[发明专利]具备温度梯度场的高速旋转实验台及其控制方法

权利要求书

1.一种具备温度梯度场的高速旋转实验台，其特征在于：包括旋转平台(3)、驱动组件、加热组件、制冷组件、温控系统和支撑平台(11)；所述加热组件包括感应线圈电源(1)、感应线圈(2)和感应线圈固定座(8)，感应线圈(2)通过感应线圈固定座(8)与感应线圈电源(1)相连，安装于旋转平台(3)外侧，通过感应线圈(2)在旋转平台(3)外边缘产生涡流，对旋转平台(3)进行非接触式加热；

所述制冷组件包括制冷管路保温层(7)、冷却管路进水管(18)、双螺旋冷却喷头(19)、冷却液回流管路(20)、循环制冷机(6)，冷却管路进水管(18)、双螺旋冷却喷头(19)、旋转平台(3)、动力输出轴(13)、冷却液回流管路(20)、冷却管路连接法兰(17)与循环制冷机(6)构成回路，冷却液往复循环对旋转平台(3)中心区域制冷；

所述温控系统的四个非接触式温度传感器(4)等距布置在温度传感器固定支架(5)上；

所述的感应线圈(2)采用多匝、半包络式结构，部分线圈固定于旋转平台(3)外侧，部分固定于旋转平台(3)边缘的下方，且越靠近旋转平台(3)中心，线圈线材直径越小；

所述的双螺旋冷却喷头(19)与冷却管路连接法兰(17)固连，并与冷却管路进水管(18)连接，冷却液经双螺旋冷却喷头(19)与旋转平台(3)中心区域接触；所述双螺旋冷却喷头(19)端部伸入到旋转平台(3)孔径内的环状凹槽内，通过改变冷却液流量，调节对旋转平台(3)的制冷效果。

2.根据权利要求1所述的具备温度梯度场的高速旋转实验台，其特征在于：所述的旋转平台(3)上表面沿径向加工有凹槽，在固定试验样品后，动力输出轴(13)内部仍能保持与大气连通，所述旋转平台(3)中心下方环形槽外侧，加工有多个T形槽，增加冷却液与旋转平台(3)的接触面积；所述旋转平台(3)的下表面加工有斜槽，减小由于旋转平台(3)温度梯度引起的变形。

3.一种利用权利要求1或2所述的具备温度梯度场的高速旋转实验台实现的具备温度梯度场的高速旋转实验台的温度控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、通过工控机输入实验台所要进行试验的实验台中心温度、实验台边缘温度以及转速；

步骤二、设备进行自检，检测步骤一中输入的参数是否合理；温度传感器(4)、运动控制卡、感应线圈电源(1)以及循环制冷机(6)是否正确连接；所有设备是否准备就绪；若存在问题，返回步骤一；

步骤三、以默认工作参数开启感应线圈电源(1)以及循环制冷机(6)，读取靠近实验台中心及靠近实验台边缘的温度传感器(4)温度；

步骤四、当靠近实验台中心及靠近实验台边缘的温度传感器(4)温度差达到5℃时，实验台开始以设定转速旋转；

步骤五、调整循环制冷机(6)的目标温度为所设定的实验台中心温度低5℃；逐渐增加感应加热功率，直至温度传感器(4)的温度T₃与步骤一设定的实验台温度的差小于5℃；

步骤六、根据采集实验台测量点的实际温度和实验台中心到边缘温度呈线性分布时各测量点的温度之间的关系，进一步调整实验台的工作参数；温度传感器(4)采集由实验台中心至边缘的温度分别为T₀、T₁、T₂、T₃，取式中，T_x表示通过T₀和T₃直线插值得到的T₁位置温度，T_y表示表示通过T₀和T₃直线插值得到的T₂位置温度；

步骤七、通过比较T₀、T₁、T₂、T₃以及T_x、T_y之间的关系，调整工作参数，保证实验台表面温度梯度均匀，重复执行步骤六、步骤七。

4.根据权利要求3所述的具备温度梯度场的高速旋转实验台的温度控制方法，其特征在于：步骤一所述的实验台的工作参数包括感应线圈电源(1)的工作频率、加热功率及循环制冷机(6)循环流量；所述工作频率的调节范围为10kHz～20kHz，所述加热功率的调节范围为0～5kW，所述循环流量的调节范围为0～20L/min。