高温高压抽真空试验装置及其操作方法

摘要

本发明公开了一种高温高压抽真空试验装置及其操作方法，包括容器固定架(3)、控制台(4)、安装容器固定架(3)和控制台(4)的机架(1)和接口(2)，容器固定架(3)内设有用于放置试验样品(5)且带有密封盖的试验容器(6)，还包括压力系统、温度系统和真空泵(8)；压力系统设置在控制台(4)内，压力系统与试验容器(6)连通以调节试验容器(6)内压力值；温度系统由设置在控制台(4)内的部分和设置在试验容器(6)内腔内的部分构成，且两部分相互接通以调节试验容器(6)内温度值；真空泵(9)设置在机架(1)上。提供一种温度系统、压力系统、抽真空系统合为一体的高温高压抽真空试验装置。

说明书

技术领域

本发明涉及一种高温高压抽真空试验装置及操作方法技术领域，具体讲是一种科研机构、 高校、高科技公司试验测试产品试验数据的高温高压抽真空试验装置及其操作方法。

背景技术

试验测试产品，特别是应用于军工、航空航天的元器件，为了检验其可靠性，必须进行 高温高压及抽真空恶劣环境下模拟试验，并对试验后的试验样品进行数据分析，如：试验样 品的工作电压、工作电流、强度、硬度等等，为试验样品的实际应用提供可靠依据。通常试 验装置通过压力系统对容器内的压力值进行调节，使得试验样品在指定压力值的容器内试验， 从而测试试验样品在高压下的试验数据，但是该装置无法完成容器内温度的调节，因此也无 法使得试验样品在同一个容器内完成高温高压试验，导致试验样品只能在单一环境下完成一 项试验，如：试验样品在同一时间段内只能完成高压试验或高温试验，无法同时进行高温高 压试验。也就是说，现有技术中一项测试在一个环境下进行，而下一项测试要移到另一个环 境中进行，环境变化，使得测试得出的数据有偏差，即不能全面地分析试验样品在复杂工作 状态下的试验数据，进而影响到试验数据的说服力；在对容器内增加压力之前,前述压力测试 装置无法排除容器内的杂质气体，使得杂质气体参与后续的试验过程，从而影响到试验数据 的准确性，比如：试验样品在高温高压状态下，容器内掺杂有氧气，这就极易造成试验样品 在容器内被氧化，从而严重影响到试验效果。

当前，人们也试图将温度系统、压力系统、抽真空系统结合成一个整体系统对同一个试 验容器进行环境的模拟，但是，由于理想气体状态方程：PV＝nRT，所以在同一个密闭容器内， 即V不变，模拟高温高压环境存在其他两个相互影响的变量P和T。当操作人员调定好其中 一个值时，在调定另一个值时，后调定的值会对之前调定好的值产生影响，比如说，设定好 压力值P,可由于p＝nRT/v，所以，在改变温度值T的过程中，会导致压力值P的改变，从而 很难模拟出一个指定的高温高压环境。

高温高压试验操作方法有：先对试验容器加温，后加压，这样一来，一旦冷的气体进入 到试验容器内会突然膨胀，引起周围的介质不能满足气体体积迅速膨胀，这就造成了巨大的 安全隐患；并且，由于当前还没有装置可供试验容器同时进行高温高压抽真空试验，所以在 操作高温高压抽真空环境模拟过程中，操作人员需要将试验样品从一个试验容器搬运到另一 个试验容器以此来模拟出不同要求的环境，从而进行试验，这就造成了模拟高温高压实验环 境的操作方法过于繁琐。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有的技术缺陷，提供一种温度系统、压力系统、抽 真空系统合为一体的高温高压抽真空试验装置。

本发明的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的高温高压抽真空试验装置：包括容 器固定架、控制台、安装容器固定架和控制台的机架以及用于连接电源的接口，容器固定架 内设有用于放置试验样品且带有密封盖的试验容器，还包括压力系统、温度系统和真空泵； 所述的压力系统设置在控制台内，压力系统的输出端与试验容器内腔连通以调节试验容器内 压力值；所述的温度系统由设置在控制台内的部分和设置在试验容器内腔内的部分构成，且 两部分相互接通以调节试验容器内温度值；真空泵设置在机架上并与试验容器内腔连通。

作为一种优选，所述的试验容器内设有空腔和托架，所述的密封盖是法兰盖，法兰盖与 试验容器通过螺栓连接，法兰盖与试验容器接触面设有密封垫；法兰盖上设有与试验容器相 通的通孔，法兰盖上焊接有接头；接头一端与通孔连通，另一端与压力系统、真空泵连通。

作为一种优选，所述的温度系统包括加热丝、温控仪和电力调整器，加热丝嵌装在空腔 的内周壁，温控仪和电力调整器均与电源连接，温控仪与电力调整器之间通过信号连接；温 控仪上设有温度传感器，温度传感器穿过法兰盖与空腔接触；电力调整器输出端与加热丝连 接。

作为一种优选，所述的压力系统包括一个装有介质的气瓶、一个减压阀、多根连接管道、 两个截止阀和两个压力表，气瓶出口依次通过第一截止阀、减压阀、第二截止阀与试验容器 端口连通，第一截止阀与减压阀之间设有第一压力表，减压阀与第二截止阀之间设有第二压 力表；所述的真空泵输入端通过第三截止阀和管道与试验容器端口连通，第三截止阀与真空 泵输入端之间设有第三压力表；试验容器端口处设有压力变送器，试验容器外接有泄压口， 试验容器与泄压口之间设有节流阀。

作为一种优选，所述的接头通过高压金属软管与外部管路连接。

作为一种优选，所述的托架上设有多个透气孔。

与现有技术相比，本发明有以下优点：

1、本发明通过同时对试验容器连接压力系统、温度系统和真空泵系统，其中，在测试一 个试验样品时，压力系统、温度系统和真空泵可以先后对同一个试验容器加压、加温和抽真 空，也可以使其中任意两个系统对同一个试验容器工作，也可以使其中任意一个系统单独进 行加压、加温和抽真空，使得在同一个试验容器内形成多种测试环境，如：高温高压抽真空 环境、高温高压环境、高温抽真空环境、或者高压抽真空环境等等。进一步说，通过模拟多 种不同的测试环境，然后对从不同测试环境中取出的试验样品进行测量(具体的测量可以包 括：试验样品可以是航空、航天领域用的电子元器件、电阻元器件、各种接插件、零配件及 其它需要在高温、高压、真空试验的器件，这些器件从各种测试环境取出后，通过电压表、 电流表、测压仪、示波器、测力仪器、各种材料分析仪等测试仪器测量数据并分析器件的工 作性能)，记录数据，并对数据进行总结归纳，进行全面地分析，这样的试验数据更加具有 说服力。所以，本发明提供一种温控系统、压力系统、抽真空系统合为一体且试验数据说服 力强的高温高压抽真空试验装置及其操作方法。

2、本发明对试验容器进行可拆式连接，即试验容器和法兰盖的配合，可以方便试验样品 的放入和取出；在空腔内壁嵌装加热丝可以使得试验容器内的温度上升快速却均匀，空腔内 壁的加热丝工作可以使得试验样品四周受到加热，而托架上有的透气孔可以使得放置在托架 上的试验样品底部也得到快速升温和升压，避免托架阻隔从试验样品下方传递而来的热量和 压力，使得试验样品升温和升压快速且均匀。

3、本发明通过设定温控仪上的温度值控制试验容器内的温度，使得试验容器内部的温度 控制变得更加快速、准确。具体地说，通过设定温控仪上的温度值，温控仪可以发送4-20mA 的电流信号达到电力调整器，电力调整器可以通过改变其内部的半导体模块(晶闸管)导通 角的大小，进而控制电力调整器的输出电压大小，输出电压大小改变会引起加热丝上的温度 改变，加热丝的温度改变会引起试验容器内部温度改变，试验容器内部温度改变会引起温度 传感器上的数值改变，而温度传感器会将数值反应到温控仪中，温控仪会检查温度传感器上 显示的数值是否达到设定值，进而确定是否继续发送4-20mA的电流信号，形成前述一个工作 循环，知道试验容器内的温度达到温控仪上的设定值，温控仪会停止发送4-20mA电流信号， 继而电力调整器的输出电压也不会发生改变，试验容器内的温度不会发生改变。

4、本发明通过真空泵实现对试验容器的抽真空处理，排除试验容器内的杂质气体，防止 其他有可能与试验样品发生反应的气体进入到试验容器内；通过装有介质的气瓶、截止阀和 减压阀与试验容器连通可以使得试验容器内的压力值上升，通过泄压口和节流阀与试验容器 连通可以试验容器的压力值下降。

5、本发明在接头上通过高压金属软管与外部管路连接，可以提高气瓶内的介质流经接头 区域的稳定性，防止由于压力过高而导致在接头处管道的爆破。

本发明的另一个目的是提供一种高温高压抽真空试验装置的操作方法，它包括以下的步 骤：

①将试验样品放置在托架上，锁紧法兰盖和节流阀；

②对试验容器进行抽真空处理：接通220V电源，开启第三截止阀，关闭第二截止阀，记 录第三压力表上的数值，然后，开启真空泵对试验容器进行抽真空处理，直到第三压力表显 示压力值小于零再关闭真空泵和第三截止阀；

③对试验容器进行加压处理：设定试验压力值P1，记录第一压力表和第二压力表上的数 值，开启第一截止阀和第二截止阀使得气瓶中的介质流经第一截止阀、减压阀和第二截止阀 到达试验容器，压力变送器测试试验容器端口处压力并发出4-20mA的电流信号，控制台上设 有收集压力变送器发出电流信号的数据采集卡，直到试验容器内的压力值达到试验压力值P1， 关闭第一截止阀和第二截止阀；

④对试验容器进行加温处理：设定温控仪的试验温度值T1，温度传感器测得试验容器内 的温度值传达到温控仪，通过温控仪的信号调理，温控仪发送4-20mA电流信号去控制电力调 整器，电力调整器改变输出电压以增加加热丝温度，从而增加试验容器温度,直到试验容器内 的温度值达到试验温度值T1，温控仪和电力调整器停止工作；

或以上步骤②、③、④中只进行步骤②，然后进入下一步骤；

或以上步骤②、③、④中只进行步骤③，然后进入下一步骤；

或以上步骤②、③、④中只进行步骤④，然后进入下一步骤；

或以上步骤②、③、④中只先后进行步骤②、③，然后进入下一步骤；

或以上步骤②、③、④中只先后进行步骤②、④，然后进入下一步骤；

或以上步骤②、③、④中只先后进行步骤③、④，然后进入下一步骤；

⑤对试验容器在步骤④的状态下对试验样品进行定时保存；

⑥超过步骤⑤中规定的定时后，关闭电源，打开节流阀使得介质从泄压口排出，取出试 验样品，通过测试仪器对试验样品进行数据分析，并记录测量数据。

作为一种优选，所述的步骤④结束后可调节泄压口对试验容器内的压力值再次调节以达 到步骤③中的试验压力设定值P1。

本发明高温高压抽真空试验装置的操作方法具有操作方便快捷，操作安全性高的优点。 具体地说，本发明通过先加压后加温的程序可以避免介质的温度骤变而引起安全隐患；并且， 本申请在模拟高温高压抽真空环境时通过控制真空泵开关对试验容器进行抽真空，通过节流 阀的开关调节试验容器内压力值，通过温控仪上温度值的设定自动进行试验容器内温度值的 调节，此外，若先确定试验容器压力，后续进行的加温调节会引起试验容器内压力值升高， 可以通过泄压口的调节可以快速降低试验容器内的压力值，从而准确快捷地调控试验容器内 的压力值和温度值，这大大简化了模拟高温高压抽真空环境的步骤。

附图说明

图1为本发明的主视图。

图2为本发明的俯视图。

图3为本发明的电路图。

图4为本发明的气路回路图。

图5为图1中试验容器的结构图。

图6为图5中法兰盖的结构示意图。

图7为本发明的后视图。

图8为图5中托架的结构示意图。

图中所示：1、机架，2、接口，3、容器固定架，4、控制台，5、试验样品，6、试验容 器，7、法兰盖，8、真空泵，9、空腔，10、托架，11、加热丝，12、螺栓，13、密封垫，14、 通孔，15、接头，16、温控仪，17、电力调整器，18、温度传感器，19、气瓶，20、减压阀， 21、第一截止阀，22、第二截止阀，23、第三截止阀，24、第一压力表，25、第二压力表， 26、第三压力表，27、透气孔，28、压力变送器，29、泄压口，30、节流阀。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

由图中所示，本发明高温高压抽真空试验装置包括容器固定架3、控制台4、安装容器固 定架3和控制台4的机架1以及用于连接电源的接口2，容器固定架3内设有用于放置试验 样品5且带有密封盖的试验容器6，还包括压力系统、温度系统和真空泵8；所述的压力系统 设置在控制台4内，压力系统的输出端与试验容器6内腔连通以调节试验容器6内压力值； 所述的温度系统由设置在控制台4内的部分和设置在试验容器6内腔内的部分构成，且两部 分相互接通以调节试验容器6内温度值；真空泵9设置在机架1上并与试验容器6内腔连通。

所述的试验容器6内设有空腔9和托架10，所述的密封盖是法兰盖7，法兰盖7与试验 容器6通过螺栓12连接，法兰盖7与试验容器6接触面设有密封垫13；法兰盖7上设有与 试验容器6相通的通孔14，法兰盖7上焊接有接头15；接头15一端与通孔14连通，另一端 与压力系统、真空泵8连通。

所述的温度系统包括加热丝11、温控仪16和电力调整器17，加热丝11嵌装在空腔9的 内周壁，温控仪16和电力调整器17均与电源电连接，温控仪16与电力调整器17之间通过 信号连接；温控仪16上设有温度传感器18，温度传感器18穿过法兰盖7与空腔9接触；电 力调整器17输出端与加热丝11连接。具体来说，加热丝11是一种电热丝，是一种铁铬铝、 镍铬电热合金，其抗氧化性能较强，一般通过电连接工作，最高的使用温度可以达到1400度。

所述的压力系统包括一个装有介质的气瓶19、一个减压阀20、多根连接管道、两个截止 阀和两个压力表，气瓶19出口依次通过第一截止阀21、减压阀20、第二截止阀22与试验容 器6端口连通，第一截止阀21与减压阀20之间设有第一压力表24，减压阀20与第二截止 阀22之间设有第二压力表25；所述的真空泵8输入端通过第三截止阀23和管道与试验容器 6端口连通，第三截止阀23与真空泵8输入端之间设有第三压力表26；试验容器6端口处设 有压力变送器28，试验容器6外接有泄压口29，试验容器6与泄压口29之间设有节流阀30。

所述的接头15通过高压金属软管与外部管路连接。

所述的托架10上设有多个透气孔27。

其中，电力调整器17是应用晶闸管(又称可控硅)及其触发控制电路用于调整负载功率 的盘装功率调整单元，当前运用最多的是数字电路触发可控硅实现调压和调功，调压采用移 相控制方式，调功有定周期调功和变周期调功两种方式。温控器16是调控一体化智能温度控 制仪表，它采用了全数字化集成设计，具有温度曲线可编程或定点恒温控制、多重PID调节、 输出功率限幅曲线编程、手动/自动切换、软启动、报警开关量输出、实时数据查询、与计算 机通讯等功能。仪表直接直接输出晶闸管触发信号，可驱动各类晶闸管负载。在本发明中， 温控仪16发出4-20mA的电流信号驱动电力调整能器17改变输出电压值，进而改变加热丝 11的温度值。本发明中各个控制元器件的开关均有设置在控制台4的台面上。

压力变送器28是指输出为标准信号的压力传感器，是一种接受压力变量按比例转换为标 准输出信号的仪表；它能将测压元件传感器感受到的气体、液体等物理压力参数转变成标准 的电信号(如4-20mA电流信号等)，以供给指示报警仪、记录仪、调整器等测绘仪表进行测 量、指示和过程调节。如图3所示，本发明的电路控制原理是：

QF为真空泵主回路断路器、KM为主回路接触器、FR为主回路热继电器、FU和FU1为熔 芯、SB1为控制回路电源开关、SB2为真空泵停止按钮、SB3为真空泵启动按钮、KM+为接触 器常开触点、FR+为热继电器常闭触点。

首先，合上主回路断路器QF，打开控制回路电源开关SB1，按下真空泵启动按钮SB3， 主回路接触器KM吸合，接触器常开触点KM+自保，220V主回路接通真空泵8启动运转。抽真 空完毕，按下真空泵停止按钮SB2，接触器KM断开，主回路断电，真空泵8停止运转。当真 空泵8有异常发生过流现象，热继电器FR会自动断开保护。

本发明高温高压抽真空试验装置的操作方法，它包括以下步骤：

①将试验样品6放置在托架10上，锁紧法兰盖7和节流阀30；

②对试验容器6进行抽真空处理：接通220V电源，开启第三截止阀23，关闭第二截止 阀22，纪录第三压力表26上的数值，然后，开启真空泵8对试验容器6进行抽真空处理， 直到第三压力表26显示压力值小于零再关闭真空泵8和第三截止阀23；

③对试验容器6进行加压处理：设定试验压力值P1，纪录第一压力表24和第二压力表 25上的数值，开启第一截止阀21和第二截止阀22使得气瓶19中的介质流经第一截止阀21、 减压阀20和第二截止阀22到达试验容器6，压力变送器28测试试验容器6端口处压力并发 送4-20mA的电流信号，控制台4上设有收集压力变送器28发出电流信号的数据采集卡，直 到试验容器6内的压力值达到试验压力值P1，关闭第一截止阀21和第二截止阀22；其中， P1值可记录在笔记本上作为参照，通过压力变送器28发出的电流信号，数据采集卡收集， 并通过计算机转化，进而完成实时地监测试验容器6内的压力值是否达到P1值；

④对试验容器6进行加温处理：设定温控仪16的试验温度值T1，温度传感器18测得试 验容器6内的温度值传达到温控仪16，通过温控仪16的信号调理，温控仪16发送4-20mA 电流信号去控制电力调整器17，电力调整器17改变输出电压以增加/提高加热丝11温度， 从而增加/提供啊试验容器6及空腔9的温度,直到试验容器6内的温度值达到试验温度值T1， 温控仪16和电力调整器17停止工作；

或以上步骤②、③、④中只进行步骤②，然后进入下一步骤；

或以上步骤②、③、④中只进行步骤③，然后进入下一步骤；

或以上步骤②、③、④中只进行步骤④，然后进入下一步骤；

或以上步骤②、③、④中只先后进行步骤②、③，然后进入下一步骤；

或以上步骤②、③、④中只先后进行步骤②、④，然后进入下一步骤；

或以上步骤②、③、④中只先后进行步骤③、④，然后进入下一步骤；

⑤对试验容器6在步骤④的状态下对试验样品5进行定时保存；

⑥超过步骤⑤中规定的定时后，关闭电源，打开节流阀30使得介质从泄压口29排出， 取出试验样品5，通过测试仪器对试验样品5进行测量，并记录测量数据。其中，所述的测 试仪器可以是电流表、电压表、测压仪等各种测试仪器。

所述的步骤④结束后可调节泄压口29对试验容器6内的压力值再次调节以达到步骤③中 的试验压力设定值P1。

上述步骤⑤中的定时时间可以为24小时，也可任意设定时间，具体可照试验要求而定。

举例来说：对于不同元件用不同的步骤，如有一种晶体材料，要求在氮气保护下，加压 15MPa，加温200度，那么首先打开真空泵8抽真空，抽到-0.1MPa，接下去调节压力，如进 气压力为25MPa，通过减压阀20作用将压力值调至15MPa，向试验容器6充入氮气，充气完 毕，打开温度系统，在温控仪16上设定温度值为200度，然后计时试验，一般是24小时。 时间到，放气、关闭电源，取出晶体材料去做分析，也就是说在这么恶劣环境下，测试晶体 材料的性能是否发生改变。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用于限制本发明的保护范围。凡在本发明权利 要求之内，所作的任何修改、等同替换及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。