一种用于测量材料表面覆冰粘附力的测量装置的制作方法

本发明属于测量技术领域，尤其涉及一种用于测量材料表面覆冰粘附力的测量装置。

背景技术：

目前，覆冰是自然界中常见的一种自然现象，然而，在诸如飞行器、雷达、输电线路、高速列车等设备关键部位的结冰却有可能造成一定的安全隐患，甚至引起重大事故。于是在近年来越来越多的科研工作者从制备防覆冰涂层入手，通过延缓结冰时间，抑制冰晶堆积生长以及减小材料表面覆冰粘附力等方式展开抗结冰工作。在表征材料表面防覆冰性能手段上，结冰时间及覆冰量的测试工作可以做到很精确，但覆冰粘附力的评价方式在国内外仍没有一个定量标准可循，有学者通过离心法测量覆冰粘附强度，也有研究者制备了弯曲折断法测量覆冰粘附力的设备等。但诸如离心法、弯曲折断法等方式受限于设备因素，对试样尺寸局限性很大，同时很难在精准控温条件下进行原位测量，导致测量精度大大降低。

综上所述，现有技术存在的问题是：覆冰粘附力的评价方式在国内外仍没有一个定量标准可循，测试方法或设备均存在精度较低，待测试样尺寸范围受限、测试系统复杂等缺陷。本发明致力于开发一种精准控温条件下原位测试覆冰与待测试样粘附力的设备，且设备操作简单，同时兼具较高的测试精度。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种用于测量材料表面覆冰粘附力的测量装置。

本发明是这样实现的，一种用于测量材料表面覆冰粘附力的测量装置，

所述用于测量材料表面覆冰粘附力的测量装置主要包括测量系统及低温结冰系统，低温结冰系统用于将覆冰与试件冻结在一起构成待测模块；

测量系统用于将分离覆冰与试件所产生的剪切力转化为数字信号，将力与时间的关系反馈出来；

低温结冰系统与测量系统通过传动轴和称重传感器相连。其中测量系统主要包括运动控制部分、计算机数据采集模块、可升降固定平台、步进电机、称重传感器、传动轴；低温结冰系统主要包括：外接水枪、环境箱、结冰套筒、固定夹具、待测试样。步进电机设置于可升降固定平台的上方。步进电机的右边设置有称重传感器。称重传感器的右边设置有传动轴。传动轴的右边设置有结冰套筒,传动轴抵住结冰套筒。结冰套筒置于待测试样的上方。待测试样置于固定夹具的上方。所述传动轴、结冰套筒、固定夹具、待测试样都置于环境箱的内部。环境箱的顶端设置有外接水枪。其中外接水枪与结冰套筒垂直对应。

进一步，所述步进电机通过螺丝与可升降固定平台相连接。

进一步，所述称重传感器与步进电机通过紧固螺纹紧密连接在一起。

进一步，所述传动轴与称重传感器通过焊接相互连接在一起。

进一步，所述通过RTV硅橡胶将结冰套筒与待测试样相互连接在一起。

进一步，所述通过固定夹具上的铆钉固定待测试样。

进一步，所述外接水枪通过焊接与环境箱相连接。

所述用于测量材料表面覆冰粘附力的测量装置中运动控制部分通过计算机利用VB程序调用运动控制卡相应功能的函数，执行运动指令，进而控制步进电机运动。

进一步，脉冲数对应电机转动距离。

进一步，脉冲频率对应电机的运动速度。

所述用于测量材料表面覆冰粘附力的测量装置中数据采集模块主要包括：A11B11信号调理器、PCI2300采集卡、计算机VB程序。

进一步，所述A11B11信号调理器用于将称重传感器毫伏级电压放大至0-5V范围。

进一步，所述PCI2300采集卡的A/D转换功能用于将电压信号转化为数字信号。

进一步，所述计算机VB程序用于将数字信号转化为时间与力(载荷)的对应关系。

进一步，所述时间与力的对应关系采集频率为每100ms采集1个数据点。

本发明应对多种类，多尺寸，且精度高，是一种可控性优良的覆冰粘附力测试设备。特别针对测试具有防覆冰性能的疏水涂层等表面，具有较高的测试精度和可控性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的用于测量材料表面覆冰粘附力的测量装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的传动轴的主视图和俯视图的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的传动轴与结冰套筒接触部位形状示意图；

图4是本发明实施案例提供的计算机数据采集模块的工作电路示意图；

图中：1、计算机数据采集模块；2、可升降固定平台；3、步进电机；4、称重传感器；5、外接水枪；6、环境箱；7、传动轴；8、结冰套筒；9、固定夹具；10、待测试样。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。

如图1-图3所示，本发明实施例提供的用于测量材料表面覆冰粘附力的测量装置包括测量系统及低温结冰系统，其中测量系统主要包括计算机数据采集模块1、可升降固定平台2、步进电机3、称重传感器4、传动轴7；低温结冰系统主要包括：外接水枪5、环境箱6、结冰套筒8、固定夹具9、待测试样10。步进电机3设置于可升降固定平台2的上方。步进电机3的右边设置有称重传感器4。称重传感器4的右边设置有传动轴4。传动轴4的右边设置有结冰套筒8,传动轴4抵住结冰套筒8。结冰套筒8至于待测试样10的上方。待测试样10至于固定夹具9的上方。所述传动轴7、结冰套筒8、固定夹具9、待测试样10都至于环境箱6的内部。环境箱6的顶端设置有外接水枪5。其中外接水枪5与结冰套筒8垂直对应。

所述步进电机3通过螺丝与可升降固定平台2相连接。所述称重传感器4与步进电机3通过紧固螺纹紧密连接在一起。所述传动轴7与称重传感器4通过焊接相互连接在一起。所述通过强力胶将结冰套筒8与待测试样10相互连接在一起。所述通过固定夹具9上的架子夹住待测试样。所述外接水枪5通过焊接与环境箱6相连接。

所述步进电机3转速为0-1000r/min范围可调。所述称重传感器4的测量范围为0-100kg，测试精度为0.0001kg。所述传动轴7的材质为铝合金、不锈钢或者高强度实心的PVC棒中的任意一种。所述传动轴7与结冰套筒8接触的部位呈长条状，并与套筒开口直径尺寸相同。所述可升降固定平台2能够精确调整传动轴7与结冰套筒的接触位置。所述固定夹具9开口可调，根据待测试样大小而定。所述结冰套筒为壁厚1mm，两端开口的圆柱形容器。所述结冰套筒8的材质为PVC，不锈钢或者铝合金中的任意一种。所述结冰套筒8的尺寸规格为Φ20mm×20mm或Φ30mm×30mm或Φ35mm×35mm或Φ40mm×40mm……根据待测试样尺寸不同来确定。

本发明的工作原理是：测试粘附力主要分为两部分系统，其中包括低温结冰系统和测量系统。

低温结冰系统主要在环境箱6内完成，首先将待测试样10紧固在固定夹具9之上，再将结冰套筒8放置在待测试样上，打开环境箱6内的外接水枪5，使其低速小流量向结冰套筒8内注入水滴，同时降低环境箱6内温度，最终使结冰套筒8与待测试样10完全凝结在一起。

测量系统主要通过步进电机3驱动传动轴再推动结冰套筒8完成，首先通过调整可升降平台2使传动轴7与结冰套筒8底端刚好接触，并始终保持传动轴7处于水平状态，在计算机中输入结冰套筒8开口尺寸，再通过计算机控制步进电机3转速使其均匀低速驱动传动轴7前进，并推动结冰套筒8使其最终离开待测试样10表面，同时称重传感器4所输出的电压变化曲线反馈给计算机，通过自主编程的软件结合结冰接触面积最终转换为覆冰剪切强度，用以评价材料表面覆冰粘附力。

计算机数据采集模块主要工作原理如图4所示：利用A11B11信号调理器将称重传感器输出的毫伏级电压放大至0-5V范围，再利用PCI2300采集卡AD转换功能将电压信号转化为数字信号，通过计算机编程的VB程序，将数字信号转化为时间与力的关系，进而完成整个数据采集工作。

下面结合具体实施例对本发明的应用原理作进一步的描述。

实施例1

如图1所示，材料表面粘附力测试设备由1计算机数据采集模块，2可升降固定平台，3步进电机，4称重传感器，5外接水枪，6环境箱，7传动轴，8结冰套筒，9固定夹具，10待测试样组成。

待测试样为55mm×55mm×5mm的钢板与疏水涂层板材试样。

图2所示结冰套筒材质为PVC，尺寸为Φ30mm，高30mm，且两端开口，将结冰套筒放置在待测试样之上。

传动轴材质选用不锈钢，图3所示传动轴与结冰套筒接触部位形状呈长方体，具体尺寸为30mm×15mm×6mm。

所述称重传感器测试范围为0-100kg，测试精度为0.0001kg。

所述固定夹具开口可调，并将本实例中待测试样安装固定。

测试粘附力主要分为两部分系统，其中包括低温结冰系统和测量系统。

具体测试步骤为：

1、低温结冰系统主要在环境箱内完成，首先利用铆钉将待测试样紧固在固定夹具之上；

2、将结冰套筒放置在待测试样之上，并利用RTV硅橡胶涂抹在套筒与试样接触的位置，用以固定结冰套筒，同时防止水溢出；

3、打开环境箱内的外接水枪，使其低速小流量向结冰套筒内注入水滴，直至刚好滴满整个结冰套筒；

4、降低环境实验箱温度，本实例为-15℃保温60min，最终使结冰套筒与待测试样完全凝结在一起；

5、测量系统主要通过步进电机驱动传动轴再推动结冰套筒完成，首先通过调整可升降平台使传动轴与结冰套筒底端刚好接触(计算机中载荷未发生变化)；

6、在计算机中输入结冰套筒开口尺寸，再通过计算机控制步进电机转速使其均匀低速驱动传动轴前进，并推动结冰套筒使其最终离开待测试样表面，本实验电机转速100r/min,实际剪切速度1mm/min。

7、称重传感器所输出的电压变化曲线反馈给计算机，通过自主编程的软件结合结冰接触面积最终转换为覆冰剪切强度，用以评价材料表面覆冰粘附力。

实例1测试结果如下表所示：

实施例2

如图1所示，材料表面粘附力测试设备由1计算机数据采集模块，2可升降固定平台，3步进电机，4称重传感器，5外接水枪，6环境箱，7传动轴，8结冰套筒，9固定夹具，10待测试样组成。

待测试样为55mm×55mm×6mm的钢板与疏水涂层板材试样。

图2所示结冰套筒材质为不锈钢，尺寸为Φ30mm，高30mm，且两端开口，将结冰套筒放置在待测试样之上。

传动轴材质为不锈钢，图3所示传动轴与结冰套筒接触部位形状呈长方体，具体尺寸为30mm×15mm×6mm。

所述称重传感器测试范围为0-100kg，测试精度为0.0001kg。

所述固定夹具开口可调，并将本实例中待测试样安装固定。

测试粘附力主要分为两部分系统，其中包括低温结冰系统和测量系统。

具体测试步骤为：

1、低温结冰系统主要在环境箱内完成，首先利用铆钉将待测试样紧固在固定夹具之上；

2、将结冰套筒放置在待测试样之上，并利用RTV硅橡胶涂抹在套筒与试样接触的位置，用以固定结冰套筒，同时防止水溢出；

3、打开环境箱内的外接水枪，使其低速小流量向结冰套筒内注入水滴，直至刚好滴满整个结冰套筒；

4、降低环境实验箱温度，本实例为-20℃保温60min，最终使结冰套筒与待测试样完全凝结在一起；

5、测量系统主要通过步进电机驱动传动轴再推动结冰套筒完成，首先通过调整可升降平台使传动轴与结冰套筒底端刚好接触(计算机中载荷未发生变化)；

6、在计算机中输入结冰套筒开口尺寸，再通过计算机控制步进电机转速使其均匀低速驱动传动轴前进，并推动结冰套筒使其最终离开待测试样表面，本实验电机转速100r/min,实际剪切速度1mm/min。

7、称重传感器所输出的电压变化曲线反馈给计算机，通过自主编程的软件结合结冰接触面积最终转换为覆冰剪切强度，用以评价材料表面覆冰粘附力。

实例2测试结果如下表所示：

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。