一种控温湿条件下同步测试多组试样压缩蠕变测试装置

摘要

本发明提供了一种控温湿条件下同时测试多组试样压缩蠕变测试装置，其包括温度控制系统、湿度控制系统、样品室和计算机系统，计算机系统通过温度控制系统和湿度控制系统来控制样品室的温湿度，样品室内设有温、湿度传感器和压缩蠕变测试装置，温、湿度传感器与计算机系统相连；压缩蠕变测试装置包括导向杆、力学传感器、应变片、螺栓、顶板、中板、螺纹杆、底板和压缩弹簧；力学传感器固定设置在顶板中部，待测试样放置在力学传感器和中板之间，力学传感器与样品直接接触，样品的中部贴有应变片，应变片和力学传感器均与计算机系统连接。本发明能够在宽温域、全湿度的范围内，精确控温度、湿度并同时测试多组试样的蠕变，大大节省实验时间。

说明书

技术领域

本发明公开了一种材料性能测试装置，如金属、塑料、岩石和陶瓷材料等的 性能测试装置，其具体是一种控温湿条件下同步测试多组试样压缩蠕变测试装 置，属于材料性能检测技术领域。

背景技术

蠕变是指固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现 象；蠕变与塑性变形不同，塑性变形通常在应力超过弹性极限之后才出现，而蠕 变只要应力的作用时间相当长，它在应力小于弹性极限施加的力时也能出现。许 多材料(如金属、塑料、岩石和陶瓷等)在一定条件下都表现出蠕变的性质，因 此众多工程问题都会涉及到蠕变，为了使材料在长期载荷作用下发挥其功能，必 需研究它们的蠕变性能。

材料的蠕变性能与其所处的温湿度环境有着紧密的关系，例如高分子工程塑 料在玻璃化转变温度附近蠕变会增大；吸水性较高的尼龙材料在不同湿度下的蠕 变行为也不尽相同。

目前，国内各大研究所和高校所采用的实验装置存在一些不足，如中国发明 专利(申请号：ZL2011104124601)公开了一种蠕变测试装置及其测试方法，其 通过控制砝码来保持恒压，用带表游标卡尺来保证位移测量的进度，从而表征材 料的蠕变性能，但是此装置存在如下缺陷：(1)没有精确控制温度和湿度的装置， 无法表征材料在特定温湿度下的蠕变性能；(2)该装置不能同时测试多组试样的 蠕变性能，因此样品测试数量较多时耗时久。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，主要针对金属、岩石、陶瓷、高分子工程 塑料以及尼龙材料，本发明提供了一种控温湿条件下同步测试多组试样压缩蠕变 测试装置，其占用空间小，能够在宽温域(-80到300℃)、全湿度的范围内，精 确控温度、湿度并同时测试多组试样的蠕变，大大节省实验时间，且多组数据取 平均值能够降低实验误差。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种控温湿条件下同时测试多组试样压缩蠕变测试装置，其包括温度控制系 统、湿度控制系统、样品室和计算机系统，计算机系统分别连接温度控制系统和 湿度控制系统，温度控制系统和湿度控制系统与样品室连接来控制样品室内的温 度和湿度，样品室内设有温度传感器、湿度传感器以及多组压缩蠕变测试装置， 温度传感器和湿度传感器与计算机系统相连；所述压缩蠕变测试装置包括导向 杆、力学传感器、应变片、螺栓、活动顶板、活动中板、螺纹杆、底板和压缩弹 簧；压缩蠕变测试装置的顶部、中部和底部分别平行设置活动顶板、活动中板和 底板，底板的四个顶角均设有置螺纹杆，螺纹杆的顶端配有可活动的螺栓，螺栓 位于活动顶板之上；在底板中部设有导向杆，导向杆和螺纹杆均穿过活动顶板和 活动中板上的通孔，压缩弹簧套设在导向杆上并位于底板和活动中板之间；力学 传感器固定设置在活动顶板的中部，待测试样放置在力学传感器和活动中板之 间，力学传感器与待测试样直接接触，可实时测试出待测试样上被施加的应力； 待测试样的中部贴有应变片，实时记录待测试样的形变数据；应变片和力学传感 器均与计算机系统连接，用计算机系统记录下特定压力下应变量与时间的关系。

进一步地，所述底板的四个顶角均设有螺纹孔，分别在螺纹孔中固定设置螺 纹杆。

进一步地，所述导向杆设有2根，导向杆在底板上对称设置。

进一步地，所述通孔与导向杆的配合精度高于H6/f5。

进一步地，所述温度控制系统包括冷源控制仪、热源控制仪、导热介质控制 仪、温度控制仪，控温方式为微机控温和PID调节，控温范围为-80～300℃，精 度为±0.1℃，温度波动度为±0.05℃。

进一步地，所述湿度控制系统包括干燥气控制仪、水控制仪和湿度控制仪， 湿度控制范围为0～100％，精度为±2％。

进一步地，所述应变片和力学传感器的精度均为±1％。

进一步地，所述样品室内设有32组压缩蠕变测试装置，分为4层，每层8 组。

进一步地，所述待测试样的形状为圆柱体。所述待测试样为高20mm、底面 直径为10mm的圆柱体。

本发明试验周期短，试验效率高，试验数据准确、精度高，其具体优点如下：

(1)本发明能够在宽温域(-80～300℃)、全湿度(相对湿度0-100％)的范 围内，在计算机系统终端控制下，利用温度控制系统和湿度控制系统精确地把控 待测试样所在环境的温度(精确度为±0.1℃)和湿度(精确度为±2％)，这样就 可以表征在特定温度和湿度下的待测试样的蠕变性能。

(2)样品室中的温度传感器、湿度传感器、应变片和力学传感器与计算机 系统连接，通过计算机系统就可以实时测试样品室中的温度、湿度以及作用在待 测试样上的压力、应变量，不需要人工记录数据，测试数据科学、准确、全面， 计算机系统会直接绘制出蠕变曲线，更加直观；对于测试蠕变性能这种检测周期 较长的测试来说，方便省力。

(3)现有测试压缩蠕变性能大约需要1个月的时间，测试时必须等待一个 样品测试完毕后才能继续第二个样品的测试，如果n个样品需要测试，则需要 n*1个月的时间，测试周期很长；而本发明充分利用样品室的立体空间，在样品 室内设置4层、每层8组的压缩蠕变测试装置，能同时测试1至32组待测试样 的压缩蠕变性质，大大地节省了实验时间，试验周期缩短、试验效率提高。

(4)此外，同时平行测试多组待测试样，再取平均值，可以降低实验误差。

(5)此外，本发明的各组压缩蠕变测试装置相互独立，既可以同时测试同 种试样的32组平行测试，也可以同时测试不同种试样的蠕变性能，也互不干扰， 十分方便。

(6)本发明的每组压缩蠕变测试装置均设计合理，结构简单，占用空间小。

(7)本发明一不需要加减砝码，二不用液压或电机驱动压力来控制恒压， 而是通过旋转螺纹杆上螺栓来控制作用在待测试样的压力，操作简单，节省能源， 可以保证压缩荷载具有长期的稳定性和可靠性。

附图说明

图1是本发明的控温湿条件下同步测试多组试样压缩蠕变测试装置的结构 示意图；

图2是本发明样品室中的测试装置的结构示意图；

图3是本发明中底板的俯视图；

图4是实施例1中的应变片的形变随时间的变化关系图；

图5是实施例2中的应变片的形变随时间的变化关系图；

图6是实施例3中的应变片的形变随时间的变化关系图；

图7是实施例4中的应变片的形变随时间的变化关系图；

其中，1-温度控制系统，2-湿度控制系统，3-样品室，4-计算机系统，5-压 缩蠕变测试装置，6-导向杆，7-力学传感器，8-待测试样，9-应变片，10-螺栓， 11-活动顶板，12-活动中板，13-螺纹杆，14-底板，15-压缩弹簧，16-螺纹孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，本实施例的控温湿条件下同时测试多组试样压缩蠕变测试装置 包括温度控制系统1、湿度控制系统2、样品室3和计算机系统4；计算机系统4 直接连接温度控制系统1和湿度控制系统2，温度控制系统1和湿度控制系统2 与样品室3连接来控制样品室3内部的温度和湿度(即计算机系统4通过温度控 制系统1和湿度控制系统2来控制样品室3内部的温度和湿度)；样品室3内设 有温度传感器、湿度传感器以及多组压缩蠕变测试装置5，温度传感器和湿度传 感器与计算机系统4相连，计算机系统4负责接收和处理数据。32组压缩蠕变 测试装置5设置为4层，每层8组。

如图2所示，压缩蠕变测试装置5包括导向杆6、力学传感器7、待测试样 8、应变片9、螺栓10、活动顶板11、活动中板12、螺纹杆13、底板14、压缩 弹簧15和螺纹孔16；压缩蠕变测试装置5的顶部、中部和底部分别设有活动顶 板11、活动中板12和底板14，三者平行设置；底板14的四个顶角均设有螺纹 孔16，分别在螺纹孔16中固定设置螺纹杆13，螺纹杆13的顶端配有可活动的 螺栓10，螺栓10位于活动顶板11之上；在底板14中部设有2根导向杆6，导 向杆6和螺纹杆13均穿过活动顶板11和活动中板12上的通孔，通孔与导向杆 6的配合精度高于H6/f5，压缩弹簧15套设在导向杆6上并位于底板14和活动 中板12之间；力学传感器7固定设置在活动顶板11的中部，待测试样8放置在 力学传感器7和活动中板12之间，力学传感器7与待测试样8直接接触，实时 测试出待测试样8上被施加的应力；待测试样8的中部贴有应变片9，实时记录 样品形变数据；应变片9和力学传感器7均与计算机系统4连接，计算机系统4 支持多通道采集和处理数据，总之，样品室3中的温度、湿度、应变、力学信号 均通过数据线传递给计算机系统4。

温度控制系统1包括冷源、热源、导热介质、温度控制仪，控温方式为微机 控温和PID调节，控温范围为-80～300℃，精度为±0.1℃，温度波动度为±0.05℃。 湿度控制系统2包括干燥气、水、湿度控制仪，湿度控制范围0～100％，精度为 ±2％。应变片9和力学传感器7的精度均为±1％，包含温度补偿功能。计算机系 统4包括数据触发、数据记录、数据存储和数据运算等器件，同步记录体系温度、 湿度、力学传感器7的应力数据和应变片9的应变数据，支持多通道同步采集数 据。

实施例1

32组尼龙材料在40℃、相对湿度30％、10公斤压力条件下，1个月内的压 缩蠕变测试；

待测尼龙材料通过注塑机注塑成高20mm、底面直径为10mm的圆柱体，应 变片9贴在待测试样8中部，待测试样8放置在活动中板12与力学传感器7之 间，力学传感器7和应变片9与计算机系统4连接，测试前将读数清零，同时旋 转顶部的4个螺栓10，使得力学传感器7的读数为10.0公斤后，将一组压缩蠕 变测试装置5放入样品室3中，重复以上步骤将32组待测试样8全部放入样品 室3中，样品室3中的温度传感器、湿度传感器与计算机系统4连接，样品室3 与温度控制系统1和湿度控制系统2连接，温度控制系统1和湿度控制系统2由 计算机系统4直接控制，并且由计算机系统4实时采集温度、湿度、压力和应变 数据。

调节温度为40℃、相对湿度为30％，系统稳定后，由传感器测得样品室3 内温度为39.9℃，相对湿度为28％；开始记录应变片9的形变随时间的变化关系 (具体数据详见图4)，持续1个月后，计算出该尼龙材料在40℃、相对湿度30％、 10公斤压力条件、1个月压缩蠕变值，该压缩蠕变平均值为0.49％。

实施例2

32组尼龙材料在40℃、相对湿度90％、10公斤压力条件下，1个月内的压 缩蠕变测试；

待测尼龙材料通过注塑机注塑成高20mm、底面直径为10mm的圆柱体，应 变片9贴在待测试样8中部，待测试样8放置在活动中板12与力学传感器7之 间，力学传感器7和应变片9与计算机系统4连接，测试前将读数清零，同时旋 转顶部的4个螺栓10，使得力学传感器7的读数为10.0公斤后，将一组压缩蠕 变测试装置5放入样品室3中，重复以上步骤将32组待测试样8全部放入样品 室3中，样品室3中的温度传感器、湿度传感器与计算机系统4连接，样品室3 与温度控制系统1和湿度控制系统2连接，温度控制系统1和湿度控制系统2由 计算机系统4直接控制，并且由计算机系统4实时采集温度、湿度、压力和应变 数据。

调节温度为40℃、相对湿度为90％，系统稳定后，由传感器测得样品室3 内温度为39.9℃，相对湿度为89％；开始记录应变片9的形变随时间的变化关系 (具体数据详见图5)，持续1个月后，计算出该尼龙材料在40℃、相对湿度90％、 10公斤压力条件、1个月的压缩蠕变值，该压缩蠕变平均值为0.62％。

由实施例1和2可见，随着湿度增大，容易吸水的尼龙材料压缩蠕变也在相 应的增加。

实施例3

32组PBT材料在25℃、相对湿度30％、10公斤压力条件下，1个月内的压 缩蠕变测试；

待测PBT材料通过注塑机注塑成高20mm、底面直径为10mm的圆柱体， 应变片9贴在待测试样8中部，待测试样8放置在活动中板12与力学传感器7 之间，力学传感器7和应变片9与计算机系统4连接，测试前将读数清零，同时 旋转顶部的4个螺栓10，使得力学传感器7的读数为10.0公斤后，将一组压缩 蠕变测试装置5放入样品室3中，重复以上步骤将32组待测试样8全部放入样 品室3中，样品室3中的温度传感器、湿度传感器与计算机系统4连接，样品室 3与温度控制系统1和湿度控制系统2连接，温度控制系统1和湿度控制系统2 由计算机系统4直接控制，并且由计算机系统4实时采集温度、湿度、压力和应 变数据。

调节温度为25℃、相对湿度为30％，系统稳定后，由传感器测得样品室3 内温度为25.1℃，相对湿度为30％；开始记录应变片9的形变随时间的变化关系 (具体数据详见图6)，持续1个月后，计算出该PBT材料在25℃、相对湿度30％、 10公斤压力条件、1个月的压缩蠕变值，该压缩蠕变平均值为0.35％。

实施例4

32组PBT材料在90℃、相对湿度30％、10公斤压力条件下，1个月内的压 缩蠕变测试；

待测PBT材料通过注塑机注塑成高20mm、底面直径为10mm的圆柱体， 应变片9贴在待测试样8中部，待测试样8放置在活动中板12与力学传感器7 之间，力学传感器7和应变片9与计算机系统4连接，测试前将读数清零，同时 旋转顶部的4个螺栓10，使得力学传感器7的读数为10.0公斤后，将一组压缩 蠕变测试装置5放入样品室3中，重复以上步骤将32组待测试样8全部放入样 品室3中，样品室3中的温度传感器、湿度传感器与计算机系统4连接，样品室 3与温度控制系统1和湿度控制系统2连接，温度控制系统1和湿度控制系统2 由计算机系统4直接控制，并且由计算机系统4实时采集温度、湿度、压力和应 变数据。

调节温度为90℃、相对湿度为30％，系统稳定后，由传感器测得样品室3 内温度为89.9℃，相对湿度为30％；开始记录应变片9的形变随时间的变化关系 (具体数据详见图7)，持续1个月后，计算出该PBT材料在90℃、相对湿度30％、 10公斤压力条件、1个月的压缩蠕变值，该压缩蠕变平均值为0.48％。

由实施例3和4可见，随着温度增大，PBT材料压缩蠕变也在相应的增加。

以上所述仅为本发明优选例实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。 任何在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含 在本发明的权利要求保护范围之内。