板;第一固定板、第二固定板分别固定在环境 箱两侧内壁上;第一引伸计水冷盒和第二引伸计水冷盒的外壁分别引出一条信号线，共两 条信号线；航空插头设置在环境箱的侧壁上;航空插头依次与信号放大转换器、显示器连 接。
[0010] 在上述的一种高温无氧环境下直接接触式拉伸变形测量系统，第一引伸计水冷 盒、第二引伸计水冷盒长为110-130mm;宽为50-70mm;高为80-100mm的不锈钢金属壳体;第 一引伸计水冷盒、第二引伸计水冷盒与辐射炉之间间隙为2-10mm。
[0011] 在上述的一种高温无氧环境下直接接触式拉伸变形测量系统，第一支撑调节装 置、第二支撑调节装置材料为不锈钢，水平和垂直调节距离范围为10~20mm;信号线为高温 导线；引伸计传递杆为直径9-11mm，长为100-120mm的圆柱体，引伸计传递杆材料为石墨。
[0012] 在上述的一种高温无氧环境下直接接触式拉伸变形测量系统，其特征在于:拉伸 变形测量系统中的测量电路为双边全桥形式;包括可变电阻R1、可变电阻R2、可变电阻R3、 可变电阻R4、输入电压E、输出电压U、放大转换器和显示器；电阻R1与R2串联;R3与R4串联； 两个串联电路并联 ；电阻1?1、1?2、1?、1?4的阻值变化量分别为八1?1、八1?2、八1?3、八1?4;电阻1? 与电阻R2的连接处接与输入电压E正端连接；电阻R1与电阻R4的连接处接与输入电压E负端 连接;从电阻R3与电阻R4的连接处、电阻R1与电阻R2的连接处分别输出电压U，输出电压U信 号通过放大转换器输出至显示器;显示器一端接地。
[0013] 在上述的一种高温无氧环境下直接接触式拉伸变形测量系统，当拉伸试样为金属 材料或柔性材料时，弹性元件及应变片为钛合金材料；当拉伸试样为玻璃钢或陶瓷材料时， 弹性元件及应变片为青铜材料。
[0014] 在上述的一种高温无氧环境下直接接触式拉伸变形测量系统，第一引伸计水冷 盒、第二引伸计水冷盒为长方体形状;第一引伸计水冷盒、第二引伸计水冷盒面向辐射炉的 侧壁上分别设置有圆孔;拉伸试样侧壁与圆孔对应位置设置有沟槽；引伸计传递杆从圆孔 中穿过，与拉伸试样接触.
[0015] 在上述的一种高温无氧环境下直接接触式拉伸变形测量系统，第一引伸计水冷盒 和第二引伸计水冷盒为夹层结构，夹层结构为中空的循环水路;冷却水沿循环水路流动，将 辐射炉及试样产生的辐射热量带走;实现当辐射炉内温度为400~2000°C时，弹性元件及应 变片的温度<50 °C。
[0016] 在上述的一种高温无氧环境下直接接触式拉伸变形测量系统，所述支撑调节装置 控制第一引伸计水冷盒进行垂直方向、水平方向的移动;第二支撑调节装置控制第二引伸 计水冷盒进行垂直方向、水平方向的移动。
[0017] 在上述的一种高温无氧环境下直接接触式拉伸变形测量系统，拉伸试样为哑铃型 或圆柱形;拉伸试样轴向两端设置有凸耳；引伸计传递杆的一端卡在凸耳中。
[0018] 在上述的一种高温无氧环境下直接接触式拉伸变形测量系统的测量方法，包括如 下步骤：
[0019] 步骤(一）、对引伸计在常温下进行标定，保证引伸计误差< 1 % ;
[0020] 步骤(二）、将拉伸试样安装在环境箱;通过拉伸夹具对拉伸试样施加25-35N的垂 直方向预紧力，将拉伸试样固定在拉伸夹具中；
[0021] 步骤(三）、安装引伸计传递杆;通过调节左、右引伸计的水平位置，，使两侧引伸计 传递杆间距与拉伸试样的侧壁接触，并处于自由状态；调节引伸计传递杆高度将引伸计传 递杆的一端卡在拉伸试样工作段两端的凸耳上，调节引伸计传递杆垂直位置，将引伸计归 零；
[0022] 步骤（四）、通冷却水，观察环境箱中第一引伸计水冷盒、第二引伸计水冷盒的冷却 水循环状态;在处于水冷保护状态下，关闭环境箱，对环境箱进行抽真空、充气保护；
[0023] 步骤(五）、对拉伸试样进行加温;加温过程中监控冷却水温度变化，确保在此过程 中引伸计和环境箱水冷管路通畅、两侧的引伸计传递杆没有从试样上脱开；
[0024] 步骤(六）、拉伸试样保温结束后进行拉伸性能测试，测试过程中两侧引伸计传递 杆将拉伸试样的变形量传递到弹性元件及应变片上，转化成应变片阻值的变化，通过所述 拉伸变形测量系统中的测量电路将阻值变化转换成电压的变化，电压变化量通过信号线、 航空插头传递到信号放大转换器，信号放大转换器将信号进行放大处理后生成拉伸试样变 形曲线传输至显示器。
[0025] 本发明与现有技术相比具有如下优点：
[0026] (1)本发明采用一种高温无氧环境下直接接触式拉伸变形测量系统，根据环境箱、 辐射炉尺寸和引伸计灵敏度指标，设计制造了引伸计传递杆，规格Φ 10 X 1 l〇mm材料选用C/ C、石墨，即满足了引伸计灵敏度和刚度要求，又能确保在2000°C无氧环境下材料力学性能 不损失；
[0027] (2)本发明中引伸计弹性元件与应变片始终处于有效温度范围内（50°C以内）这样 可以在常温下进行标定，环境测试温度在400 °C~2000°C之间，要对其进行水冷保护，制作 一个方形水冷盒；引伸计弹性元件和应变片置于水冷盒内；水冷盒为夹层结构，材料为不锈 钢，夹层结构为中空的水路，冷却水沿循环水路流动，将辐射炉及试样产生的辐射热量带 走，降低了弹性元件与应变片的使用温度。有什么好处?如降低了温度
[0028] (3)避免由于热传导而导致弹性元件和应变片温度过高，本发明在传递杆与弹性 元件连接处配备水冷套;水冷套与水冷盒连接，共用一路冷却水;水冷套与水冷盒之间用硅 橡胶软管连接，用软管连接确保传递杆处于自由状态，即消除了热传导带来的热量，又能够 保证该测量装置的测量精度。这样设置有什么好处；
[0029] (4)本发明中为保证试样拉伸变形能够准确的传递到弹性元件上，设计了引伸计 调节支架，通过螺纹、套杆等机械部件滑动配合，实现引伸计在水平和垂直方向上进行位移 调节，使引伸计传递杆(7)能够与是试样紧密连接。
【附图说明】
[0030] 图1为本发明高温拉伸性能测试系统示意图；
[0031] 图2为本发明系统测量电路图；
[0032] 图3为本发明引伸计及水冷装置、调节装置结构示意图；
[0033] 图4为本发明圆柱形拉伸试样结构示意图；
[0034] 图5为本发明哑铃型拉伸试样示意图；
[0035]图6为本发明陶瓷基复合材料1600°C高温拉伸应力-应变曲线。
【具体实施方式】
[0036]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
[0037] 如图1所示为高温拉伸性能测试系统示意图，由图可知，一种高温无氧环境下直接 接触式拉伸变形测量系统，包括环境箱1、辐射炉2、拉伸夹具3、拉伸试样4、第一引伸计水冷 盒5、第二引伸计水冷盒6、引伸计传递杆7、第一支撑调节装置8、第二支撑调节装置9、弹性 元件及应变片10、信号线11、第一固定板12、第二固定板13、航空插头14、信号放大转换器15 和显示器16;
[0038] 辐射炉2、拉伸夹具3、拉伸试样4、第一引伸计水冷盒5、第二引伸计水冷盒6、引伸 计传递杆7、第一支撑调节装置8、第二支撑调节装置9、弹性元件及应变片10、信号线11、第 一固定板12、第二固定板13置于环境箱1内；
[0039] 拉伸试样4置于辐射炉2的中心位置;拉伸夹具3固定在拉伸试样4的上下两端，实 现对拉伸试样4垂直方向位移调节和施加力；
[0040] 第一引伸计水冷盒5、第二引伸计水冷盒6对称设置在辐射炉2两端的侧壁上;第一 引伸计水冷盒5、第二引伸计水冷盒6内分别竖直固定安装弹性元件及应变片10;弹性元件 及应变片10与拉伸试样4侧壁之间水平安装引伸计传递杆7;引伸计传递杆7的两端分别与 弹性元件及应变片10和拉伸试样4侧壁接触;第一引伸计水冷盒5的下端固定安装第一支撑 调节装置8;第一支撑调节装置8的下部固定安装第一固定板12;第二引伸计水冷盒6下端固 定安装第二支撑调节装置9;第二支撑调节装置9下端固定安装第二固定板13;第一固定板 12、第二固定板13分别固定在环境箱1两侧内壁上;第一引伸计水冷盒5和第二引伸计水冷 盒6的外壁分别引出一条信号线11，共两条信号线11;航空插头14设置在环境箱1的侧壁上； 航空插头14依次与信号放大转换器15、显示器16连接。
[0041 ] 其中，第一引伸计水冷盒5、第二引伸计水冷盒6长为110-130mm;宽为50-70mm;高 为80-100mm的不锈钢金属壳体;第一引伸计水冷盒5、第二引伸计水冷盒6与辐射炉2之间间 隙为 2-10mm。
[0042] 第一支撑调节装置8、第二支撑调节装置9材料为不锈钢，水平和垂直调节距离范 围为10~20mm;信号线11为高温导线；引伸计传递杆7为直径9-11mm，长为100-120mm的圆柱 体，引伸计传递杆7材料为石墨。
[0043] 当拉伸试样4为金属材料或柔性材料时，弹性元件及应变片10为钛合金材料；当拉 伸试样4为玻璃钢或陶瓷材料时，弹性元件及应变片10为青铜材料。
[0044] 第一引伸计水冷盒5、第二引伸计水冷盒6为长方体形状;第一引伸计水冷盒5、第 二引伸计水冷盒6面向辐射炉2的侧壁上分别设置有圆孔;拉伸试样4侧壁与圆孔对应位置 设置有沟槽；引伸计传递杆7从圆孔中穿过，与拉伸试样4接触.
[0045] 第一引伸计水冷盒5和第二引伸计水冷盒6为夹层结构，夹层结构为中空的循环水 路;冷却水沿循环水路流动，将辐射炉及试样产生的辐射热量带走;实现当辐射炉2内温度 为400~2000 °C时，弹性元件及应变片10的温度< 50 °C。
[0046] 如图2所示为系统测量电路图，由图可知，拉伸变形测量系统中的测量电路为双边 全桥形式;包括可变电阻R1、可变电阻R2、可变电阻R3、可变电阻R4、输入电压E、输出电压U、 放大转换器15和显示器16;电阻R1与R2串联;R3与R4串联;两个串联电路并联；电阻R1、R2、 R3、R4的阻值变化量分别为Δ R1、Δ R2、Δ R3、Δ R4;电阻R3与电阻R2的连接处接与输入电压 E正端连接；电阻R1与电阻R4的连接处接与输入电压E负端连接;从电阻R3与电阻R4的连接 处、电阻R1与电阻R2的连接处分别输出电压U，输出电压U信号通过放大转换器15输出至显 示器16;显示器16-端接地。
[0047] 如图3所示为引伸计及水冷装置、调节装置结构示意图，由图可知，所述支撑调节 装置8控制第一引伸计水冷盒5进行垂直方向、水平方向的移动;第二支撑调节装置9控制第 二引伸计水冷盒6进行垂直方向、水平方向的移动。
[0048] 如图4所示为圆柱形拉伸试样结构示意图，如图5所示为哑铃型拉伸试样示意图， 由图可知，拉伸试样4为哑铃型或圆柱形;拉伸试样4轴向两端设置有凸耳；引伸计传递杆7 的一端卡在凸耳中。
[0049] 系统的测量方法包括如下步骤：
[0050] 步骤一、对引伸计在常温下进行标定，保证引伸计误差<1% ;
[0051 ]步骤二、将拉伸试样4安装在环境箱1;通过拉伸夹具3对拉伸试样4施加25-35N的 垂直方向预紧力，将拉伸试样4固定在拉伸夹具3中；
[0052] 步骤三、安装引伸计传递杆7;通过调节左、右引伸计的水平位置，，使两侧引伸计 传递杆7间距与拉伸试样4的侧壁接触，并处于自由状态;调节引伸计传递杆7高度将引伸计 传递杆7的一端卡在拉伸试样4工作段两端的凸耳上，调节引伸计传递杆7垂直位置，将引伸 计归零；
[0053] 步骤四、通冷却水，观察环境箱1中第一引伸计水冷盒5、第二引伸计水冷盒6的冷 却水循环状态;在处于水冷保护状态下，关闭环境箱1，对环境箱1进行抽真空、充气保护；
[0054] 步骤五、对拉伸试样4进行加温;加温过程中监控冷却水温度变化，确保在此过程 中引伸计和环境箱1水冷管路通畅、两侧的引伸计传递杆7没有从试样上脱开；
[0055] 步骤六、拉伸试样4保温结束后进行拉伸性能测试，测试过程中两侧引伸计传递杆 7将拉伸试样4的变形量传递到弹性元件及应变片10上，转化成应变片阻值的变化，通过所 述拉伸变形测量系统中的测量电路将阻值变化转换成电压的变化，电压变化量通过信号线 11、航空插头14传递到信号放大转换器15,信号放大转换器15将信号进行放大处理后生成 拉伸试样变形曲线传输至显不器16。
[0056] 其中，引伸计的灵敏度应满足如下要求：
[0057]根据公式1计算引伸计的灵敏度：
⑴
[0059] 式中：ε-弹性体上应变片的应变：
[0060] Δ L一引伸计刀口处给定变形量mm;
[0061] Η -引伸计腿长度mm;
[0062] L 一引伸计腿基线距离mm;
[0063] B一弹性体厚度mm;
[0064]引伸计传递杆7有部分在水冷盒内，部分暴露在辐射炉2内，且传递杆的刀口端直 接与试样接触，由传递杆两端温差而产生的热量应满足傅立叶定律
⑴
[0066] 式中：Q为导热量；
[0067] K为传递杆材料热导率；
[0068] A为传递杆截面积，m2;
为传递杆长度方向上的温度梯度。
[0070] 为避免由于热传导而导致弹性元件和应变片温度过高，在传递杆与弹性元件连接 处配备水冷套。水冷套与水冷盒连接，共用一路冷却水。水冷套与水冷盒之间用硅橡胶软管 连接，用软管连接确保传递杆处于自由状态。
[0071] 环境箱侧壁预留了引伸计电信号传输通道，用硅橡胶将转换接头固定在传输通道 中，引伸计导线在环境箱内的部分通过航空插头与转换接头连接，在环境箱外部分通过航 空插头与转换接头连接，另一端与试验机连接，将应变片阻值变量传递到测量放大电路转 换为电压信号，通过测试软件输出应力应变曲线。
[0072] 如图6所示为陶瓷基复合材料1600°C高温拉伸应力-应变曲线，由图可知，陶瓷基 复合材料的拉伸性能参数如下表所示：
[0073] 表1某陶瓷基复合材料1600°C无氧环境拉伸性能
[0075] 系统测量电路中四个桥臂的阻值均随被测量变化，相邻两个桥臂（可变电阻心和 R2)电阻的变化所产生的输出电压为该两桥臂各阻值变化产生的输出电压之差;相对两个 桥臂(可变电阻RdPR 3)电阻的变化所产生的输出电压为该两桥臂个阻值变化所产生的输出 电压之和。在该电路中，将应力方向相同的两应变片接入电桥对边，相反的应变片接入电桥 邻边。若要使电桥平衡应变片阻值应满足如下公式：
[0076] RiR3 = R2R4 (3)
[0077] 试样的变形能够正确的传递到引伸计的弹性件，使之发生变形而输出相应的电信 号。由于试样处于辐射加热至2000°C环境下，与试样接触的传递杆材料须耐高温且保持一 定的剪切强度，引伸计的弹性元件和应变片部分必须放在辐射炉外，这样引伸计传递杆的 尺寸就会比较长，根据公式（1)可知引伸计的灵敏度与传递杆的长度和基线距离相关。为了 保证引伸计的灵敏度>1μπι，传递杆长度应尽量的短，传递杆的基线距离尽可能的小，同时 要求传递杆能够耐高温，在2000°C无氧环境下性能不下降，传递杆尺寸设计还要满足其剪 切性能要求，结合辐射炉实际尺寸，应选用规格为Φ 10 X 110mm的石墨或者C/C作为传递杆。
[0078] 本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
【主权项】
1. 一种高温无氧环境下直接接触式拉伸变形测量系统，其特征在于:包括环境箱（1)、 辐射炉(2)、拉伸夹具(3)、拉伸试样(4)、第一引伸计水冷盒(5)、第二引伸计水冷盒(6)、引 伸计传递杆(7)、第一支撑调节装置(8)、第二支撑调节装置(9)、弹性元件及应变片（10)、信 号线（11)、第一固定板（12)、第二固定板（13)、航空插头（14)、信号放大转换器（15)和显示 器(16); 所述辐射炉（2)、拉伸夹具(3)、拉伸试样(4)、第一引伸计水冷盒(5)、第二引伸计水冷 盒(6)、引伸计传递杆(7)、第一支撑调节装置(8)、第二支撑调节装置(9)、弹性元件及应变 片（10)、信号线（11)、第一固定板(12)、第二固定板(13)置于环境箱(1)内； 拉伸试样(4)置于辐射炉（2)的中心位置;拉伸夹具（3)固定在拉伸试样（4)的上下两 端，实现对拉伸试样(4)垂直方向位移调节和施加力； 第一引伸计水冷盒(5)、第二引伸计水冷盒(6)对称设置在辐射炉(2)两端的侧壁上;第 一引伸计水冷盒(5)、第二引伸计水冷盒(6)内分别竖直固定安装弹性元件及应变片（10); 弹性元件及应变片（10)与拉伸试样(4)侧壁之间水平安装引伸计传递杆(7);引伸计传递杆 (7)的两端分别与弹性元件及应变片（10)和拉伸试样(4)侧壁接触;第一引伸计水冷盒(5) 的下端固定安装第一支撑调节装置(8);第一支撑调节装置(8)的下部固定安装第一固定板 (12);第二引伸计水冷盒(6)下端固定安装第二支撑调节装置(9);第二支撑调节装置(9)下 端固定安装第二固定板(13);第一固定板(12)、第二固定板(13)分别固定在环境箱（1)两侧 内壁上;第一引伸计水冷盒(5)和第二引伸计水冷盒(6)的外壁分别引出一条信号线（11)， 共两条信号线（11);航空插头（14)设置在环境箱（1)的侧壁上;航空插头（14)依次与信号放 大转换器(15)、显示器(16)连接。2. 根据权利要求1所述的一种高温无氧环境下直接接触式拉伸变形测量系统，其特征 在于:第一引伸计水冷盒(5)、第二引伸计水冷盒(6)长为110-130mm;宽为50-70mm;高为80-100mm的不锈钢金属壳体;第一引伸计水冷盒(5)、第二引伸计水冷盒(6)与辐射炉（2)之间 间隙为2-10mm。3. 根据权利要求1所述的一种高温无氧环境下直接接触式拉伸变形测量系统，其特征 在于:第一支撑调节装置(8)、第二支撑调节装置(9)材料为不锈钢，水平和垂直调节距离范 围为10~20mm;信号线（11)为高温导线；引伸计传递杆(7)为直径9-11mm，长为100-120mm的 圆柱体，引伸计传递杆(7)材料为石墨。4. 根据权利要求1所述的一种高温无氧环境下直接接触式拉伸变形测量系统，其特征 在于:拉伸变形测量系统中的测量电路为双边全桥形式;包括可变电阻R1、可变电阻R2、可 变电阻R3、可变电阻R4、输入电压E、输出电压U、放大转换器（15)和显不器（16);电阻R1与R2 串联;R3与R4串联;两个串联电路并联；电阻Rl、R2、R3、R4的阻值变化量分别为Δ R1、Δ R2、 Δ R3、Δ R4;电阻R3与电阻R2的连接处接与输入电压E正端连接；电阻R1与电阻R4的连接处 接与输入电压E负端连接;从电阻R3与电阻R4的连接处、电阻R1与电阻R2的连接处分别输出 电压U，输出电压U信号通过放大转换器(15)输出至显示器(16);显示器(16)-端接地。5. 根据权利要求1所述的一种高温无氧环境下直接接触式拉伸变形测量系统，其特征 在于：当拉伸试样(4)为金属材料或柔性材料时，弹性元件及应变片（10)为钛合金材料；当 拉伸试样(4)为玻璃钢或陶瓷材料时，弹性元件及应变片（10)为青铜材料。6. 根据权利要求1所述的一种高温无氧环境下直接接触式拉伸变形测量系统，其特征 在于:第一引伸计水冷盒(5)、第二引伸计水冷盒(6)为长方体形状;第一引伸计水冷盒(5)、 第二引伸计水冷盒(6)面向辐射炉（2)的侧壁上分别设置有圆孔;拉伸试样(4)侧壁与圆孔 对应位置设置有沟槽；引伸计传递杆(7)从圆孔中穿过，与拉伸试样(4)接触.7. 根据权利要求6所述的一种高温无氧环境下直接接触式拉伸变形测量系统，其特征 在于:第一引伸计水冷盒(5)和第二引伸计水冷盒(6)为夹层结构，夹层结构为中空的循环 水路;冷却水沿循环水路流动，将辐射炉及试样产生的辐射热量带走;实现当辐射炉(2)内 温度为400~2000°C时，弹性元件及应变片（10)的温度<50°C。8. 根据权利要求1所述的一种高温无氧环境下直接接触式拉伸变形测量系统，其特征 在于:所述支撑调节装置(8)控制第一引伸计水冷盒(5)进行垂直方向、水平方向的移动;第 二支撑调节装置(9)控制第二引伸计水冷盒(6)进行垂直方向、水平方向的移动。9. 根据权利要求1所述的一种高温无氧环境下直接接触式拉伸变形测量系统，其特征 在于:拉伸试样(4)为哑铃型或圆柱形;拉伸试样(4)轴向两端设置有凸耳；引伸计传递杆 (7)的一端卡在凸耳中。10. 根据权利要求1-9之一所述的一种高温无氧环境下直接接触式拉伸变形测量系统 的测量方法，其特征在于:包括如下步骤： 步骤(一）、对引伸计在常温下进行标定，保证引伸计误差<1%; 步骤(二）、将拉伸试样(4)安装在环境箱（1);通过拉伸夹具(3)对拉伸试样(4)施加25-35N的垂直方向预紧力，将拉伸试样(4)固定在拉伸夹具(3)中； 步骤(三）、安装引伸计传递杆(7);通过调节左、右引伸计的水平位置，，使两侧引伸计 传递杆(7)间距与拉伸试样(4)的侧壁接触，并处于自由状态;调节引伸计传递杆(7)高度将 引伸计传递杆(7)的一端卡在拉伸试样(4)工作段两端的凸耳上，调节引伸计传递杆(7)垂 直位置，将引伸计归零； 步骤（四）、通冷却水，观察环境箱（1)中第一引伸计水冷盒(5)、第二引伸计水冷盒(6) 的冷却水循环状态;在处于水冷保护状态下，关闭环境箱（1)，对环境箱（1)进行抽真空、充 气保护； 步骤(五）、对拉伸试样(4)进行加温;加温过程中监控冷却水温度变化，确保在此过程 中引伸计和环境箱(1)水冷管路通畅、两侧的引伸计传递杆(7)没有从试样上脱开； 步骤(六）、拉伸试样(4)保温结束后进行拉伸性能测试，测试过程中两侧引伸计传递杆 (7)将拉伸试样(4)的变形量传递到弹性元件及应变片（10)上，转化成应变片阻值的变化， 通过所述拉伸变形测量系统中的测量电路将阻值变化转换成电压的变化，电压变化量通过 信号线（11)、航空插头（14)传递到信号放大转换器（15)，信号放大转换器（15)将信号进行 放大处理后生成拉伸试样变形曲线传输至显示器(16)。
【文档编号】G01N3/08GK106017298SQ201610335264
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月19日
【发明人】李西颜, 卢克非, 章妮, 张涛, 王晓薇
【申请人】航天材料及工艺研究所, 中国运载火箭技术研究院