一种紧凑拉伸试样裂纹扩展速率测量的装置的制作方法

本实用新型涉及裂纹扩展研究领域，具体为一种紧凑拉伸试样裂纹扩展速率测量的装置。

背景技术：

在裂纹扩展研究中，柔度法和电位法是两种常用的裂纹扩展速率测量方法。柔度法不适用于高温环境中测量，其分辨率也较低。电位法弥补柔度法的不足，并且可实现计算机控制的自动测量。电位法根据所采用电源的类型可分为直流电位法和交流电位法，传统的直流电位法与交流电位法相比，具有设备简单，易于实现的特点，但其在抗干扰和热干扰性能方面劣于交流电位法。环境温度的变化导致材料本身电阻率变化，例如：对于通入3A直流电不锈钢紧凑拉伸试样，如环境温度变化1℃，传统直流电位法测得裂纹面电位降波动可达3～5μV。而且，电位测量引线与试样的接触电阻也随温度的变化而变化，这使得传统直流电位法的测量稳定性及精度大大降低。

技术实现要素：

针对传统直流电位法存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种紧凑拉伸试样裂纹扩展速率测量的装置，通过控制继电器开关实现直流电方向的反转，解决引线与试样接触电阻及引线两端温差产生的电势对测量精度与稳定性的干扰问题。

本实用新型的技术解决方案是：

一种紧凑拉伸试样裂纹扩展速率测量的装置，该装置包括：计算机、GPIB卡、多路大功率继电器卡、纳伏微欧表、数据切换单元、直流电源、屏蔽导线或双绞绝缘铂丝，GPIB卡和多路大功率继电器卡插入计算机的PCI总线插槽，GPIB卡通过GPIB线缆依次与纳伏微欧表、数据切换单元、直流电源相连接；多路大功率继电器卡分别通过屏蔽导线或双绞绝缘铂丝与直流电源、紧凑拉伸试样连接，数据切换单元分别通过屏蔽导线或双绞绝缘铂丝与紧凑拉伸试样连接。

所述的紧凑拉伸试样裂纹扩展速率测量的装置，继电器卡具有四个继电器，分别为：继电器一、继电器二、继电器三、继电器四，每个继电器各有两个接线端，分别为接线端a和接线端b；高稳定直流电源的电流输出端正极连接至继电器一的接线端a，负极连接至继电器二的接线端a，线缆采用双绞线；继电器三的接线端a与继电器一的接线端a相连，继电器四的接线端a与继电器二的接线端a相连，继电器三的接线端b与继电器二的接线端b相连，继电器四的接线端b与继电器一的接线端b相连接，屏蔽导线或双绞绝缘铂丝分别从继电器一的接线端b和继电器二的接线端b引出，并分别点焊至紧凑拉伸试样的上表面和下表面；当继电器一和继电器二闭合，继电器三和继电器四打开时，电流由紧凑拉伸试样的上表面流入、下表面流出；当继电器三和继电器四闭合，继电器一和继电器二打开时，电流由紧凑拉伸试样的下表面流入、上表面流出。

所述的紧凑拉伸试样裂纹扩展速率测量的装置，数据切换单元的电压信号输入端通过两组屏蔽导线或双绞绝缘铂丝与紧凑拉伸试样点焊连接，其中一组屏蔽导线或双绞绝缘铂丝点焊至紧凑拉伸试样左侧面切口的对角线位置，另一组屏蔽导线或双绞绝缘铂丝点焊至紧凑拉伸试样的右侧面。

所述的紧凑拉伸试样裂纹扩展速率测量的装置，数据切换单元带通道多路复用器，具备四个以上电压切换通道。

本实用新型与现有技术相比优点在于：

第一、本实用新型采用紧凑拉伸试样裂纹扩展速率测量的装置，可实现多个紧凑拉伸试样裂纹扩展长度的连续高精度测量。

第二，本实用新型在紧凑拉伸试样上右侧面增加一对参比电极，校正环境温度波动引起的试样裂纹面电位降的变化。

第三，本实用新型中所有测量引线均采用屏蔽导线或进行双绞处理，有效减少外界信号干扰。

第四，本实用新型装置适用范围较广，可实现常温及高温环境下疲劳裂纹扩展、应力腐蚀开裂、腐蚀疲劳等实验的连续高精度测量。

附图说明

图1是本实用新型紧凑拉伸试样裂纹扩展速率测量的装置示意图。

图2是继电器卡接线示意图。

图3是紧凑拉伸试样接线示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例，对本实用新型进一步详细的说明。

如图1所示，本实用新型紧凑拉伸试样裂纹扩展速率测量的装置，主要包括：计算机1、GPIB卡2、多路大功率继电器卡3(继电器卡3至少具有四个大功率继电器，每个继电器的功率范围为10～30W、高精度纳伏微欧表4(精度范围为1nV～10nV)、数据切换单元5(带通道多路复用器，数据切换单元具备四个以上电压切换通道)、高稳定性直流电源6(30V,5A)、屏蔽导线或双绞绝缘铂丝12等，GPIB卡2和多路大功率继电器卡3插入计算机1的PCI总线插槽，GPIB卡2通过GPIB线缆依次与高精度纳伏微欧表4、数据切换单元5、高稳定性直流电源6相连接；多路大功率继电器卡3分别通过屏蔽导线或双绞绝缘铂丝12与高稳定性直流电源6、紧凑拉伸试样13连接，数据切换单元5分别通过屏蔽导线或双绞绝缘铂丝12与紧凑拉伸试样13连接。

如图2所示，继电器卡3具有四个继电器，分别为：继电器8、继电器9、继电器10、继电器11，每个继电器各有两个接线端，分别为接线端a和接线端b。高稳定直流电源6的电流输出端正极连接至继电器8的接线端a，负极连接至继电器9的接线端a，线缆采用双绞线。继电器10的接线端a与继电器8的接线端a相连，继电器11的接线端a与继电器9的接线端a相连，继电器10的接线端b与继电器9的接线端b相连，继电器11的接线端b与继电器8的接线端b相连接，屏蔽导线或双绞绝缘铂丝12分别从继电器8的接线端b和继电器9的接线端b引出，并分别点焊至紧凑拉伸试样13的上表面14和下表面15。

当继电器8和继电器9闭合，继电器10和继电器11打开时，继电器电流由紧凑拉伸试样13的上表面14流入、下表面15流出；当继电器10和继电器11闭合，继电器8和继电器9打开时，电流由紧凑拉伸试样13的下表面15流入、上表面14流出；从而，通过控制继电器8、继电器9、继电器10和继电器11的开闭，实现流经试样直流电方向的反转。

紧凑拉伸试样13符合ASTM E399标准，材质为核级316L不锈钢，宽度W为25.4mm，厚度B为12.7mm，初始裂纹长度a为13.248mm。紧凑拉伸试样上右侧面增加一对参比电极，校正环境温度波动引起的试样裂纹面电位降的变化。

如图3所示，数据切换单元5的电压信号输入端通过屏蔽导线或双绞绝缘铂丝与紧凑拉伸试样13点焊连接，其中屏蔽导线或双绞绝缘铂丝16点焊至紧凑拉伸试样13的左侧面17切口的对角线位置，屏蔽导线或双绞绝缘铂丝18点焊至紧凑拉伸试样13的右侧面19。所述的紧凑拉伸试样13及其加载销钉通过陶瓷管或涂层与夹具绝缘连接，置于空气中。

结果表明，本实用新型可应用于紧凑拉伸试样疲劳裂纹扩展、应力腐蚀开裂、腐蚀疲劳等实验的连续高精度测量。