本发明属于静动态低温材料性能测试技术领域，具体地说，涉及一种低温材料力学性能测试保温装置及其操作方法。
背景技术：
测试材料低温力学性能时，需要对材料周围的环境温度进行控制，以消除或减小环境温度对于材料力学性能的影响。针对于这种需求，已经发展出多种环境温度控制方法，大体上可以分为两类。一类是整体环境温度控制，即建造大型的温度室，将测试设备全部放置于温度室中。这种方法需要较大规模的制造和维护，成本相对较高，同时设备长期处在特殊温度下，特别是一些电子元件，容易损坏。另一类是局部温度控制，即仅控制测试样品等相关位置的温度。这种方案所制造的设备体积较小，成本相对较低，也易于测试设备的保养。但目前看来，这类产品并不成熟，一般需要人工控制，稳定性较差，温控滞后性较大，自动化和智能化的水平低。胡时胜等制作了一个人工控制的液氮冷却腔，使用时直接加注液氮，这种装置相对简单，但冷却的精确性和均匀性均难以保证(参见胡时胜等.冻土动态力学性能的实验研究)。美国Sandia实验室的研究人员研制了一个可以同时冷却与施加压力的装置，其装置采用液氨制冷，但液氨本身挥发，具有一定危险性，并且不能自动控温(参见Moo Y.Lee,Arlo Fossum,Laurence S,Costin,etal.Frozen soil material testing and constitutive modeling)。Monstafa Shazly,Vikas Prakash,Bradley A.Lerch设计了一个使用通过液氮冷却的氮气制冷的冷却装置，虽然安全性较高，但仍不能自动控温，不能维持较长时间的温度平衡(参见Monstafa Shazly,Vikas Prakash,Bradley A.Lerch.High strain-rate behavior of ice under uniaxial compression)。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术中的控温装置安全性、均匀性、精确性等的不足，提供一种低温材料力学性能测试保温装置及其操作方法，该产品能对于实验所需环境温度进行智能控制。
其技术方案如下：
一种低温材料力学性能测试保温装置，包括冷却腔、计算机和液氮挥发器，所述冷却腔上设有第一温度探头和第二温度探头，所述冷却腔的两端分别设有第一进气端、第二进气端、第一出气端、第二出气端，所述计算机通过温度反馈线路和第一温度探头连接，所述冷却腔设有第一出气端的一侧通过第一加热电路和计算机连接，所述冷却腔设有第二出气端的一侧通过第二加热电路和计算机连接，所述第一进气端分别和液氮挥发器、计算机连接，所述第二进气端分别和液氮挥发器、计算机连接，所述第一进气端和液氮挥发器、计算机之间，以及所述第二进气端和液氮挥发器、计算机之间均设有自动控制阀。
进一步，所述冷却腔中设有第一冷却回路和第二冷却回路，在冷却腔的腔体壁上方和下方分别设有第一加热电阻和第二加热电阻，在所述冷却腔的两端分别设有压杆。
再进一步，所述在冷却腔的腔体壁和第一加热电阻、第二加热电阻之间分别设有第一隔热层和第二隔热层。
本发明所述低温材料力学性能测试保温装置的操作方法，包括以下步骤：
步骤1、在小型保温箱中架设两根螺旋形并行导气管，用以通过刚刚气化的液氮，并使其中心处在保温箱中心，并且在箱内设置电阻加热器。箱内设置两个红外温度探头，用以向计算机反馈环境温度，以及加热器，用以进行加温。
步骤2、两根导气管一端接低温气体阀门，另一端通往室外。气体阀门另一端接液氮罐，用以接收低温氮气。气体阀门由计算机(或单片机)进行控制。
步骤3、设定温度后，若设定温度低于箱内环境温度，计算机控制阀门打开，向导气管内输入低温氮气，通过与箱内环境热传导后，降低箱内温度，当达到预期温度后，计算机控制阀门减小通气量，使箱内温度基本保持平衡。若设定温度高于保温箱内部温度，计算机控制向箱内加热器通电放热，使箱内温度提高，当达到设定温度时，停止向加热器供电。
本发明的有益效果：
本发明的低温材料力学性能测试保温装置通过计算机的精确控制，以及冷却回路的设置使保温箱内温度稳定、均衡，实现了温度的智能控制，同时也提高了系统的安全性。
附图说明
图1为本发明低温材料力学性能测试保温装置的结构示意图。
图2为本发明低温材料力学性能测试保温装置的冷却腔的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
参照图1，一种低温材料力学性能测试保温装置，包括冷却腔1、计算机2和液氮挥发器3，所述冷却腔1上设有第一温度探头4和第二温度探头5，所述冷却腔1的两端分别设有第一进气端6、第二进气端7、第一出气端8、第二出气端9，所述计算机2通过温度反馈线路10和第一温度探头4连接，所述冷却腔1设有第一出气端8的一侧通过第一加热电路11和计算机2连接，所述冷却腔1设有第二出气端9的一侧通过第二加热电路12和计算机2连接，所述第一进气端6分别和液氮挥发器3、计算机2连接，所述第二进气端7分别和液氮挥发器3、计算机2连接，所述第一进气端6和液氮挥发器3、计算机2之间，以及所述第二进气端7和液氮挥发器3、计算机2之间均设有自动控制阀13。
计算机根据设定温度和温度探头反馈得到的温度，自行判断进行加热或冷却，控制气体阀门与加热电路的开关。若所需温度低于腔内温度，则对腔内通入低温氮气直至达到所需温度；若腔内温度低于所需温度，则不向腔内通气，同时向加热电路通电，直至达到要求。
如图2所示，所述冷却腔1中设有第一冷却回路14和第二冷却回路15，在冷却腔1的腔体壁上方和下方分别设有第一加热电阻16和第二加热电阻17，在所述冷却腔1的两端分别设有压杆18。
所述在冷却腔1的腔体壁和第一加热电阻16、第二加热电阻17之间分别设有第一隔热层19和第二隔热层20。
冷却腔1用以直接施加所需环境温度。第一进气端6和第二进气端7从两个方向向通入低温氮气，经过回路热交换后，从出气口将废气排出。加热电阻均匀分布在墙体内壁，需要时通电加热。温度探头用以向计算机反馈箱内温度，以选择制冷或加热。外部敷设隔热层用以保温。冷却回路螺旋形布置在腔体内部，为试样预留空间。
本发明所述低温材料力学性能测试保温装置的操作方法，包括以下步骤：
步骤1、在小型保温箱中架设两根螺旋形并行导气管，用以通过刚刚气化的液氮，并使其中心处在保温箱中心，并且在箱内设置电阻加热器。箱内设置两个红外温度探头，用以向计算机反馈环境温度，以及加热器，用以进行加温。
步骤2、两根导气管一端接低温气体阀门，另一端通往室外。气体阀门另一端接液氮罐，用以接收低温氮气。气体阀门由计算机(或单片机)进行控制。
步骤3、设定温度后，若设定温度低于箱内环境温度，计算机控制阀门打开，向导气管内输入低温氮气，通过与箱内环境热传导后，降低箱内温度，当达到预期温度后，计算机控制阀门减小通气量，使箱内温度基本保持平衡。若设定温度高于保温箱内部温度，计算机控制向箱内加热器通电放热，使箱内温度提高，当达到设定温度时，停止向加热器供电。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。