CN100468039C - 一种数据自动采集拉伸蠕变测试装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种数据自动采集拉伸蠕变测量装置和方法。该装置包括用于对蠕变试样(3)进行固定及加载载荷(4)的加载系统；对蠕变试样(3)周围环境温度进行加热及控制的环境加热及温度控制系统；及用于采集蠕变试样(3)的蠕变信号数据及对蠕变信号数据进行处理的数据自动采集系统。本发明可实现任何材料在不同温度和拉伸载荷下高温蠕变性能的测定，对测试材料的蠕变变形进行自动采集，并且采集的数据误差更小；对材料蠕变过程进行跟踪，并与计算机相连，直接绘制蠕变过程，同时可测定材料在所定试验条件下的稳态蠕变率。

Description

一种数据自动采集拉伸蠕变测试装置和方法

技术领域：

本发明所提供的一种数据自动采集拉伸蠕变测试装置和方法，属于材料性能测试技术领域，适用于任何可加工固体材料的测试，尤其适用于金属材料在不同温度和拉应力下蠕变变形的测试。

背景技术：

一般情况下，机械性能是研究和评定材料性能的非常重要的指标，其中材料的高温蠕变性能又是一项非常重要的技术指标。

由清华大学开发研制的高温陶瓷蠕变试验机，申请号为：89107018.4的发明专利，该蠕变试验机主要针对陶瓷材料，且该装置所要求的试样和载荷较大，不适用于硬度和加载应力较小的微电子用材料及钎焊接头高温蠕变性能的测试。

由沈阳黎明航空发动机集团有限责任公司研制的“一种蠕变变形测量与数据自动采集装置”，申请号为：02273979.3，该装置虽然实现了计算机控制蠕变变形测量与数据自动采集，但它仅仅是对蠕变应变的测量，没有涉及蠕变试验过程。该装置采用引伸计拉伸蠕变试样，采用差动变压器式传感器采集数据，因装置直接与蠕变试样接触，因此不可避免会产生一些接触误差。

由三菱重工业株式会社申请的、专利号为：02148207.1的发明专利，其提供了一种评估蠕变破坏的高精度方法和装置。该装置主要通过测定金属材料晶粒的大小和晶向来评估材料的蠕变性能，主要适用于钢铁材料，该方法不适用于硬度较小、金相制备相对困难的微电子用材料及钎焊接头的蠕变性能的评估。

发明内容：

为了克服现有技术中存在的不能对硬度较小、金相制备相对困难的微电子用材料及钎焊接头的蠕变性能的评估的不足，本发明提供了一种测量更为精确的数据自动采集拉伸蠕变测试装置和方法，其目的在于对测试材料的蠕变变形进行自动采集，对材料蠕变过程进行跟踪，并与计算机相连，直接绘制蠕变变形过程，同时可测定材料在所定试验条件下的稳态蠕变率。其可以实现任何材料在不同温度和拉伸载荷下高温蠕变性能的测定。

为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种数据自动采集拉伸蠕变测试装置，其包括：

用于对蠕变试样进行固定及加载载荷的加载系统；用于对蠕变试样周围环境温度进行加热及控制的环境加热及温度控制系统；用于采集蠕变试样的蠕变信号数据及对蠕变信号数据进行处理的数据自动采集系统，其特征在于：所述加载系统包括用于悬挂蠕变试样及载荷的加载支架与蠕变试样装卡机构；所述环境加热及温度控制系统由电源、加热元件及温度控制仪构成，电源通过温度控制仪加热元件连接，该加热元件为可将蠕变试样置于其内的环形筒状加热元件；所述数据自动采集系统包括位移传感器、放大滤波器和安装A/D转换器的计算机，该位移传感器固定于蠕变试样的下方空间以对蠕变试样的蠕变位移进行测量并通过放大滤波器与计算机连接。

所述的数据自动采集拉伸蠕变装置，所述位移传感器为光栅位移传感器。

所述的数据自动采集拉伸蠕变装置，当测试微小试样时，设置反射器与光栅线位移传感器配合使用。

所述的数据自动采集拉伸蠕变装置，所述光栅传感器对位移量进行数据采集时不接触蠕变试样。

所述的数据自动采集拉伸蠕变装置，其特征在于所述温度控制仪包括热电偶，将热电偶的另一端探头置于加热元件内，可与蠕变试样相连，或尽量靠近蠕变试样。

所述的数据自动采集拉伸蠕变装置，连接A/D转换器和放大滤波器输出端的数据线两端插头都进行防止噪音干扰处理。

所述的数据自动采集拉伸蠕变装置，所述的放大滤波器通过数据线与计算机连接，放大滤波器与计算机之间通过ISDN进行数据传输。

所述数据自动采集拉伸蠕变装置进行测试的方法如下：

a、将蠕变试样悬垂固定于加载支架上，并将其置于一环形筒状加热元件中；

b、对蠕变试样加载载荷，开启加热元件对蠕变试样周围环境进行加热；

c、通过将其热电偶的探头置于加热元件内与蠕变试样相连或尽量靠近蠕变试样，使温度控制仪对蠕变试样周围环境的温度进行有效控制；

d、将位移控制器固定于蠕变试样的下方空间，对蠕变试样的蠕变位移信号进行采集后，送入放大滤波器，转换为模拟信号，再将该模拟信号通过ISDN送入装有A/D转换器的计算机内进行处理。

综上所述，本发明所提供的数据自动采集拉伸蠕变测试方法及装置，可以克服现有技术中存在的不能对硬度较小、金相制备相对困难的微电子用材料及钎焊接头的蠕变性能的评估的不足，可以实现任何材料在不同温度和拉伸载荷下高温蠕变性能的测定，对测试材料的蠕变变形进行自动采集，对材料蠕变过程进行跟踪，并与计算机相连，直接绘制蠕变变形过程，同时可测定材料在所定试验条件下的稳态蠕变率，为研究和评估材料蠕变性能及可靠性提供有力的依据。另外，本发明中对蠕变试样所加载的载荷和周围环境可控制，对蠕变试样可变温变载多次测量，可实现不同温度不同载荷下任何固体可加工材料的蠕变变形的测定。

附图说明：

图1：数据自动采集拉伸蠕变测试装置示意图；

图2：加载系统示意图；

图3：环境加热和温度控制系统示意图；

图4：数据采集示意图；

图5：数据采集流程图；

图6：整体结构示意图。

具体实施方式:

本发明的数据自动采集拉伸蠕变测试装置主要由以下三部分构成：加载系统、环境加热及温度控制系统和数据自动采集系统。

图1为该数据自动采集拉伸蠕变测试装置的示意图。测定材料蠕变变形的工作过程如下：将蠕变试样固定在加载系统上并施加试验载荷，然后启动环境加热及温度控制系统，使环境温度达到预设温度，启动数据采集系统，即可测定材料在该试验条件下的蠕变变形。

参照图6，本发明的数据自动采集拉伸蠕变测试装置，包括：用于对蠕变试样进行固定及加载载荷的加载系统；用于对蠕变试样周围环境温度进行加热及控制的环境加热及温度控制系统；用于采集蠕变试样的蠕变信号数据及对蠕变信号数据进行处理的数据自动采集系统。

所述的加载系统包括加载支架1，载荷4和蠕变试样装卡机构9。

所述的环境加热及温度控制系统由电源10、加热元件2及温度控制仪7构成，其中电源10通过温度控制仪7与加热元件2连接。

所述的加热元件2为可将蠕变试样3置于其内的环形、筒状的加热元件。

所述的温度控制仪7包括热电偶8，将热电偶的另一端探头置于加热元件2内与蠕变试样3相连或尽量靠近蠕变试样3。

所述的数据自动采集系统包括位移传感器5、放大滤波器6和安装A/D转换器的计算机11构成，其中位移传感器5通过放大滤波器6与计算机11连接。

所述的位移传感器5固定于蠕变试样3下方空间的一个位置，以对蠕变试样3的蠕变位移进行测量，产生蠕变位移信号。

所述的放大滤波器6通过数据线与计算机11连接，放大滤波器6与计算机11之间通过ISDN进行数据传输。

本发明还提供了一种数据自动采集拉伸蠕变测试方法，如下：

a、将蠕变试样3悬垂固定于加载支架1上，并将其置于一环形筒状的加热元件2中；

b、对蠕变试样3加载载荷4，开启加热元件2对蠕变试样3周围环境进行加热；

c、通过将其热电偶8的探头置于加热元件2内与蠕变试样3相连或尽量靠近蠕变试样3，使温度控制仪7对蠕变试样3周围环境的温度进行有效控制；

d、将位移控制器5固定于蠕变试样3的下方空间，对蠕变试样3的蠕变位移量进行采集，产生蠕变位移信号，送入放大滤波器6，转换为模拟信号，再将该模拟信号通过ISDN送入装有A/D转换器的计算机11内进行处理。

图2为加载系统的示意图，如图2所示，加载系统包括加载支架1、载荷4和蠕变试样装卡机构9，加载支架1主要起悬挂蠕变试样3及载荷4的作用，一般要求具有良好的刚性。载荷4可以根据试验情况设定(本试验采用台秤秤砣)。装卡机构9可以采用通用三角或六角卡盘，也可采用其他形式，本试验采用打孔悬挂。

图3所示为环境加热和温度控制系统示意图，如图3所示的结构，环境加热和温度控制系统由电源10、加热元件2和温度控制仪7构成，温度控制仪7通过将热电偶8的探头置于加热元件2内，以对蠕变试样3的周围环境温度进行控制。电源10可采用普通照明电源，加热元件2采用市售环形加热元件，这里选用环形筒状的加热元件，将蠕变试样3置于其内；也可采用其他加热形式。其加热由XMTE系列数显温度控制仪及镍铬-镍硅热电偶温度控制仪控制，该系统主要为蠕变试验提供温度条件。

图6所示的整体结构示意图中，数据自动采集系统包括位移传感器5，本发明可采用光栅线位移传感器(RLS-6)，放大滤波器6(B10000)和安装A/D转换器〔AD1674)的计算机11构成，放大滤波器6通过数据线连接于计算机11，放大滤波器6与计算机11通过ISDN进行数据传输。

当测试微小试样时，可设置反射器与光栅线位移传感器配合使用，以精确测试微小的蠕变试样的蠕变位移量。

数据采集示意图如图4所示，对蠕变试样3加载加温，其蠕变位移量由位移传感器5采集后，产生蠕变位移信号，对该蠕变位移信号进行放大和滤波，转换为模拟信号，即电信号，再经A/D转换器转换为计算机11可处理的数字信号，再通过计算机11的软件对该数字信号进行处理。

通过软件编程，可实现数据自动采集。

数据采集是通过位移传感器5、放大滤波器6和A/D转换器共同完成的。位移传感器5与放大滤波器6共同作用，将蠕变位移信号转换成一种模拟信号，即电信号，该电信号通过DB25芯插头送入A/D转换器，A/D转换器在计算机控制下，把模拟信号(电信号)转换为计算机可以处理并识别的数字信号。数据采集流程如图5所示，对A/D转换器送入输入通道号，延时20微秒(可以惊醒一次A/D转换)，启动A/D转换器进行A/D转换，然后判断A/D转换是否完成，若是，采样完成，接着计算机将对采样结果进行处理；若否，继续进行A/D转换。

需要注意的是连接A/D转换器和放大滤波器6输出端的数据线两端插头都要进行防止噪音干扰处理。处理完后的数据采集系统，就会将放大滤波器6输出的模拟信号传入A/D转换器，A/D转换器将模拟信号转化为计算机11可以识别和处理的数字信号。

这些数字信号和位移传感器5的信号一一对应，但并不一致，因此需要对系统进行精确标定。标定一般采用一元回归分析法。这样可以得到位移和数据显示的一元线性关系。再经过一定的程序，很容易获得蠕变位移量和时间的关系、稳态蠕变率和时间的关系。

由上所述，本发明所提供的数据自动采集拉伸蠕变测试装置及方法，可以克服现有技术中存在的不能对硬度较小、金相制备相对困难的微电子用材料及钎焊接头的蠕变性能的评估的不足等问题，可以实现任何材料在不同温度和拉伸载荷下高温蠕变性能的测定，对测试材料的蠕变变形进行自动采集，对材料蠕变过程进行跟踪，并与计算机相连，直接绘制蠕变过程，同时可测定材料在所定试验条件下的稳态蠕变率，为研究和评估材料蠕变性能及可靠性提供可靠有力的依据。

另外，本发明与其他技术所不同的是对蠕变试样所加载的载荷和周围环境温度可控制，对蠕变试样可变温变载多次测量；用光栅线位移传感器对位移量进行数据采集时不接触蠕变试样，因此应用本发明的数据采集误差更小，测试结果更为精确。

如上所述通过对附图的说明及相应的具体实施例描述本发明。但应理解的是，其中在实施例中关于蠕变试样的尺寸、材料类型、元件部分的构形和相对布置的描述并不意味着将本发明限定在所公开的特定形式，本方案仅仅是以示例的方式公开，除非另有特别说明。

Claims (8)

1、一种数据自动采集拉伸蠕变装置，包括用于对蠕变试样(3)进行固定及加载载荷(4)的加载系统；用于对蠕变试样(3)周围环境温度进行加热及控制的环境加热及温度控制系统；用于采集蠕变试样(3)的蠕变信号数据及对蠕变信号数据进行处理的数据自动采集系统，该装置的特征在于：所述加载系统包括用于悬挂蠕变试样(3)及载荷(4)的加载支架(1)与蠕变试样装卡机构(9)；所述环境加热及温度控制系统由电源(10)、加热元件(2)及温度控制仪(7)构成，电源(10)通过温度控制仪(7)与加热元件(2)连接，该加热元件(2)为可将蠕变试样(3)置于其内的环形筒状加热元件；所述数据自动采集系统包括位移传感器(5)、放大滤波器(6)和安装A/D转换器的计算机(11)，该位移传感器(5)固定于蠕变试样(3)的下方空间以对蠕变试样的蠕变位移进行测量并通过放大滤波器(6)与计算机(11)连接。

2、根据权利要求1所述的数据自动采集拉伸蠕变装置，其特征在于所述位移传感器(5)为光栅线位移传感器。

3、根据权利要求2所述的数据自动采集拉伸蠕变装置，其特征在于当测试微小试样时，设置反射器与光栅线位移传感器配合使用。

4、根据权利要求2或3所述的数据自动采集拉伸蠕变装置，其特征在于所述光栅线位移传感器对位移量进行数据采集时不接触蠕变试样。

5、根据权利要求1～3任一所述的数据自动采集拉伸蠕变装置，其特征在于所述温度控制仪(7)包括热电偶(8)，将热电偶(8)的另一端探头置于加热元件(2)内，与蠕变试样(3)相连，或尽量靠近蠕变试样(3)。

6、根据权利要求1～3任一所述的数据自动采集拉伸蠕变装置，其特征在于连接A/D转换器和放大滤波器(6)输出端的数据线两端插头都进行防止噪音干扰处理。

7、根据权利要求1～3任一所述的数据自动采集拉伸蠕变装置，其特征在于所述的放大滤波器(6)通过数据线与计算机(11)连接，放大滤波器(6)与计算机(11)之间通过ISDN进行数据传输。

8、一种利用权利要求1～7任一所述数据自动采集拉伸蠕变装置进行测试的方法，其特征在于：

a、将蠕变试样(3)悬垂固定于加载支架(1)上，并将其置于一环形筒状加热元件(2)中；

b、对蠕变试样(3)加载载荷(4)，开启加热元件(2)对蠕变试样(3)周围环境进行加热。

c、通过将其热电偶(8)的探头置于加热元件(2)内与蠕变试样(3)相连或尽量靠近蠕变试样(3)，使温度控制仪(7)对蠕变试样(3)周围环境的温度进行有效控制；

d、将位移控制器(5)固定于蠕变试样(3)的下方空间，对蠕变试样(3)的蠕变位移信号进行采集后，送入放大滤波器(6)，转换为模拟信号，再将该模拟信号通过ISDN送入装有A/D转换器的计算机(11)内进行处理。

Images