專利名稱：測量材料內(nèi)部溫度場和壓力場的方法、系統(tǒng)和承壓裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料成型溫度場和壓力場測量技術(shù)，尤其是一種測量材料內(nèi)部溫度場和壓力場的方法、系統(tǒng)和承壓裝置。
背景技術(shù)：
在材料成型工藝中，一般把材料放于內(nèi)部充滿液體(如油)介質(zhì)的全密閉高溫超高壓的環(huán)境進行產(chǎn)品制作，其中材料的內(nèi)部溫度場和壓力場是成型工藝的重要參數(shù)，為工藝人員掌握不同材料、不同溫度和不同升壓卸壓速率對產(chǎn)品性能的影響方面提供了具有重要參考價值的數(shù)據(jù)。因此材料成型技術(shù)領(lǐng)域的研究人員希望在材料成型過程中能夠?qū)崟r檢測并記錄材料的內(nèi)部溫度場和壓力場，從而為材料成型工藝研究提供真實可靠的數(shù)據(jù)。但由于材料在成型過程中始終處在全密閉空間，并且為高溫超高壓環(huán)境，如果使用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)采集檢測儀器直接放置在這種環(huán)境中，數(shù)據(jù)采集檢測儀器將無法采集和檢測數(shù)據(jù)，甚至喪失測量能力，使儀器損壞。因此在材料成型的密閉高溫超高壓環(huán)境里一直沒出現(xiàn)可以對材料內(nèi)部溫度場和壓力場進行測量的方法和設(shè)備，以至于不能實現(xiàn)對成型材料的內(nèi)部溫度場和壓力場實時檢測和記錄的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種測量材料內(nèi)部溫度場和壓力場的方法、系統(tǒng)和承壓裝置，目的是為了在全密閉高溫超高壓環(huán)境中能夠?qū)崟r檢測和記錄材料在成型過程中的內(nèi)部溫度場和壓力場。本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種承壓裝置，包括，承壓筒體，包括殼體和至少一層隔離層；承壓平蓋，包括引線出口；密封件，包括橡膠密封圈，該橡膠密封圈設(shè)置在承壓筒體和承壓平蓋之間的連接處；所述密封件還包括金屬擋環(huán)，該金屬擋環(huán)設(shè)置在所述橡膠密封圈內(nèi)側(cè)；緊固所述承壓平蓋和所述承壓筒體的緊固件。進一步地，所述隔離層包括真空層和絕熱材料層。進一步地，所述真空層還包括密封接口，該密封接口具有連通外部空氣的通孔和常閉開關(guān)；和/或，所述絕熱材料層由納米孔絕熱材料制成。進一步地，所述承壓平蓋的所述引線出口的數(shù)量至少為兩個；所述承壓平蓋中的每個所述引線出口分別設(shè)置有密封塞組合件，該密封塞組合件包括兩端分別連接測量導(dǎo)線的錐塞和包裹該錐塞的襯套，并且該密封塞組合件貫穿于所述承壓平蓋的引線出口。進一步地，所述緊固件為螺柱及螺母，數(shù)量至少為一對。進一步地，所述承壓筒體中的所述殼體和所述承壓平蓋為合金鋼材料；和/或，
所述承壓裝置接有吊鉤。本發(fā)明還提供一種測量材料內(nèi)部溫度場和壓力場的系統(tǒng)，該系統(tǒng)與被測材料一起被置于密閉容器中，且該系統(tǒng)包括如上述的承壓裝置，以及，數(shù)據(jù)采集存儲器、測量導(dǎo)線和至少一個的傳感器；其中，所述傳感器置于承壓裝置外部，將采集到的被測材料內(nèi)部的數(shù)據(jù)通過所述測量導(dǎo)線發(fā)送給承壓裝置內(nèi)部的數(shù)據(jù)采集存儲器；所述數(shù)據(jù)采集存儲器保存所述傳感器發(fā)來的數(shù)據(jù)。進一步地，所述傳感器放置于被測材料內(nèi)部。本發(fā)明中利用上述的測量材料內(nèi)部溫度場和壓力場的系統(tǒng)測量材料內(nèi)部溫度場和壓力場的方法為由置于承壓裝置外部的傳感器采集被測材料中的數(shù)據(jù)，將采集到的被測材料內(nèi)部的數(shù)據(jù)通過測量導(dǎo)線發(fā)送給承壓裝置內(nèi)部的數(shù)據(jù)采集存儲器；所述數(shù)據(jù)采集存儲器保存所述傳感器發(fā)來的數(shù)據(jù)。進一步地，所述傳感器的個數(shù)為多個，且在被測材料中不同位置預(yù)埋該多個傳感器。通過本發(fā)明提供的測量材料內(nèi)部溫度場和壓力場的方法、系統(tǒng)和承壓裝置，實現(xiàn)了在全密閉高溫超高壓環(huán)境中實時檢測和記錄材料在成型過程中的內(nèi)部溫度場和壓力場的有益效果。


為了進行描述并有助于更好地理解本發(fā)明的特性，根據(jù)本發(fā)明實用優(yōu)選實施例， 提供一組附圖作為這些描述的組成部分，其中，示例性的和非示例性的特征被呈現(xiàn)如下圖1為承壓裝置的立體圖。圖2為承壓裝置的剖視圖。圖3為承壓裝置中A部的放大4為承壓裝置中B部的局部放大5為本發(fā)明系統(tǒng)組成示意圖。圖6為本發(fā)明方法流程圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖，詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的實施方式。需要指出的是，這些附圖僅僅是示意性的，而且也不一定是按照比例繪制的，不構(gòu)成對本發(fā)明的保護范圍的限定。本發(fā)明提供一種承壓裝置，如圖1的承壓裝置的立體圖和圖2的承壓裝置的剖視示意圖。該承壓裝置包括，承壓筒體1，包括殼體11和至少一層隔離層12 ；承壓平蓋2，包括引線出口 21 ；密封件3，包括橡膠密封圈31，該橡膠密封圈31設(shè)置在承壓筒體1和承壓平蓋2 之間的連接處；所述密封件3還包括金屬擋環(huán)32，該金屬擋環(huán)32設(shè)置在所述橡膠密封圈31 內(nèi)側(cè)；
緊固所述承壓平蓋和所述承壓筒體的緊固件4。如圖5所示，本發(fā)明還提供一種測量材料內(nèi)部溫度場和壓力場的系統(tǒng)，該系統(tǒng)與被測材料一起被置于密閉容器中，且該系統(tǒng)包括如上述的承壓裝置，以及，數(shù)據(jù)采集存儲器、測量導(dǎo)線和至少一個的傳感器；其中，所述傳感器置于承壓裝置外部，將采集到的被測材料內(nèi)部的數(shù)據(jù)通過所述測量導(dǎo)線發(fā)送給承壓裝置內(nèi)部的數(shù)據(jù)采集存儲器；所述數(shù)據(jù)采集存儲器保存所述傳感器發(fā)來的數(shù)據(jù)。由于材料成型工藝通常需要將材料放于內(nèi)部充滿液體(如油)介質(zhì)的全密閉高溫超高壓的設(shè)備中，由于以前沒有保護裝置，無法將現(xiàn)有測試儀器中進行保存記錄的數(shù)據(jù)采集存儲器放置在這樣的高溫超高壓環(huán)境里工作。并且設(shè)備為全密閉環(huán)境，不適宜設(shè)置引線出口，所以也不能依靠引出導(dǎo)線來接收內(nèi)部溫度和壓力數(shù)據(jù)。本發(fā)明提供的承壓裝置為測試儀器中的數(shù)據(jù)采集存儲器(包括測試儀器的電源) 提供保護，將數(shù)據(jù)采集存儲器放置在承壓裝置內(nèi)，使數(shù)據(jù)采集器可以依靠承壓裝置承受高壓和隔絕高熱的性能在全密閉高溫超高壓的設(shè)備中進行正常工作，并且該承壓裝置為數(shù)據(jù)采集存儲器和用于接收溫度場和壓力場信息的傳感器之間提供引線出口，從而能夠保證數(shù)據(jù)采集存儲器安全地接收到材料在高溫超高壓設(shè)備中成型過程中的內(nèi)部溫度和壓力數(shù)據(jù)， 為實現(xiàn)某材料成型檢測提供可靠的保障。如圖6所示，本發(fā)明中利用上述的測量材料內(nèi)部溫度場和壓力場的系統(tǒng)測量材料內(nèi)部溫度場和壓力場的方法為Si、由置于承壓裝置外部的傳感器采集被測材料中的數(shù)據(jù)，將采集到的被測材料內(nèi)部的數(shù)據(jù)通過測量導(dǎo)線發(fā)送給承壓裝置內(nèi)部的數(shù)據(jù)采集存儲器；S2、所述數(shù)據(jù)采集存儲器保存所述傳感器發(fā)來的數(shù)據(jù)。進一步地，為達(dá)到承壓裝置承受高壓的效果，本發(fā)明優(yōu)選所述承壓筒體中的所述殼體和所述承壓平蓋為合金鋼材料，尤其是低合金超高強度鋼35CrMnSiA。進一步地，所述隔離層12包括真空層121和絕熱材料層122。隔離層12將承壓裝置外部的高溫隔離，其中真空層121和絕熱材料層122都能起到降低熱傳導(dǎo)速率的隔熱作用，使隔離層圍成的內(nèi)部空間溫度不會隨外部溫度升高而升高，將數(shù)據(jù)采集存儲器放置在這個內(nèi)部空間中就可以正常穩(wěn)定的工作了。為達(dá)到更好的隔熱效果，隔離層12可以設(shè)置為多層，本發(fā)明的具體實施例優(yōu)選從外到內(nèi)設(shè)置兩層隔離層 12，因此，在承壓裝置的殼體11內(nèi)，從外到內(nèi)可以依次為真空層、絕熱材料層、真空層和絕熱材料層，最里層的絕熱材料層就圍成了數(shù)據(jù)采集存儲器放置所在的內(nèi)部空間。其中，所述絕熱材料層122優(yōu)選由納米孔絕熱材料，比如納米孔氣凝膠類制成，從而能夠承受高溫。納米孔絕熱材料的氣孔尺寸小于空氣平均分子自由程(<70nm)且具有很低的體積密度，材料在常溫和設(shè)定的溫度下有比空氣更低的絕熱系數(shù)，利用這種材料能夠有效解決對流傳熱的問題，使對流傳熱降到最低。進一步地，所述真空層121還包括密封接口 123，該密封接口 123具有連通外部空氣的通孔和常閉開關(guān)；由于本發(fā)明的承壓裝置在多次使用后承壓筒體1中的真空層121均會有一定的泄漏量，會降低隔熱效果，為了讓真空層121在承壓裝置放入高溫環(huán)境時仍維持絕熱狀態(tài)，需要保證真空層121始終具有一定的真空程度，因此該真空層121經(jīng)常需要進行抽真空處理。 因此本發(fā)明設(shè)置了該密封接口 123，使真空層121內(nèi)漏進的空氣能夠通過通孔由真空泵抽出，抽真空之后又能依靠常閉開關(guān)較長時間的保持內(nèi)部的真空程度。本發(fā)明的優(yōu)選實施例中利用自密封快插接頭來同時實現(xiàn)通孔和常閉開關(guān)，這樣既可以接真空泵的插頭，使內(nèi)部空氣被抽出真空層，又可以在拔下插頭后立即關(guān)閉通孔自動密封，從而達(dá)到一舉兩得的作用。上述的自密封快插接頭和真空泵為現(xiàn)有技術(shù)，本文不再贅述。進一步地，為了對材料內(nèi)部溫度場和壓力場進行更精確的測量，傳感器放置于被測材料內(nèi)部。所述傳感器的個數(shù)可以為多個，且在被測材料中不同位置預(yù)埋該多個傳感器。 這樣可以在材料成型的同時獲取多組數(shù)據(jù)，方便進行更準(zhǔn)確的分析和處理。由于每個傳感器都需要引出兩根導(dǎo)線與數(shù)據(jù)采集器相接從而形成回路。因此根據(jù)圖1和圖3，所述承壓平蓋2的所述引線出口 21的數(shù)量至少為兩個。進一步地，如圖3所述承壓平蓋2中的每個所述引線出口 21分別設(shè)置有密封塞組合件22，該密封塞組合件包括兩端分別連接測量導(dǎo)線的錐塞221和包裹該錐塞221的襯套222，并且該密封塞組合件22貫穿于所述承壓平蓋2的引線出口 21。上述錐塞221為導(dǎo)電材料制成，將錐塞221在引線出口 21靠近承壓裝置外部的位置設(shè)計為錐狀從而起到密封引線出口 21的作用，在引線出口 21內(nèi)部則設(shè)計為柱狀，使錐塞 21貫穿承壓平蓋2的內(nèi)外，從而使其兩端可以分別連接導(dǎo)線以實現(xiàn)內(nèi)部的數(shù)據(jù)采集存儲器和外部的傳感器電性相通。本實施例優(yōu)選利用導(dǎo)電金屬作為錐塞221的材料，尤其是錫青銅。根據(jù)本發(fā)明的方法，在被測材料中多個位置預(yù)埋多個傳感器，本實施例中優(yōu)選在被測材料中預(yù)埋六個傳感器，每個測量點都由傳感器引出兩根測量導(dǎo)線，因此在本實施例的承壓平蓋2的引線出口 21上的密封塞組合件22的數(shù)量優(yōu)選為十二個，每個密封塞組合件22的錐塞221兩端分別連接一根外部測量導(dǎo)線和一根內(nèi)部測量導(dǎo)線。其中，傳感器與外部測量導(dǎo)線相接，數(shù)據(jù)采集存儲器與內(nèi)部測量導(dǎo)線相接，通過導(dǎo)電的錐塞221實現(xiàn)電性接
ο另外，密封塞組合件22還包括了襯套222，該襯套222以與錐塞221相應(yīng)的形狀將錐塞包裹，并與錐塞221配合共同實現(xiàn)了對引線出口 21的密封。同時為了起到隔熱作用， 并且將引線出口 21中的錐塞221與合金鋼制成的承壓平蓋2絕緣，整個襯套222均由聚四氟乙烯制成。當(dāng)然，該襯套222除了可以作為一個整體加工成形外，也可以分為錐形段和圓柱段兩部分進行分別加工成形，而其中的圓柱段的材料也可以由熱塑管替代。只要使襯套 222能夠配合錐塞221起到密封和絕緣效果的任何材料，都可以作為替代材料。上述在引線出口 21的密封塞組合件22的設(shè)計既實現(xiàn)了材料成型的全密閉環(huán)境也不妨礙承壓裝置內(nèi)部數(shù)據(jù)采集存儲器與外部傳感器的電性相接。另一方面，在承壓平蓋2在承壓裝置內(nèi)部的部分也可以設(shè)置隔離層，尤其是絕熱材料層，這樣進一步增加了隔熱效果也減少了承壓平蓋2和承壓筒體1之間的縫隙。進一步地，如圖2所示，承壓平蓋2的引線出口 21靠近內(nèi)部的位置可以為多根內(nèi)部測量導(dǎo)線設(shè)置放置空間和/或通孔，起到對多根導(dǎo)線的聚攏收納作用。根據(jù)圖4，密封件3，包括橡膠密封圈31，該橡膠密封圈31設(shè)置在承壓筒體1和承壓平蓋2之間的連接處；所述密封件3還包括金屬擋環(huán)32，該金屬擋環(huán)32設(shè)置在所述橡膠
6密封圈31內(nèi)側(cè)；橡膠密封圈31為具有密封隔熱作用，本實施例橡膠密封圈31采用氟橡膠材料，在隔熱的同時具有更好的彈性和密封作用。金屬擋環(huán)32材料選用黃銅，在高壓狀態(tài)下，橡膠密封圈31被壓緊從而將金屬擋環(huán)32與承壓筒體1和承壓平蓋2之間的連接處的縫隙減小， 進一步加強密封性，同時也防止了更大壓力下橡膠密封圈31受壓會擠入承壓平蓋2和承壓筒體1之間的縫隙最終導(dǎo)致的密封效果喪失的后果。根據(jù)圖2，承壓裝置還包括緊固所述承壓平蓋和所述承壓筒體的緊固件4。進一步地，所述緊固件4為螺柱及螺母，數(shù)量至少為一對。利用多個螺栓可以使承壓筒體1和承壓平蓋2保持緊密連接，對整個承壓裝置的密封起到了至關(guān)重要的作用。將螺柱及螺母圍繞承壓平蓋2邊緣設(shè)置一周，使承壓筒體1 和承壓平蓋2連接處均勻受力并得到更好的密封。進一步地，所述承壓裝置接有吊鉤5。為本發(fā)明的承壓裝置易于從全密閉設(shè)備中取出或放入以及搬運提供著力點。本實施例設(shè)置了吊鉤5，并且該吊鉤可以沿承壓平蓋2的外緣設(shè)置多個，在本實施例中設(shè)置了三個或四個。本發(fā)明經(jīng)過試驗，已經(jīng)成功用于被測材料在溫度為120°C、壓力為IOOMPa的油介質(zhì)中連續(xù)4小時成型過程的內(nèi)部溫度場的數(shù)據(jù)采集和存儲；以及材料在溫度為100°C、壓力為150MPa的油介質(zhì)中連續(xù)6小時成型過程的內(nèi)部溫度場的數(shù)據(jù)采集和存儲。另外，本發(fā)明中的測量材料內(nèi)部溫度場和壓力場的系統(tǒng)中的傳感器可以是檢測除溫度、壓力以及之外的各種其他類型的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集存儲器也可以保存記錄相應(yīng)的其他類型數(shù)據(jù)。承壓裝置的固定件也可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到的各種固定方式固定。本實施例中的絕熱材料優(yōu)選納米孔絕熱材料但并不僅限于這種材料，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到的其他各種替換方式均落入本發(fā)明的權(quán)利要求書保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種承壓裝置，其特征在于，包括，承壓筒體(1)，包括殼體(11)和至少一層隔離層(12)； 承壓平蓋O)，包括引線出口 ；密封件(3)，包括橡膠密封圈(31)，該橡膠密封圈(31)設(shè)置在承壓筒體(1)和承壓平蓋(2)之間的連接處；所述密封件C3)還包括金屬擋環(huán)(32)，該金屬擋環(huán)(3 設(shè)置在所述橡膠密封圈(31)內(nèi)側(cè)；緊固所述承壓平蓋( 和所述承壓筒體(1)的緊固件G)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的承壓裝置，其特征在于，所述隔離層(12)包括真空層(121)和絕熱材料層(122)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的承壓裝置，其特征在于，所述真空層(121)還包括密封接口(123)，該密封接口(12 具有連通外部空氣的通孔和常閉開關(guān)；和/或，所述絕熱材料層(12 由納米孔絕熱材料制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的承壓裝置，其特征在于，所述承壓平蓋O)的所述引線出口的數(shù)量至少為兩個；所述承壓平蓋( 中的每個所述引線出口分別設(shè)置有密封塞組合件(22)，該密封塞組合件包括兩端分別連接測量導(dǎo)線的錐塞(221)和包裹該錐塞(221)的襯套022)，并且該密封塞組合件02)貫穿于所述承壓平蓋的引線出口 01)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的承壓裝置，其特征在于， 所述緊固件(4)為螺柱及螺母，數(shù)量至少為一對。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的承壓裝置，其特征在于，所述承壓筒體(1)中的所述殼體(11)和所述承壓平蓋( 為合金鋼材料；和/或， 所述承壓裝置接有吊鉤(5)。
7.測量材料內(nèi)部溫度場和壓力場的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)與被測材料一起被置于密閉容器中，且該系統(tǒng)包括如權(quán)利要求1至5中任意一項所述的承壓裝置，以及，數(shù)據(jù)采集存儲器、測量導(dǎo)線和至少一個的傳感器；其中，所述傳感器置于承壓裝置外部，將采集到的被測材料內(nèi)部的數(shù)據(jù)通過所述測量導(dǎo)線發(fā)送給承壓裝置內(nèi)部的數(shù)據(jù)采集存儲器；所述數(shù)據(jù)采集存儲器保存所述傳感器發(fā)來的數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器放置于被測材料內(nèi)部。
9.利用權(quán)利要求7所述的測量材料內(nèi)部溫度場和壓力場的系統(tǒng)測量材料內(nèi)部溫度場和壓力場的方法，其特征在于，由置于承壓裝置外部的傳感器采集被測材料中的數(shù)據(jù)，將采集到的被測材料內(nèi)部的數(shù)據(jù)通過測量導(dǎo)線發(fā)送給承壓裝置內(nèi)部的數(shù)據(jù)采集存儲器； 所述數(shù)據(jù)采集存儲器保存所述傳感器發(fā)來的數(shù)據(jù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述傳感器的個數(shù)為多個，且在被測材料中不同位置預(yù)埋該多個傳感器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種測量材料內(nèi)部溫度場和壓力場的方法、系統(tǒng)和承壓裝置，本發(fā)明的系統(tǒng)與被測材料一起被置于密閉容器中，且包括承壓裝置、數(shù)據(jù)采集存儲器、測量導(dǎo)線和至少一個的傳感器。本發(fā)明的方法是由置于承壓裝置外部的傳感器采集被測材料中的數(shù)據(jù)，將采集到的被測材料內(nèi)部的數(shù)據(jù)通過測量導(dǎo)線發(fā)送給承壓裝置內(nèi)部的數(shù)據(jù)采集存儲器；所述數(shù)據(jù)采集存儲器保存所述傳感器發(fā)來的數(shù)據(jù)。本發(fā)明的承壓裝置包括承壓筒體；承壓平蓋；密封件；緊固所述承壓平蓋和所述承壓筒體的緊固件。本發(fā)明實現(xiàn)了在全密閉高溫超高壓環(huán)境中實時檢測和記錄材料在成型過程中的內(nèi)部溫度場和壓力場。
文檔編號G01K1/12GK102175335SQ20111003566
公開日2011年9月7日 申請日期2011年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月10日
發(fā)明者施曉云, 曹志偉, 朱民, 李森, 樊星, 王炳舟, 胥素芬, 范玉德, 董明, 趙仕勇, 趙維, 馬華, 鮑延年 申請人:中國工程物理研究院化工材料研究所