[发明专利]一种材料低温线膨胀系数光学测试系统及测试方法

说明书

本发明涉及材料线膨胀系数测试系统，具体涉及一种材料低温线膨胀系数光学测试系统及测试方法，其特征在于：测试系统包括超低温除雾温控箱、图像采集装置、上位机及控温装置；图像采集装置用于采集不同温度点的被测试样图像；上位机连接于图像采集装置根据不同温度下被测试样图像获取不同温度点被测试样尺寸，数据处理模块用于根据不同温度点被测试样尺寸，求出温度—尺寸的方程并对其求导得到线膨胀系数；本发明使用该温控箱采用图像采集装置通过窗口采集被测试样在测试过程中的发生尺寸变化，通过图像处理模块和数据处理模块计算出被测试样的低温线膨胀系数，准确度高，灵活高效。

技术领域

本发明涉及材料线膨胀系数测试系统，具体涉及一种材料低温线膨胀系数光学测试系统及测试方法。

背景技术

绝大多数材料都具有“热胀冷缩”的特性，这是由于材料内部分子热运动加剧或减弱造成的。这个性质在工程结构的设计中，在机械和仪器的制造中，在材料的加工(如焊接)中，在材料保冷中(如LNG保冷)，都应考虑到。否则，将影响结构的稳定性和仪表精度。

低温线膨胀系数即为材料“冷缩”特性的数值表述，可由平均低温线膨胀系数和低温线膨胀系数表征，平均低温线膨胀系数等于被测试件尺寸变化量除以检测温差，反应了被测试件在大温差下的尺度变化。低温线膨胀系数是测量每个温度点的被测试件的尺寸变化，绘制曲线，求出尺寸—温度的方程，求导之后得到线膨胀系数。线膨胀系数意义是每变化1℃，对应温度下的材料线膨胀系数。

现有用于检测材料超低温线膨胀系数的测试方法主要有顶杆测试法和低温试验箱法，均是针对硬质材料。低温试验箱法主要使用液氮汽化进行降温，而液氮汽化后在试验箱内产生水雾，测试人员无法直接检测被测试样的低温线膨胀系数，只能使用接触式间接法测量硬质材料的低温线膨胀系数，操作复杂且准确度低；顶杆测试法对试样要求较多，且低温领域内仅适用于硬质材料平均线膨胀系数的测定。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种材料低温线膨胀系数光学测试系统及测试方法，可为材料的超低温检测提供-165℃～0℃的超低温恒温、恒压环境，使用该温控箱采用图像采集装置通过窗口采集被测试样在测试过程中的发生尺寸变化，通过图像处理模块和数据处理模块计算出被测试样的低温线膨胀系数，准确度高，灵活高效。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案为：一种材料低温线膨胀系数光学测试系统，包括超低温除雾温控箱、图像采集装置、上位机及控温装置；

超低温除雾温控箱包括由绝热材料制成的箱体、样品放置台、真空玻璃门、温度传感器、压力传感器、进氮气系统、进液氮系统及排气系统；箱体顶部敞口，敞口端由真空玻璃门封闭；样品放置台设于箱体的内底壁，用于放置被测试样；温度传感器、压力传感器分别由箱体侧壁插入箱体中，用于箱体内的温度和压力的检测；进氮气系统与排气系统分别设于箱体相对的两侧壁用于温控箱内氮气吹扫，进液氮系统与温度传感器、压力传感器配合用于为温控箱提供超低温恒压恒温环境；

图像采集装置设于箱体上方用于采集不同温度点的被测试样图像；

上位机连接于图像采集装置，上位机中设有图像处理模块和数据处理模块；图像处理模块用于设定不同温度点，根据不同温度下被测试样图像获取不同温度点被测试样尺寸，数据处理模块用于根据不同温度点被测试样尺寸，求出温度—尺寸的方程并对其求导得到线膨胀系数；

控温装置电连接于上位机、进液氮系统、温度传感器和压力传感器，控温装置用于获取上位机输入的不同温度点设定值并调控不同温度点的箱体内环境，用于反馈温度传感器的温度值至上位机，用于根据温度传感器的温度值和压力传感器的压力值调节进液氮系统进入箱体的液氮流量保证每个温度点下检测被测试样时箱体内的超低温恒压恒温环境。