一种测量金属相变材料弹热性能的实验装置

1.本实用新型涉及形状记忆合金材料弹热效应测试技术领域，具体为一种测量金属相变材料弹热性能的实验装置。


背景技术：

2.对于某些形状记忆合金材料如cu－基、ni-ti基、fe基和铁磁等形状记忆合金具有良好的形状记忆特性、伪弹性、超弹性、耐疲劳性强、弹热性能优等特点。材料的弹热效应是指当对材料进行加载或者卸载时，材料会发生奥氏体相和马氏体相之间的相互转变，此过程会释放或吸收潜热的热效应。弹热性能与sma的超弹性有关，即当对形状记忆合金材料施加载荷时，会导致材料内部的结构发生变化，由奥氏体相变为马氏体相，该相变过程会释放潜热，使温度上升。当对形状记忆合金材料卸掉载荷时，也会导致材料内部的结构发生变化，由马氏体相变为奥氏体相，该相变过程会吸收潜热，使温度下降，这就发生了一次的机械循环和两次热传递。目前有直接测量和间接测量两类方法，但现有的装置结构庞大，操作步骤繁琐，设备价格昂贵，且通用性较差，而没有一种结构紧凑型，可以简单、准确、快捷地测量不同应变、应变速率与循环次数下的弹热性能的装置。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种测量金属相变材料弹热性能的实验装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种测量金属相变材料弹热性能的实验装置，包括机架，所述机架的下端安装有调节组件，所述调节组件包括驱动电机、螺杆轴、螺杆滑块，所述机架顶部设置有导向组件，所述导向组件包括横向导轨、导轨滑块，所述导轨滑块的下端设置有两个夹具组件，两个所述夹具组件的内侧设置有试样，所述试样上设置有若干个温度传感器，所述试样上还设置有引伸计，所述机架上试样的左右两侧分别设置有冷侧散热器、热侧散热器。
5.优选的，所述驱动电机安装在机架上，所述螺杆轴安装在驱动电机上，所述螺杆滑块上设置在螺杆轴上，所述螺杆滑块上设置有固定板，所述固定板的末端连接有力传感器。
6.优选的，所述驱动电机、温度传感器、冷侧散热器、热侧散热器、引伸计均与外部终端控制器电性连接。
7.优选的，所述横向导轨安装在机架上，所述导轨滑块滑动安装在横向导轨上。
8.优选的，所述夹具组件包括直齿单夹夹具、缠绕柱、快速拆卸头、固定架，所述缠绕柱安装在直齿单夹夹具的末端，所述快速拆卸头安装在直齿单夹夹具的末端，所述固定架滑动套设在快速拆卸头上，一个所述固定架与力传感器连接，一个所述固定架与导轨滑块连接。
9.优选的，所述直齿单夹夹具包括u形板、螺纹柱、齿板，所述u形板安装在快速拆卸头上，所述螺纹柱螺纹安装在u形板上，所述齿板转动安装在螺纹柱的末端。
10.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
11.1、本实用新型通过调节组件、导向组件、夹具组件的配合使用，可实现由驱动电机控制下的不同应变、应变速率与循环次数下的弹热性能测量，具有结构紧凑简单、易安装、低成本、低能耗、高精度等特点；
12.2、本实用新型同时还通过温度传感器、冷侧散热器、热侧散热器、引伸计、驱动电机的配合使用，利用外部终端控制器可以设定应变、应变速率、循环次数等参数精确可控可调能准确测量出材料在不同条件下发生相变时的温度变化，可用于进行不同形状记忆材料的弹热性能评价，对比不同材料的弹热性能，以及探究不同参数对弹热性能的影响，为新兴固体制冷技术的深层研究提供理论指导和技术支撑。
附图说明
13.图1为本实用新型主视图；
14.图2为本实用新型两个夹具组件使用时的俯视图；
15.图3为本实用新型模块连接示意图。
16.图中：1、机架；2、调节组件；21、驱动电机；22、螺杆轴；23、螺杆滑块；3、导向组件；31、横向导轨；32、导轨滑块；4、夹具组件；41、直齿单夹夹具；42、缠绕柱；43、快速拆卸头；44、固定架；5、试样；6、温度传感器；7、引伸计；8、力传感器；9、冷侧散热器；10、热侧散热器；11、螺纹柱；12、齿板；13、u形板。
具体实施方式
17.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
18.请参阅图1-3，本实用新型提供一种技术方案：一种测量金属相变材料弹热性能的实验装置，包括机架1，机架1的下端安装有调节组件2，调节组件2包括驱动电机21、螺杆轴22、螺杆滑块23，机架1顶部安装有导向组件3，导向组件3包括横向导轨31、导轨滑块32，导轨滑块32的下端安装有两个夹具组件4，两个夹具组件4的内侧安装有试样5，试样5上安装有若干个温度传感器6，通过温度传感器6测量数据使其到达设定温度，试样5上还安装有引伸计7，通过引伸计7测量试样5的应变量，机架1上试样5的左右两侧分别通过螺栓安装有冷侧散热器9、热侧散热器10，通过冷侧散热器9、热侧散热器10为完成加载/卸载后时的试样5，进行热量交换，使其恢复到设定温度；
19.驱动电机21通过螺栓安装在机架1上，螺杆轴22通过联轴器安装在驱动电机21上，螺杆滑块23上螺纹套设在螺杆轴22上，螺杆滑块23上安装有固定板，固定板的末端连接有力传感器8，通过驱动电机21在进行材料弹热性能测试过程中，为试样5进行加载、保载和卸载以及通过滑块和横向导轨31来控制材料在热侧散热器10、冷侧散热器9换热；驱动电机21、温度传感器6、冷侧散热器9、热侧散热器10、引伸计7均与外部终端控制器电性连接；横向导轨31通过螺栓安装在机架1上，导轨滑块32滑动安装在横向导轨31上；夹具组件4包括直齿单夹夹具41、缠绕柱42、快速拆卸头43、固定架44，缠绕柱42通过螺栓安装在直齿单夹
夹具41的末端，快速拆卸头43通过螺栓安装在直齿单夹夹具41的末端，固定架44滑动套设在快速拆卸头43上，一个固定架44与力传感器8连接，一个固定架44与导轨滑块32连接；直齿单夹夹具41包括u形板13、螺纹柱11、齿板12，u形板13安装在快速拆卸头43上，螺纹柱11螺纹安装在u形板13上，齿板12通过轴承安装在螺纹柱11的末端，可实现对丝状、板状等不同形状试样5的夹紧，当所测试样5为丝材时，为了防止试样5在夹具内发生滑移和损伤，防止拉伸过程中试样5断在夹具内，先在缠绕柱42上将丝材缠绕再将其夹紧，使试验得到的结果更精确。
20.工作原理：该实用新型在使用时，将试样5安装在夹具上，并将适合试样5标距的引伸计7和温度传感器6安装在试样5上，开启热侧散热器10、冷侧散热器9，使之处于工作状态，将试样5的直径、厚度、宽度、规定非比例延伸率、规定总延伸率、原始标距、引伸计7标距等一系列参数输入到外部终端控制器中，同时也将拉伸过程中试样5所需测试的应变大小、试样5加载时所需测试的应变速率大小、加载完成后的保载时间、试样5卸载时所需测试的应变速率大小、卸载完成后的保载时间、以及循环次数输入到外部终端控制器，驱动电机21对试样5进行拉伸，外部终端控制器采集力传感器8与引伸计7测量到的试样5所承受的载荷、应变以及温度传感器6测得的温度，在试验时，对试样5进行加载的过程中，驱动电机21是根据测试时所需的试样5应变进行安装，并由应变来控制电机为试样5加载的负荷；这是因为不同试样5由于材质或内部组织结构不同，在达到相同的应变下，驱动电机21对试样5加载的负荷会不同；由于试样5应变过程中不同的应变速率会影响其弹热性能，故也可通过驱动电机21来改变加载和卸载过程中的应变速率大小；通过控制开关使驱动电机21进行保载完成热量交换；加载开始时，电机正向旋转，带动试样5在竖直方向拉伸，在夹具的带动下，通过导轨滑块32和横向导轨31使试样5向热侧散热器10移动，加载完成后，试样5与热侧散热器10贴合，并进行热交换，待温度传感器6采集到的试样5温度恢复到室温，即完成散热后，打开驱动电机21开关，电机反向旋转，进行卸载，带动试样5恢复至原始长度零应力状态，此过程中，在夹具的带动下，通过导轨滑块32和横向导轨31使试样5向冷侧散热器9移动，卸载完成后，试样5与冷侧散热器9贴合，并进行热交换，待温度传感器6采集到的试样5温度恢复室温后，电机正向旋转，进行该试样5的下一个循环的弹热性能测试；驱动电机21由外部终端控制器进行控制，通过驱动电机21的旋转量来控制试样5所需测试的应变大小，通过驱动电机21的工作频率来控制试样5所需测试时的应变速率大小，通过驱动电机21正反转的循环次数来控制试验循环次数，保载时间的控制通过采集温度传感器6的测量数据使其到达设定温度后，由外部终端控制器控制驱动电机21的正反转开关，使其开启工作状态，具有结构紧凑简单、易安装、低成本、低能耗、高精度等特点。
21.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
22.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修
改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。