[发明专利]一种高温弹性模量的超声波测试方法及装置

权利要求书

1.一种高温弹性模量的超声波测试装置，其特征在于，包括：

用于放置试样的加热炉、用于为加热炉抽真空的真空泵、用于声波发射和接收的换能器、用于为换能器降温的水冷却器、用于为加热炉提供惰性气体的高压氩气瓶和加热温控系统；

所述试样为棒状，由上下两段圆柱体组成，上段为测量段，上段直径D1小于下段直径D2，试样上下两段衔接处形成一个肩部，试样的上段整体在加热炉中，下段伸出炉外，炉外部分紧贴换能器；

所述试样上段中部外表面设有一个用于放置测温热电偶的小槽，热电偶测得的温度信号发送给炉外的加热温控系统；

所述真空泵通过导管连接加热炉；所述高压氩气瓶通过导管连接加热炉。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述试样上段直径D1的范围为：0.4D2≤D1≤0.6D2。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述试样上段高度为H1，下段高度为H2，5H1H212H1。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述加热炉的壳体为耐高温透明玻璃外壳。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述加热炉四周均匀布置了四个等尺寸的加热体。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述加热炉外壳的下底部有一个直径为D2的螺纹开口，试样下段外表面为螺纹设计，加热炉外壳的下底部的开口与试样下段螺纹连接。

7.一种使用权利要求1所述装置的高温弹性模量的超声波测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)打开真空抽气泵阀体利用抽气泵将加热炉炉体中的空气抽至10Pa以下，再关闭阀体；而后，通过打开高压氩气瓶阀体将高压氩气通过导管导入炉体1内，当加热炉炉体内压力恢复大气压后关闭阀体；

2)换能器产生超声波传到测量段的肩部，部份超声波发生反射，其余部份继续传播，在测量段顶端发生反射，由这两个反射波的时间差Δt可求出纵波声速：

c_l＝2H₁/Δt₁；

3)设A为纵波在样品肩部反射信号，B为在测量段端部反射信号，C为经历横式转换后的第一个反射纵波在测量段端部反射信号；B、C间的时间间隔为Δt₂，则

即可由示波器中的Δt₂求出横波波速c_t；

4)加热炉开始加热，通过温控系统进行控制，选取升温速度为0.3～0.5℃/s，降温速度为-0.5～-0.3℃/s，温控系统的PID参数设定范围为：P值：9～15，I值：5～9，D值：1～3；到达目标温度后，记录Δt₁和Δt₂，然后采用以下公式计算出材料的弹性模量、剪切模量和泊松比：

其中，E为弹性模量、G为体积模量、K为剪切模量、v为泊松比。