[发明专利]基于电加热的超高温陶瓷材料温度场测量系统

摘要

一种基于电加热的超高温陶瓷材料温度场测量系统，包括加热和测温两个部分，其中加热部分包括Z轴升降台、电极平台、电极组、被测试件和电源；温度场测量部分包括配有独立镜头的比色高温计、镜头架、步进电机侧置安装的数控直线滑台、步进控制驱动器、位移传感器、数据采集卡、底板和计算机。本发明对于通电加热达到超高温度的超高温陶瓷试件，能够实时动态测量被测试件沿长度方向的温度分布，对于不均匀的温度场有较好的表征能力，测量结果表征信息量丰富，系统成本低，工作效率高，便于应用。本发明可独立使用以研究超高温陶瓷材料的高温氧化烧蚀特性，也可作为关键组成部分应用于其它超高温测试设备中。

主权项

一种基于电加热的超高温陶瓷材料温度场测量系统，其特征是，由加热部分和温度场测量部分构成，其中加热部分包括Z轴升降台、电极平台、电极组、被测试件和电源；温度场测量部分包括配有独立镜头的比色高温计、镜头架、步进电机侧置安装的数控直线滑台、步进控制驱动器、位移传感器、数据采集卡、底板和计算机；上述加热部分中：所述Z轴升降台固定在底板的一端，结合比色高温计主机的安装位置以及比色高温计镜头的测距范围以确定Z轴升降台合适的固定位置；所述电极平台中间部位开有四个通孔，通孔的相对位置与Z轴升降台上表面的固定孔相匹配，以保证电极平台能够固定在Z轴升降台上并随Z轴升降台一起升降，进而起到向电极平台上的其它部件传递升降高度的作用，电极平台两侧分布有密排的螺纹孔，起到固定其它零件和微调零件位置的作用；所述电极组采用导电、耐高温且强度较好的材料制成，电极组为一对，每对由上、下两个电极组成，下电极较长以保证外端部连接的通电导线受被测试件超高温度的影响较小，保证电极组与数控直线滑台运动方向平行，下电极通过绝缘连接件固定在电极平台上，通过微调固定位置保证比色高温计镜头对焦在被测试件上，上下电极的试件夹持端分别开有对应的通孔和螺纹孔，通过耐高温的紧固螺丝装配以夹紧被测试件，两个下电极的另一端分别通过导线连接到电源的正负极上；所述电源输出采用电流控制，电源、导线、电极和试件组成串联电路，根据焦耳定律：Q＝I2Rt，其中，Q为被测试件产生的热量，I为电流强度，R为被测试件电阻值，t为通电时间；通电即可对被测试件进行加热；所述被测试件加工成特殊形状，可起到充分利用电流和保护电极的效果，由电阻定律：R＝ρL/A，其中，ρ为被测材料的电阻率，L为试件长度，A为试件横截面积；试件中间段采用细长形，增加长度且减小截面积可使阻值大大增加，有助于营造超高温度，两端夹持部位适当增加宽度，减小电阻从而降低发热程度，保护电极。上述温度场测量部分中：所述配有步进电机的数控直线滑台固定在底板的另一端，通过步进控制驱动器与计算机连接，通过计算机内相应的驱动程序，驱动固定在数控直线滑台滑块上的镜头架按照用户自定义的运动规律运动，实现温度测量点在被测试件长度方向上循环往复扫描，通过调节Z轴升降台的升降高度，调整温度测量点在被测试件厚度方向上的位置；所述镜头架固定在数控直线滑台的滑块上，具备连接比色高温计镜头和位移传感器滑块的功能，在步进电机的驱动下，同时带动比色高温计镜头以及位移传感器滑块一起运动，可保证任意时刻位移传感器滑块与比色高温计镜头具有相同的位移，以实现通过位移传感器实时记录高温计镜头的位移数据；所述比色高温计镜头通过光纤与高温计主机相连，实时测量比色高温计镜头所在位置处被测试件对应的温度；所述数据采集卡的输出端口连接至计算机，输入端口同时接收位移传感器和比色高温计主机的输出信号以保证某一时刻下的位移数据和温度数据相匹配，并将汇总后的数据传输至计算机，在计算机中通过相应的程序对时间、位移和温度的测量数据进行数据处理，得到温度分布曲线。本发明可独立使用以研究超高温陶瓷材料在不同温度下的高温氧化烧蚀特性，也可作为关键组成部分应用于其它超高温材料性能测试设备中。