專利名稱：材料冷熱循環(huán)性能的自動控制裝置及操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料熱穩(wěn)定性測試技術(shù)。
背景技術(shù)：
伴隨可再生能源-太陽能光熱利用的大規(guī)模發(fā)展，水合鹽、熔融鹽、金屬等作為中低溫和高溫傳熱/儲熱材料更加引起人們的重視。目前用于中高溫傳熱/儲熱材料主要是各種熔融鹽。作為傳熱/儲熱材料的熔融鹽，應(yīng)用中往往需要在幾十、幾百甚至上千攝氏度條件下連續(xù)服役幾年時間，并且要經(jīng)歷上萬次冷熱(或熔化-凝固)循環(huán)過程。人們希望其連續(xù)服役時間更長、循環(huán)次數(shù)更多，而熔融鹽本身的性能并不發(fā)生變化。但是，已有研究表明，由于服役時間變長、循環(huán)次數(shù)增多、溫度升高等因素，導致其性能蛻化，如熔融鹽發(fā)生分解、裂解等現(xiàn)象，導致的結(jié)果之一是材料熔點/凝固點發(fā)生變化。傳熱/儲熱材料性能穩(wěn)定性直接制約整個太陽能光熱利用系統(tǒng)的安全性，定量研究熔融鹽各項性能隨冷熱循環(huán)過程(循環(huán)周期數(shù)、循環(huán)溫度上下限等因素)變化，從理論研究和應(yīng)用角度均具有重要意義。由于熔融鹽具有流動，作為儲熱介質(zhì)時候，需要盛裝/封裝容器，作為傳熱介質(zhì)， 也需要傳熱管路。但是，鹵化鹽、氟化鹽等熔融鹽對容器和管路材料具有強烈腐蝕性，研究長期高溫環(huán)境下和多次冷熱循環(huán)條件下熔融鹽對接觸材料的腐蝕是關(guān)鍵之一。但是，目前研究熔融鹽冷熱循環(huán)性能，往往面臨高達八九百攝氏度以上的高溫、加熱-冷卻循環(huán)次數(shù)多(幾千甚至上萬次)和實驗周期長(少則幾個月，長達一兩年)等困難。若采用常規(guī)馬弗爐等設(shè)備代替時，不僅降溫慢，實驗強度大，高溫危險，實驗者易疲勞， 而且實驗數(shù)據(jù)粗糙。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種材料冷熱循環(huán)性能的自動控制裝置及操作方法。本發(fā)明是材料冷熱循環(huán)性能的自動控制裝置及操作方法，其裝置中有一個樣品室 100，樣品室100包括桶體101和桶蓋102，桶蓋102有下沿，扣蓋于桶體101之上，樣品盛裝于樣品室100中，整體置于空心圓柱形加熱腔200中，加熱腔外周有保護/保溫裝置300， 電加熱器絕緣環(huán)201外壁上螺旋形凹槽內(nèi)的電發(fā)熱元件202發(fā)熱以加熱腔200內(nèi)的樣品室100，樣品室桶蓋102上垂直連接有兩支底端封堵的套管圓周套管102-2和位于中心的中心套管102-1，兩支套管中各插有一支測溫熱電偶，分別是圓周熱電偶401和中心熱電偶 501，圓周熱電偶401與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)400相連，中心熱電偶501與上下限PID智能溫控儀 502的傳感器輸入端連接，上下限PID智能溫控儀502的觸發(fā)電平輸出端與繼電器模塊503 線圈連接；220V交流穩(wěn)壓電源火線經(jīng)過總開關(guān)506后分為兩個支路一個支路經(jīng)過溫顯開關(guān)507分別與上下限PID智能溫控儀502和加熱開關(guān)508連接，通過加熱開關(guān)508后與繼電器模塊503常開觸頭一個接線柱連接，常開觸頭對應(yīng)的另一接線柱與交流繼電器504線圈一端連接，交流繼電器504線圈另一端與220V交流穩(wěn)壓電源零線連接；另一支路依次串聯(lián)降溫開關(guān)509和冷卻熔斷器505-2后與冷流體動力裝置601連接，冷流體動力裝置601另一接線柱與220V交流穩(wěn)壓電源零線連接；在加熱開關(guān)508與繼電器模塊503常開觸頭之間引出220V交流穩(wěn)壓電源火線一個支路，又分為兩個子支路其中一個子支路與交流繼電器504常開端接線柱連接，對應(yīng)的另一常開端接線柱通過加熱熔斷器505-1后與電發(fā)熱元件202連接，電發(fā)熱元件202另一端與220V交流穩(wěn)壓電源零線連接；另一個子支路串聯(lián)冷卻開關(guān)510后與交流繼電器504常閉端接線柱連接，對應(yīng)的另一常閉端接線柱通過冷卻熔斷器505-2后與冷流體動力裝置601連接；冷流體動力裝置601與盤繞在加熱腔200外周的螺旋盤管602連接。材料冷熱循環(huán)性能的自動控制裝置的操作方法，其步驟為(1)清潔樣品室(100)并盛裝實驗樣品；(2)將熱電偶與數(shù)據(jù)采集儀連接，并接好地線；(3)接通冷卻水源，通入保護氣體；(4)啟動實驗控制系統(tǒng)依次閉合總開關(guān)(506)和溫顯開關(guān)(507)，設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)；(5)開始加熱-冷卻循環(huán)實驗，依次閉合加熱開關(guān)(508)和冷卻開關(guān)(510)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)G00)自動采集數(shù)據(jù)；(6)達到預(yù)定循環(huán)次數(shù)后，停止循環(huán)試驗，依次打開冷卻開關(guān)(510)，閉合降溫開關(guān)(509)，待上下限PID智能溫控儀(502)顯示溫度降至室溫后，依次打開降溫開關(guān)(509)、 溫顯開關(guān)(507)和總開關(guān)(506)；(7)取出并清理樣品室，數(shù)據(jù)處理，實驗結(jié)束。本發(fā)明的有益效果1.實現(xiàn)了熔融鹽冷熱循環(huán)實驗過程智能控制目標，降低了實驗者勞動強度，可以避免高溫燙傷等事故發(fā)生幾率。2.采用高效保溫裝置和強制對流換熱裝置，加快了加熱和冷卻速率，提高了實驗效率。3.該實驗裝置在冷熱循環(huán)實驗過程中可同時測量樣品熔點/凝固點，誤差較小 (本實施例測得理論熔點800. 6°C的分析純NaCl熔點誤差0. 25% )；也方便研究樣品熔點 /凝固點值與循環(huán)次數(shù)之間的關(guān)系。4.實驗裝置簡單，操作方便，普通實驗室即可自建，可操作性強。


圖1為本發(fā)明的冷熱循環(huán)性能實驗裝置部件結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的冷熱循環(huán)性能實驗裝置組件結(jié)構(gòu)主視圖；圖3為本發(fā)明的冷熱循環(huán)性能實驗裝置組件結(jié)構(gòu)俯視圖；圖4為本發(fā)明的樣品室100結(jié)構(gòu)主視圖；圖5為本發(fā)明的樣品室100結(jié)構(gòu)俯視圖；圖6為本發(fā)明的頂部保護板301結(jié)構(gòu)主視圖；圖7為本發(fā)明的頂部保護板301結(jié)構(gòu)俯視圖；圖8為本發(fā)明的底部保護板303結(jié)構(gòu)主視圖；圖9為本發(fā)明的底部保護板303結(jié)構(gòu)俯視圖10為本發(fā)明的控制系統(tǒng)接線示意圖；圖11為本發(fā)明的操作流程及控制原理圖；圖12為本發(fā)明測得的分析純氯化鈉樣品加熱冷卻曲線及熔點/凝固點值；圖中附圖標記及對于名稱為100 樣品室，101 桶體，102 桶蓋，102-1 中心套管，102-2 圓周套管，102-3 保護氣體通入管，102-4 保護氣體排出管，102-5 加料孔；200 加熱腔，201 電加熱器絕緣環(huán)，202 電發(fā)熱元件；300 保護/保溫裝置，301 頂部保護板，301_1 頂部第一層保護板，301_2 頂部第二層保護板，302 側(cè)壁保護環(huán)，303 底部保護板，303-1 樣品室(100)定位圈；303-2 電加熱器絕緣環(huán)O01)定位圈，304 頂部保溫層，305 側(cè)壁保溫環(huán)，306 底部保溫層；400 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，401 圓周熱電偶；500 控制系統(tǒng)，501 中心熱電偶，502 上下限PID智能溫控儀，502_1 傳感器正極輸入端，502-2 傳感器負極輸入端，503 繼電器模塊，503-1 繼電器模塊(50 的上輸入端，503-2 繼電器模塊(503)的下輸入端，504 交流繼電器，505-1 加熱熔斷器，505-2 冷卻熔斷器，506 總開關(guān)，507 溫顯開關(guān)，508 加熱開關(guān)，509 降溫開關(guān)，510 冷卻開關(guān)；600 冷卻系統(tǒng)，601 冷流體動力裝置(后文實例中稱之為冷卻泵)，602 螺旋盤管，603 冷卻水槽，604 單向閥;700 外部保護桶，701 鍍鋅鐵皮桶，702 鍍鋅鐵皮蓋板；800 實驗樣品；
具體實施例方式本發(fā)明是一種研究材料冷熱循環(huán)性能的自動裝置及操作方法。如圖1、圖2、圖3 所示，裝置包括樣品室100、加熱腔200、保護/保溫裝置300、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)400、自動控制系統(tǒng)500、冷卻系統(tǒng)600、外部保護桶700和實驗樣品800。如圖4、圖5所示，樣品室100由桶體101和桶蓋102構(gòu)成。桶蓋101有下沿，扣蓋于桶體102之上。桶體101為圓柱體，外徑Φ 159士0. 1_，壁厚2士0. 1_，高190士 1_，底部有桶底， 盛裝流體不泄露。桶體101放置在后文所述底部保護板303上的樣品室100定位圈303-1 內(nèi)。桶蓋102為帶下沿的圓盤形，內(nèi)徑Φ 163士0. Imm,壁厚2士0. 1mm，蓋沿高 10士 1mm。在盤面上垂直焊接有兩支小徑套管位于中心的中心套管102-1和與蓋圓同心的 Φ 133士0. 5mm圓周上的圓周套管102-2 ；另外，在盤面上還垂直焊接有兩支小徑直通管保護氣體通入管102-3和保護氣體排出管102-4。中心套管102-1和圓周套管102-2均等長，相同規(guī)格外徑Φ 8士0. 1mm，壁厚 1 士0. 1mm，頂部開口，底部封堵(無流體滲入)；每根套管與桶蓋102垂直度為Φ 0.5mm。兩根套管在桶蓋102下沿測高出桶蓋長度是桶體101高度的2/3，套管另一端高出桶蓋102 15mm ；保護氣體通入管102-3伸出桶蓋102下表面5mm，保護氣體排出管102_4伸出桶蓋 102距離比保護氣體通入管102-3伸出距離大IOmm ；保護氣體通入管102-3和保護氣體排出管102-4另一端伸出整個裝置上頂面。在桶蓋102上有一個Φ 14mm通孔，作為加料孔103-5。加熱腔200由電加熱器絕緣環(huán)201和電發(fā)熱元件202組成；電加熱器絕緣環(huán)201 形狀為圓筒形，內(nèi)徑Φ 170 士 1mm，壁厚20 士 1mm，高200 士 1mm，粘土耐火磚材質(zhì)，外壁有螺旋形溝槽，溝槽深8mm，螺距50 60mm ；電加熱器絕緣環(huán)201放置在后文所述底部保護板303 上的電加熱器絕緣環(huán)201定位圈303-2內(nèi)。電發(fā)熱元件202盤繞于電加熱器絕緣環(huán)201在螺旋形溝槽內(nèi)，提供恒功率熱源。保護/保溫裝置300由保護裝置和保溫裝置組成，保護裝置包括頂部保護板301、 側(cè)壁保護環(huán)302和底部保護板303，材質(zhì)均為粘土耐火磚；保溫裝置包括頂部保溫層304、側(cè)壁保溫環(huán)305和底部保溫層306，材質(zhì)為硅酸鋁保溫棉。如圖6、圖7所示，頂部保護板301由頂部第一層保護板301-1和頂部第二層保護板301-2組成。頂部第一層保護板301-1為圓盤形，直徑270 士 1mm，厚度30 士 1mm，盤面上有兩個Φ 3士 Imm的通孔，兩個Φ 7士 Imm的通孔，分別與中心套管102-1、圓周套管102-2和保護氣體通入管102-3、保護氣體排出管102-4同軸。加設(shè)頂部第一層保護板301-1的目的是防止后文所述圓周熱電偶401和中心熱電偶501從圓周套管102-2和中心套管102-1中拉出。頂部第二層保護板301-2也為圓盤形，直徑270士 1mm，厚度20士 1mm，盤面上有兩個Φ 9mm士 Imm的通孔，兩個Φ 7士 Imm的通孔，分別與中心套管102-1、圓周套管102-2、保護氣體通入管102-3和保護氣體排出管102-4同軸。側(cè)壁保護環(huán)302為圓筒形，內(nèi)徑210士 1mm，壁厚30士 Imm ；高度與所述電加熱器絕緣環(huán)201高度相同。如圖8、圖9所示，底部保護板303是所述樣品室100的底座，直徑270士 1mm，厚度 90士 Imm ；在其上表面有兩個凹槽，分別是樣品室100定位圈303-2和電加熱器絕緣環(huán)201 定位圈303-2。頂部保溫層304厚200mm，直徑270mm ；側(cè)壁保溫環(huán)305內(nèi)徑270mm，壁厚200mm，高度MOmm ；底部保溫層306厚140mm，直徑670mm。材質(zhì)均為硅酸鋁保溫棉，外圍用帶蓋的鍍
鋅鐵皮桶包裹。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)400由圓周熱電偶401和數(shù)據(jù)采集儀、計算機組成。圓周熱電偶401測溫桿部分直徑彡Φ 6mm,長140mm，分別穿插在前文所述圓周套管102-2內(nèi)；柄部直徑為8 士0. 5mm，長10mm，穿過所述頂部第二層保護板301-2上直徑為 9mm士 Imm的通孔；所述圓周熱電偶401有大于長的溫度補償線分別穿過頂部第一層保護板301-1上直徑為3士 Imm的通孔，與數(shù)據(jù)采集儀連接，加熱和冷卻過程中計算機自動記錄溫度值；熱電偶型號(材質(zhì))視具體預(yù)測量溫度范圍而定。冷卻系統(tǒng)600由冷流體動力裝置601 (如壓縮機或水泵)、螺旋盤管602、冷卻水槽 603和單向閥604組成；螺旋盤管602為外徑Φ 20mm、壁厚Imm的銅管盤繞而成，螺距40mm，總高度300mm，
環(huán)繞在側(cè)壁保護環(huán)302之外。螺旋盤管602 —端與冷流體動力裝置601相通，另一端通向冷卻水槽603 (若冷卻流體為水質(zhì)流體)。如圖10所示，控制系統(tǒng)500包括中心熱電偶501、上下限PID智能溫控儀502 (型號XMT800)、繼電器模塊503、交流繼電器504、加熱熔斷器505-1、冷卻熔斷器505-2、總開關(guān)506、溫顯開關(guān)507、加熱開關(guān)508、降溫開關(guān)509和冷卻開關(guān)510。中心熱電偶501規(guī)格與所述圓周熱電偶401規(guī)格相同，其兩根溫度補償線分別與上下限PID智能溫控儀502的傳感器正極輸入端502-1、傳感器負極輸入端502-2連接，上下限PID智能溫控儀502的觸發(fā)電平輸出端正極502-3、觸發(fā)電平輸出端負極502-4分別與繼電器模塊503上輸入端 503-1、下輸入端503-2連接，220V交流穩(wěn)壓電源火線經(jīng)過總開關(guān)506后分為兩個支路一個支路經(jīng)過溫顯開關(guān)507分別與上下限PID智能溫控儀502和加熱開關(guān)508連接，通過加熱開關(guān)508后與繼電器模塊503常開觸頭一個接線柱連接，常開觸頭對應(yīng)的另一接線柱與交流繼電器504線圈一端連接，交流繼電器504線圈另一端與220V交流穩(wěn)壓電源零線連接； 另一支路一次串聯(lián)降溫開關(guān)509和冷卻熔斷器505-2后與冷流體動力裝置601連接，冷流體動力裝置601另一端與220V交流穩(wěn)壓電源零線連接；在加熱開關(guān)508與繼電器模塊503 常開觸頭之間引出220V交流穩(wěn)壓電源火線一個支路，分為兩個子支路其中一個子支路與交流繼電器504常開端接線柱連接，對應(yīng)的另一常開端接線柱通過加熱熔斷器505-1后與電發(fā)熱元件202連接，電發(fā)熱元件另一端與220V交流穩(wěn)壓電源零線連接；另一個子支路串聯(lián)冷卻開關(guān)510后與交流繼電器504常閉端接線柱連接，對應(yīng)的另一常閉端接線柱通過冷卻熔斷器505-2后與冷流體動力裝置601連接，冷流體動力裝置601接地。外部保護桶700由鍍鋅鐵皮桶701和鍍鋅鐵皮蓋板702組成，整個實驗裝置包裹于鍍鋅鐵皮桶701中，頂部用鍍鋅鐵皮蓋板702蓋住。若實驗樣品800加熱過程中易與空氣發(fā)生反應(yīng)，則應(yīng)從保護氣體通入管102-3通入氮氣或氬氣等惰性氣體作為保護介質(zhì)。若實驗樣品800加熱過程中會產(chǎn)生有毒氣體，則應(yīng)將保護氣體排出管102-4排氣端伸入毒氣處理裝置，比如可以溶解該種毒氣的溶液中。樣品室100所用材料視樣品特性、實驗最高加熱溫度而定。本發(fā)明裝置針對熔融鹽樣品的冷熱循環(huán)實驗設(shè)計，但樣品也可以是其它材料，如金屬、陶瓷、有機物等。材料冷熱循環(huán)性能的自動控制裝置的操作方法，其步驟為第一步清潔樣品室100并盛裝實驗樣品；第二步將熱電偶與數(shù)據(jù)采集儀連接，并接好地線；第三步接通冷卻水源，通入保護氣體；第四步啟動實驗控制系統(tǒng)依次閉合總開關(guān)506和溫顯開關(guān)507，設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)；第五步開始加熱-冷卻循環(huán)實驗，依次閉合加熱開關(guān)508和冷卻開關(guān)510，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)400自動采集數(shù)據(jù)；第六步達到預(yù)定循環(huán)次數(shù)后，停止循環(huán)試驗，依次打開冷卻開關(guān)510，閉合降溫開關(guān)509，待上下限PID智能溫控儀502顯示溫度降至室溫后，依次打開降溫開關(guān)509、溫顯開關(guān)507和總開關(guān)506 ；第七步取出并清理樣品室，數(shù)據(jù)處理，實驗結(jié)束。具體操作流程及控制原理如附圖11所示，假設(shè)最大冷熱循環(huán)次數(shù)t為tmax。實施例
以下結(jié)合具體材料(分析純氯化鈉)的實施例，包括容器材料選擇等細節(jié)在內(nèi)，對該實驗裝置的操作過程進行詳細說明以工業(yè)NaCl為例，采用該發(fā)明裝置，進行300 900°C 士 10°C溫度區(qū)間、1000次熔
化-凝固循環(huán)實驗，并同時測量其熔點/凝固點值?；瘜W純NaCl熔點800°C，預(yù)期可能達到最高溫度950°C，所以使用K型鎧裝熱電偶，可測溫度范圍0 1300°C。樣品室100采用310s不銹鋼材質(zhì)和TIG焊接加工。該循環(huán)實驗總時間較短，熔融態(tài)NaCl對樣品室腐蝕不明顯，所以忽略此腐蝕對實驗和測量結(jié)果影響。以下為詳細實驗操作步驟(1)樣品盛裝首先用自來水和酒精清洗干凈樣品室100，然后烘干。再借助漏斗， 將小顆粒狀待測樣品工業(yè)NaCl裝入所述樣品室100內(nèi)，用小鐵錘輕輕敲擊桶體101，使其具有一定緊實度，保證樣品上表面距離保護氣體排出管102-4下端有一定距離。將樣品室 100放置在所述底部保護板303上的中心定位圈303-1內(nèi)；(2)數(shù)據(jù)線連接加蓋頂部第二層保護板301-2 ；將中心熱電偶501和圓周熱電偶401分別穿過所述頂部第二層保護板301-2上2個通孔，并且再分別插入到所述中心套管102-1和圓周套管102-2中；中心熱電偶501和圓周熱電偶401的溫度補償線及通氣管 103-1穿過頂部第一層保護板301-1后，將第一層保護板301-1加蓋于第二層保護板301-2 上，然后將頂部保溫層304和鍍鋅鐵皮蓋板701依次扣蓋在在頂部第一層保護板301-1上； 最后將圓周熱電偶401的溫度補償線與數(shù)據(jù)采集儀連接，中心熱電偶501的溫度補償線與上下限PID智能溫控儀502的溫度輸入端連接。(3)接通冷卻水源本實施例以自來水為冷卻流體，冷流體動力裝置601即為水泵，故該實例中，后文稱“冷流體動力裝置601”為“冷卻泵601”。將冷卻泵601的入口水管伸入到已經(jīng)注入足量自來水的水槽中，螺旋盤管602的出口伸入到冷卻水槽603中。由于 NaCl加熱過程中與空氣作用微弱，也無有毒氣體產(chǎn)生，所以不用通入保護氣體。(4)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定依次啟動連接數(shù)據(jù)采集儀400的計算機和數(shù)據(jù)采集儀，設(shè)定數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)必要參數(shù)；閉合總開關(guān)506和溫顯開關(guān)507，在上下限PID智能溫控儀502上設(shè)定實驗溫度上限值900°C，下限值300°C ；(5)啟動控制系統(tǒng)，開始加熱-冷卻自動循環(huán)實驗，采集數(shù)據(jù)采用220V交流電源、1500W恒功率電發(fā)熱元件202加熱。依次合閉加熱開關(guān)508和冷卻開關(guān)510 ；上下限PID 智能溫控儀502輸出高電平，開始第一次加熱-冷卻循環(huán)電發(fā)熱元件202發(fā)熱，各熱電偶采集到的溫度值逐漸上升。當上下限PID智能溫控儀502顯示溫度達到900°C時，輸出低電平，電發(fā)熱元件202自動停止加熱，冷卻泵601啟動，冷卻水通過螺旋盤管602，帶走熱量并流進冷卻水槽603。當上下限PID智能溫控儀502顯示溫度降到300°C時又輸出高電平，電發(fā)熱元件202自動開始二次加熱，冷卻泵601停止，開始第二次加熱-冷卻循環(huán)，直到上下限PID智能溫控儀502顯示溫度升到900°C時又輸出低電平，電發(fā)熱元件202停止加熱，冷卻泵601啟動，開始降溫。如此循環(huán)。循環(huán)過程中，熱電偶測得溫度值通過數(shù)據(jù)采集儀自動記錄在計算機中。通過數(shù)據(jù)采集儀獲得的溫度峰值個數(shù)，可以知道循環(huán)次數(shù)；并且，通過考察前幾次加熱-冷卻循環(huán)過程中每次所需要的時間，可以估計完成1000次循環(huán)所需要的時間；而不用實驗者始終職守在設(shè)備旁邊，降低實驗者的勞動強度。(6)停止循環(huán)實驗達到預(yù)定的1000次循環(huán)次數(shù)后，停止數(shù)據(jù)采集并關(guān)閉數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。依次打開冷卻開關(guān)510、加熱開關(guān)508 ；閉合降溫開關(guān)509，冷卻泵601啟動，繼續(xù)降溫。直到PID智能溫控儀502顯示溫度降到室溫后，依次打開降溫開關(guān)509、溫顯開關(guān)507 和總開關(guān)506。(7)實驗后處理依次打開鍍鋅鐵皮蓋板702、頂部保溫層304、頂部第一層保護板 301-1和頂部第二層保護板301-2，取出樣品室100。將樣品室100清洗干凈后以備下次使用。至此，分析純氯化鈉在300 900°C溫度區(qū)間內(nèi)加熱熔化-凝固1000次循環(huán)實驗結(jié)束。數(shù)據(jù)處理圓周熱電偶401測得其中一次循環(huán)的溫度-時間曲線如圖12所示，表明分析純氯化鈉熔點/凝固點802. 60C，理論值800. 60C，誤差0. 25%。
權(quán)利要求
1.材料冷熱循環(huán)性能的自動控制裝置，有一個樣品室(100)，樣品室(100)包括桶體(101)和桶蓋(102)，桶蓋(10 有下沿，扣蓋于桶體(101)之上，樣品盛裝于樣品室 (100)中，整體置于空心圓柱形加熱腔O00)中，加熱腔外周有保護/保溫裝置(300)，其特征在于電加熱器絕緣環(huán)(201)外壁上螺旋形凹槽內(nèi)的電發(fā)熱元件(20 發(fā)熱以加熱腔 (200)內(nèi)的樣品室(100)，樣品室桶蓋(10 上垂直連接有兩支底端封堵的套管圓周套管 (102-2)和位于中心的中心套管(102-1)，兩支套管中各插有一支測溫熱電偶，分別是圓周熱電偶G01)和中心熱電偶(501)，圓周熱電偶001)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(400)相連，中心熱電偶(501)與上下限PID智能溫控儀(502)的傳感器輸入端連接，上下限PID智能溫控儀(502)的觸發(fā)電平輸出端與繼電器模塊(50 線圈連接；220V交流穩(wěn)壓電源火線經(jīng)過總開關(guān)(506)后分為兩個支路一個支路經(jīng)過溫顯開關(guān)(507)分別與上下限PID智能溫控儀(502)和加熱開關(guān)(508)連接，通過加熱開關(guān)(508)后與繼電器模塊(503)常開觸頭一個接線柱連接，常開觸頭對應(yīng)的另一接線柱與交流繼電器(504)線圈一端連接，交流繼電器(504)線圈另一端與220V交流穩(wěn)壓電源零線連接；另一支路依次串聯(lián)降溫開關(guān)(509) 和冷卻熔斷器(505-2)后與冷流體動力裝置(601)連接，冷流體動力裝置(601)另一接線柱與220V交流穩(wěn)壓電源零線連接；在加熱開關(guān)(508)與繼電器模塊(50 常開觸頭之間引出220V交流穩(wěn)壓電源火線一個支路，又分為兩個子支路其中一個子支路與交流繼電器 (504)常開端接線柱連接，對應(yīng)的另一常開端接線柱通過加熱熔斷器(505-1)后與電發(fā)熱元件(20 連接，電發(fā)熱元件(20 另一端與220V交流穩(wěn)壓電源零線連接；另一個子支路串聯(lián)冷卻開關(guān)(510)后與交流繼電器(504)常閉端接線柱連接，對應(yīng)的另一常閉端接線柱通過冷卻熔斷器(505- 后與冷流體動力裝置(601)連接；冷流體動力裝置(601)與盤繞在加熱腔(200)外周的螺旋盤管(60 連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料冷熱循環(huán)性能的自動控制裝置，其特征在于樣品室 (100)的桶蓋(10 上垂直連接有兩支直通管保護氣體通入管(102- 和保護氣體排出管(102-4)，這兩支直通管下端均伸出桶蓋(10 下表面一定距離，而且保護氣體排出管 (102-4)比保護氣體通入管(102-3)伸出距離長。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料冷熱循環(huán)性能的自動控制裝置，其特征在于樣品室 (100)置于樣品室(100)定位圈(303-1)內(nèi)；
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料冷熱循環(huán)性能的自動控制裝置，其特征在于電加熱器絕緣環(huán)O01)置于電加熱器絕緣環(huán)O01)定位圈(303-1)內(nèi)；
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料冷熱循環(huán)性能的自動控制裝置，其特征在于冷流體動力裝置(601)與螺旋盤管(602)之間串聯(lián)單向閥(604)；
6.材料冷熱循環(huán)性能的自動控制裝置的操作方法，其步驟為(1)清潔樣品室(100)并盛裝實驗樣品；(2)將熱電偶與數(shù)據(jù)采集儀連接，并接好地線；(3)接通冷卻水源，通入保護氣體；(4)啟動實驗控制系統(tǒng)依次閉合總開關(guān)(506)和溫顯開關(guān)(507)，設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)；(5)開始加熱-冷卻循環(huán)實驗，依次閉合加熱開關(guān)(508)和冷卻開關(guān)(510)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)G00)自動采集數(shù)據(jù)；(6)達到預(yù)定循環(huán)次數(shù)后，停止循環(huán)試驗，依次打開冷卻開關(guān)(510)，閉合降溫開關(guān)(509)，待上下限PID智能溫控儀(50 顯示溫度降至室溫后，依次打開降溫開關(guān)(509)、溫顯開關(guān)(507)和總開關(guān)(506)；(7)取出并清理樣品室，數(shù)據(jù)處理，實驗結(jié)束。
全文摘要
材料冷熱循環(huán)性能的自動控制裝置及操作方法，其裝置包括電阻絲加熱圓柱形加熱腔內(nèi)的樣品室，加熱腔外盤繞螺旋形冷卻水管，整體置于保溫裝置內(nèi)，上下限PID智能溫控儀和繼電器模塊控制加熱溫度和冷卻系統(tǒng)開/關(guān)；采用熱電偶和數(shù)據(jù)采集儀測溫并記錄數(shù)據(jù)；該操作方法包括盛裝實驗樣品后通入保護氣體，設(shè)定加熱和冷卻參數(shù)，閉合加熱開關(guān)和冷卻開關(guān)，開始加熱和冷卻循環(huán)實驗，達到預(yù)定循環(huán)次數(shù)后打開加熱開關(guān)和冷卻開關(guān)，關(guān)閉系統(tǒng)。
文檔編號G01N25/04GK102495095SQ20111034741
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月7日
發(fā)明者彭國偉, 成波, 王克振, 王軍偉, 王智平, 田禾青, 趙靜, 路陽, 陳丹丹, 馬榕彬 申請人:蘭州理工大學