GrindoSonic HT高温弹性模量及非室温测试系统 点击:1843  | 2020-02-18

常规的静态拉伸实验在高温下运行受到诸多限制,且成本非常高。高温下测量材料的弹性性能成为脉冲激振(Impulse Excitation Technique)技术的独特领域,且可以轻松实现不同气氛以及真空条件下的试验,是高温合金、陶瓷(非金属材料)、碳和碳纤维复合材料非常重要的高温实验项目。
 
GrindoSonic在成立之初就开始了高温实验设备的研发和制造,提供过的第一代高温设备是ETMTS系列。该系统采用的是独家设计的炉体,在全球有40多家用户。但是由于该系统的成本较高,限制了高温脉冲激振设备的普及和推广。
 
GrindoSonic于2016年推出了全新的HT系列高温弹性模量产品,覆盖温度范围高至1800摄氏度,同时有相应的低温方案至-180摄氏度。该方案包含一套现有的MK7系统以及一套高规格、工业级专门用于脉冲激振法的炉体。其特点在于利用市面上成熟的加热系统,在降低成本的同时保证其可靠性。下图是HT1200系统高温部件图片。
 
除炉体之外,该系统包括如下重要组件:探测器、测温元件、自动激发装置和气氛保护装置等。对于探测器,我们没有采用振动传感器,因为在高温下保持与样品表面的适当接触存在一定困难,而采用带有导波管的耐高温麦克风传感器就可以简化设计,提高其可靠性。一般情况下高温系统都会在比较安静的实验室内使用,这也能够满足麦克风传感器对运行环境的要求。
炉腔内导波管和激发件
 
针对在真空条件下,声音传播收到阻碍的特点,GrindoSonic同时开发了利用激光干涉法探测和收集样品振动信息的装置。该激光探干涉测器采用的是市面上主流品牌的产品,可靠性非常高。
 
测温元件采用的是系列热电偶,包括K型、R型和S型等。试验时,测温元件应尽量靠近样品表面区域,以保证测得的温度与样品的温度一致,当然我们也可以采用红外温度计,尽管这样会增加一定成本。
 
自动激发装置采用的是可靠的电磁激发器,实际与样品接触的是一根陶瓷杆。同时其激发力度可调,能够适用于不同大小和模量的样品。该激发系统经过严苛的考察,可以单次连续运行上万次而不产生任何故障,具有高度的稳定性和可靠性。
 
以上部件对于低温至-180摄氏度的环境同样适用,只需要有适当的低温装置并加以改造即可以实现低温下材料弹性性能的准确测试。
 
为了应对金属及碳材料在高温下氧化的问题,提供气氛保护装置变得非常必要。该装置简单设计为使用流动气氛进行保护,而真空环境则根据用户要求提供低至10-3Pa的真空度。
 
GrindoSonic HT系统可以测试的样品形状包括条状和棒状,并提供一整套针对弯曲和扭转模态测试的样品支架,有技术和陶瓷材质可选。样品最小长度推荐为4厘米,最大样品尺寸取决于不同炉体的炉腔尺寸。
棒状样品高温测试 
 
将样品在炉腔内调整好位置并加以固定后就可以开始高温实验了。所有高温实验的参数设置都可以在MK7面板上进行,包括样品信息(形状、尺寸和质量)的输入、升温制度的输入、测试频率(每隔一定温度或时间间隔进行一次测试和数据读取)和数据读取设定等。对于高温实验非常重要的一点是数据读取设定,因为在高温下目标频率的波幅有可能会降低甚至被干扰,因为有必要采用GrindoSonic特有的滤波功能(Filter)和增益(Gain)功能以锁定目标频率区间,并保证能够一直获得高清晰的信号。同时GrindoSonic可以提供Differential FFT,可以规避系统和环境噪音,进一步提高获取信号的准确性。
滤波功能界面(Filter)
 
GrindoSonic还可以提供额外的3D瀑布图软件,用于数据分析,对于高温数据分析尤其重要。下面所展示的是某玻璃样品高温实验的3D瀑布图,可以清晰显示出整个频谱范围内的波形变化情况,其中目标波峰已经被标以特别的颜色。
 
除了E-和G-模量以及泊松比随温度变化情况外,还可以根据目标频率的半峰宽,得到与样品阻尼有关的有益信息,这些信息都有赖于GrindoSonic高精度高温数据的获取。
氧化锆高温测试结果,包括E、G模量和内耗 
 
目前,已有30多台不同温度的GrindoSonic HT系统在全球各地服役,该数量也在随着对材料非室温性能测试需求的增加而快速增长。

 

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