Автоматизированное устройство для охлаждения образцов при испытании на растяжение при пониженных температурах

Решение относится к области испытаний материалов на растяжение и предназначено для охлаждения образцов в процессе проведения испытаний на растяжение с одновременной автоматизированной регистрацией температуры образца и сигнала акустической эмиссии в процессе испытания.
Известна криокамера для испытаний в парах азота [Клюев В.В. Машиностроение Энциклопедия Т I-3 Кн. 2, стр.336, рис. 11.10.1]. В данной криокамере корпус изготовлен из двух половинок соединенных между собой упругими зажимами. Пары жидкого подаются в камеру по трубопроводу из сосуда Дьюара через распылитель-змеевик, в стенках которого выполнены небольшие отверстия. За счет регулировки интенсивности подачи паров устанавливается необходимая температура испытания.
Недостатком данного устройства является отсутствие автоматизации процесса проведения испытания, датчиков температуры непосредственно на образце для точного контроля температуры в зоне разрушения, а также не возможность установки датчика акустической эмиссии для контроля процесса разрушения и сложность регулирования рабочей температуры испытания за счет паров азота. Также к недостаткам данного устройства относиться необходимость разбирать камеру после каждого испытания.
Наиболее близким аналогом устройства является ванна для охлаждения образцов при испытании на растяжение при низких температурах [Туманов А.Т. Методы испытания, контроля и исследования машиностроительных материалов Том II, стр.121, рис. 1]. Здесь процесс охлаждения осуществляется за счет залива хладагента в специальную емкость, представленную двумя стаканами, между которыми находится изоляция с дном. Закрепление  образца в испытательной машине здесь осуществляется посредством двух штанг. Причем зазор между нижней штангой и дном камеры заизолирован с использованием фетрового сальника.
Недостатком данного устройства является отсутствие контроля устойчивости процесса проведения испытания, дополнительного оснащения, такого как датчиков температуры непосредственно на образце для более точного контроля температуры в зоне разрушения, а также не возможность установки датчика акустической эмиссии для контроля процесса разрушения.
Для расширения области использования устройств и исключения выявленных недостатков предлагается использовать плоский тип образца для испытания, с целью удобства установки датчика акустической эмиссии  и позволяющий предусмотреть специальные зажимы для обеспечения установки на машину для испытания, а также автоматизировать процесс охлаждения с целью поддержания необходимой температуры и построения диаграммы разрушения материала с одновременной регистрацией сигнала акустической эмиссии (АЭ).
Целью полезной модели является обеспечение контроля процесса охлаждения образцов для проведения испытаний на растяжение при пониженных температурах, поддержание постоянной температуры в процессе всего времени испытания, а также автоматизация процесса построения диаграммы разрушения материала с одновременной регистрацией сигнала АЭ.
Технический результат заключается в ускорение и автоматизации процесса охлаждения образцов в процессе проведений испытаний на растяжение и процесса построения диаграммы разрушения материала с одновременной регистрацией сигнала АЭ.
Технический результат достигается тем, что процесс подачи охлаждающей и основной жидкости осуществляется автоматически за счет регулирования открытия/закрытия клапанов с устройств для подачи охлаждающей и основной жидкости, а также на образце устанавливается датчик акустической эмиссии в верхней части образца (за пределами камеры), а сигнал с измерителя перемещения и тензометра на испытательной машине и датчика АЭ используется и обрабатывается специальным блоком на ЭВМ для построения временных зависимостей сигнала АЭ и его параметров и диаграммы разрушения.
Автоматизированное устройство для охлаждения образцов при испытании на растяжение при пониженных температурах показано на Фиг 1.
Принцип работы устройства следующий: Образец 1 закрепляется за счет зажимных устройств произвольного исполнения, отвечающих требованию быстросъёмности образца,  к верхнему 2 и нижнему 3 зажимам. После чего нижний зажим, имеющий резьбовую поверхность, вставляется в отверстие в камере 4 и фиксируется гайкой, причем для герметизации соединения и исключения протечек жидкости дополнительно используются две прокладки с внутренней и внешней стороны камеры. На образце дополнительно устанавливаются датчики температуры 5 типа Pt 100 с двух сторон от концентратора на образце. Камера для уменьшения потерь холода закрывается крышкой 6 с отверстием для вывода проводов от датчиков температуры. Датчик АЭ 7 устанавливается в верхней части образца за пределами камеры, чтобы избежать воздействия паров азота на датчик и его переохлаждения. Далее в процессе испытания сигнал с датчиков АЭ и температуры поступает на блок преобразования сигнала и обработки на ЭВМ 8. Также на данные блок поступают сигналы с силоизмерителя 9 и измерителя перемещений 10. При этом силоизмеритель и измеритель перемещений чаще всего уже встроены в испытательную машину. С использованием показаний с данных датчиков строиться в автоматическом режиме диаграмма разрушения и зависимость сигнала АЭ, либо его параметров. Для обеспечения автоматизированного установления рабочей температуры испытания сигнал с датчиков температуры дополнительно обрабатывается блоком установления рабочей температуры на ЭВМ 11, который по результатам обработки подает сигнал на клапана 12 и 13, для их закрытия или открытия, соединенные с устройством для подачи жидкого азота 14 и устройством для подачи основной жидкости 15 соответственно. От клапанов идут заливные трубки в камеру для охлаждения. Рабочая температура устанавливается за счет пропорционального соотношения основной жидкости и жидкого азота блоком 11. Дополнительно, для слива рабочей жидкости после испытания, в нижней части камеры предусмотрено отверстие с пробкой 16. Для уменьшения отдачи холода на установку через зажимы 2 и 3, в них предусмотрены соединительные отверстия, в которые вставляются стержни 17 и 18, которые в свою очередь соединяются с зажимами установки 19 и 20.
Таким образом, данное устройство решает ряд задач: уменьшение отвода холода на установку в процессе испытания, автоматизирует процесс установления рабочей температуры, а также позволяет в автоматическом режиме производить построение зависимостей процесса растяжения и параметров АЭ с использованием специальной программы на ЭВМ. Это имеет важное значение для исследования процесса разрушения, при этом полученные данные в дальнейшем могут использоваться для диагностики конструкций и узлов транспортных средств, работающих в условиях пониженных температур.