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专利摘要

本发明涉及一种真空摩擦试验机氛围控制装置。上述的真空摩擦试验机氛围控制装置，包括：至少两条压缩气路、汇总气路、第一气路、第二气路、液体容器、混气容器、连通管、第三气路、第一湿度传感器、第一支路、第二支路、第三支路、第四支路、机械泵、气体浓度传感器、第二湿度传感器、电离真空计、第一热传导真空计、真空分压计、第一挡板阀、第二挡板阀、涡轮分子泵、第三挡板阀、插板阀、第二热传导真空计，能够实现空气氛围的湿度控制、不同单一气体的真空度控制、不同饱和蒸气压的挥发性液体的真空度控制以及不同比例混合气体的常压混合和真空度控制，从而方便进行不同工况的试验。 ......

基本信息

专利类型:
发明专利
申请/专利号:
CN202210265592.4
申请日期:
2022-03-17
专利申请人:
清华大学
分类号:
G01N3/56
发明/设计人:
于卿源，陈新春，张晨辉，雒建斌
权利要求: 1.一种真空摩擦试验机氛围控制装置，其特征在于，包括：至少两条压缩气路和汇总气路，每条所述压缩气路的输入端用于连接压缩气体源，所述至少两条压缩气路的输出端共同连接至所述汇总气路的输入端，每条所述压缩气路上设置有沿所述压缩气路内气体流动方向依次排列的减压阀、气压计以及节流阀；所述真空摩擦试验机氛围控制装置还包括：第一气路、第二气路、液体容器、混气容器、连通管、第三气路以及第一湿度传感器；其中一条所述压缩气路上设置的所述减压阀与所述节流阀之间设置有所述第一气路和所述第二气路，所述第一气路的一端与所述压缩气路连接，另一端伸入至所述液体容器内，所述第二气路的一端与所述压缩气路连接，另一端伸入至所述混气容器内，所述第一气路上设置有第五节流阀，所述第二气路上设置有第六节流阀；所述液体容器与所述混气容器通过所述连通管连通；所述第三气路的输入端伸入所述混气容器，所述第三气路的输出端连接至所述汇总气路的输入端，所述第三气路上设置有第七节流阀；所述第一湿度传感器设置在所述第三气路上，沿所述第三气路内气体流动的方向，所述第一湿度传感器位于所述第七节流阀的上游；所述真空摩擦试验机氛围控制装置还包括：第一支路、第二支路、第三支路、第四支路以及机械泵；所述第一支路的输入端连接至所述汇总气路的输出端，所述第一支路上设置有第一球阀，所述第一支路的输出端用于连接气体回收容器或通入大气；所述第二支路的输入端连接至所述汇总气路的输出端，所述第二支路的输出端用于连接至真空室，所述第二支路上设置有第二球阀和第八节流阀，沿所述第二支路内气体流动的方向，所述第二球阀位于所述第八节流阀的上游；所述第三支路的一端连接至所述汇总气路的输出端，另一端用于连接至所述真空室，所述第三支路上设置有真空微调阀；所述第四支路的输入端连接至所述汇总气路的输出端，所述第四支路的输出端连接至所述机械泵，所述第四支路上设置有第三球阀；所述机械泵的排气口用于连接气体回收容器或通入大气；所述真空摩擦试验机氛围控制装置还包括：用于与所述真空室连接的气体浓度传感器、第二湿度传感器、电离真空计、第一热传导真空计以及真空分压计；所述真空摩擦试验机氛围控制装置还包括：第一挡板阀、第二挡板阀、涡轮分子泵、第三挡板阀、插板阀、第二热传导真空计；所述第一挡板阀的一端用于与所述真空室连接，另一端与所述机械泵连接；所述第二挡板阀的一端用于与所述真空室连接，另一端与大气连通；所述插板阀的一端用于与所述真空室连接，另一端连接所述涡轮分子泵；所述涡轮分子泵通过所述第三挡板阀与所述机械泵连接；所述第四支路上设置有所述第二热传导真空计，沿所述第四支路内气体流动的方向，所述第二热传导真空计设置在所述机械泵的上游。2.一种真空摩擦试验机氛围控制方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的真空摩擦试验机氛围控制装置实现，用于控制空气氛围的湿度，所述真空摩擦试验机氛围控制方法包括以下步骤：S120：开启所述第一热传导真空计、所述机械泵以及所述第一挡板阀，并在所述真空室内抽至中真空后，关闭所述第一热传导真空计、所述机械泵以及所述第一挡板阀；S131：开启所述第一湿度传感器和所述第一球阀，并全开所述第七节流阀；S132：开启并调节所述第一气路和所述第二气路所连接的压缩气路上的所述减压阀，使得该压缩气路上的所述气压计的示数为0.1MPa～0.2MPa；S133：开启并调节所述第五节流阀和所述第六节流阀，使得所述第一湿度传感器的示数达到湿度目标值；S140：开启所述第一热传导真空计、所述第二球阀以及所述第八节流阀，直至所述第一热传导真空计的示数达到大气压时，关闭所述第一球阀并开启所述第二挡板阀；S151：开启所述第二湿度传感器；S152：根据湿度目标值与所述第二湿度传感器的示数的差值，调整所述第五节流阀和所述第六节流阀的开闭程度，使得所述第一湿度传感器的示数的变化量等于一迭代值；S153：重复执行步骤S152，直至所述第二湿度传感器的示数达到湿度目标值。3.一种真空摩擦试验机氛围控制方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的真空摩擦试验机氛围控制装置实现，用于控制不同单一气体的真空度，所述真空摩擦试验机氛围控制方法包括以下步骤：S211：选定任一所述压缩气路，将所选定的所述压缩气路的输入端连接压缩气体源，其中，将需要通入所述真空室内的单一气体作为该压缩气体源中的压缩气体；S212：开启并调节选定的所述压缩气路上的所述减压阀和所述气压计，使得该压缩气路上的所述气压计的示数为0.1MPa～0.2MPa；S220：开启所述第一热传导真空计、所述机械泵、所述第一挡板阀、所述第二热传导真空计以及所述第三球阀，使得所述第一热传导真空计和所述第二热传导真空计的示数均为中真空；S230：关闭所述机械泵、所述第一挡板阀以及所述第三球阀，开启所选定的所述压缩气路上的所述节流阀、所述第二球阀以及所述第八节流阀，以使所述真空室内充气至真空度为104Pa量级；S240：重复执行步骤S220和步骤S230至少三次，再执行步骤S220，再关闭所述第三球阀；S250：向所述真空室内通入来自所选定的所述压缩气路的压缩气体，使所述真空室内的真空度保持在目标真空度。4.根据权利要求3所述的真空摩擦试验机氛围控制方法，其特征在于，所述目标真空度为105Pa～103Pa，所述步骤S250包括：S2511：关闭所述机械泵和所述第一挡板阀，保持所述第一热传导真空计开启；S2512：开启所选定的所述压缩气路上的所述节流阀、所述第二球阀以及所述第八节流阀，直至所述第一热传导真空计的示数达到所述目标真空度时，关闭所述第二球阀。5.根据权利要求3所述的真空摩擦试验机氛围控制方法，其特征在于，所述目标真空度为103Pa～101Pa，所述步骤S250包括：S2521：保持所述第一挡板阀、所述机械泵以及所述第一热传导真空计开启；S2522：全开所选定的所述压缩气路上的所述节流阀，开启所述第二球阀，开启并调节所述第八节流阀，直至所述真空室内的真空度在所述目标真空度处动态平衡。6.根据权利要求3所述的真空摩擦试验机氛围控制方法，其特征在于，所述目标真空度为101Pa～10-1Pa，所述步骤S250包括：S2531：关闭所述第一挡板阀，保持所述机械泵和所述第一热传导真空计开启，开启所述第三挡板阀、所述插板阀、所述涡轮分子泵、所述电离真空计，以将所述真空室内抽至真空度至10-1Pa以下；S2532：全开所选定的所述压缩气路上的所述节流阀，开启并调节所述真空微调阀，直至所述真空室内的真空度在所述目标真空度处达到动态平衡。7.根据权利要求3所述的真空摩擦试验机氛围控制方法，其特征在于，所述目标真空度为10-1Pa～10-3Pa，所述步骤S250包括：S2541：关闭所述第一挡板阀，在所述机械泵、所述第三挡板阀、所述插板阀、所述涡轮分子泵共同所在的气路上和所述真空室分别缠绕加热带，并使所述加热带加热至120℃以上，在该加热状态下保持所述机械泵、所述第三挡板阀、所述插板阀、所述涡轮分子泵开启并持续运行48h以上；S2542：保持所述机械泵、所述第三挡板阀、所述插板阀、所述涡轮分子泵、所述第一热传导真空计持续开启，全开所选定的所述压缩气路上的所述节流阀，开启并调节所述真空微调阀，直至所述真空室内的真空度在所述目标真空度处达到动态平衡；S2543：开启所述真空分压计，根据所述真空分压计的示数记录所述真空室内杂质气体的成分和比例。8.一种真空摩擦试验机氛围控制方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的真空摩擦试验机氛围控制装置实现，用于控制不同饱和蒸气压的挥发性液体的真空度，所述真空摩擦试验机氛围控制方法包括以下步骤：S310：在所述液体容器内盛放挥发性液体；S320：开启所述第二热传导真空计、所述机械泵、所述第三球阀以及所述第七节流阀，以使所述机械泵抽取所述挥发性液体挥发形成的气体，待所述第二热传导真空计的示数稳定时，关闭所述第三球阀；S330：开启所述第一热传导真空计、所述机械泵以及所述第一挡板阀，以将所述真空室内抽至中真空；S340：关闭所述第一挡板阀，开启所述第三挡板阀、所述插板阀、所述涡轮分子泵以及所述电离真空计，以将所述真空室内抽至真空度至10-1Pa以下；S350：开启所述第二球阀和所述第八节流阀，当所述第一热传导真空计的示数上升至101Pa以上时，关闭所述第八节流阀，直至所述电离真空计的示数为10-1Pa以下；S360：重复执行步骤S350至少三次；S370：向所述真空室内通入所述挥发性液体挥发形成的气体，使所述真空室内的真空度保持在目标真空度。9.根据权利要求8所述的真空摩擦试验机氛围控制方法，其特征在于，所述挥发性液体的饱和蒸气压为103以上，所述目标真空度为所述挥发性液体的饱和蒸气压～103Pa，所述步骤S370包括：S3711：关闭所述第三挡板阀、所述插板阀、所述涡轮分子泵以及所述机械泵，保持所述第一热传导真空计开启；S3712：开启所述第七节流阀、所述第二球阀、所述第八节流阀，直至所述第一热传导真空计的示数达到所述目标真空度时，关闭所述第二球阀。10.根据权利要求8所述的真空摩擦试验机氛围控制方法，其特征在于，所述挥发性液体的饱和蒸气压为101以上，所述目标真空度为103Pa～101Pa，所述步骤S370包括：S3721：开启所述第一挡板阀，保持所述机械泵和所述第一热传导真空计开启，关闭所述涡轮分子泵、所述插板阀、所述第三挡板阀；S3722：开启所述第七节流阀和所述第二球阀；开启并调节所述第八节流阀，直至所述真空室内的真空度在所述目标真空度处动态平衡。11.根据权利要求8所述的真空摩擦试验机氛围控制方法，其特征在于，所述挥发性液体的饱和蒸气压为10-1以上，所述目标真空度为101Pa～10-1Pa，所述步骤S370包括：S3731：保持所述机械泵、所述第三挡板阀、所述插板阀、所述涡轮分子泵、所述第一热传导真空计开启；S3732：开启所述第七节流阀，开启并调节所述真空微调阀，直至所述真空室内的真空度在所述目标真空度处达到动态平衡。12.根据权利要求8所述的真空摩擦试验机氛围控制方法，其特征在于，所述挥发性液体的饱和蒸气压为10-3以上，所述目标真空度为10-1Pa～10-3Pa，所述步骤S370包括：S3741：在所述机械泵、所述第三挡板阀、所述插板阀、所述涡轮分子泵共同所在的气路上和所述真空室分别缠绕加热带，并使所述加热带加热至120℃以上，在该加热状态下保持所述机械泵、所述第三挡板阀、所述插板阀、所述涡轮分子泵开启并持续运行48h以上；S3742：保持所述机械泵、所述第三挡板阀、所述插板阀、所述涡轮分子泵、所述第一热传导真空计持续开启，开启所述第七节流阀，开启并调节所述真空微调阀，直至所述真空室内的真空度在所述目标真空度处达到动态平衡；S3743：开启所述真空分压计，根据所述真空分压计的示数记录所述真空室内杂质气体的成分和比例。13.一种真空摩擦试验机氛围控制方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的真空摩擦试验机氛围控制装置实现，用于控制不同比例的混合气体的常压混合，所述真空摩擦试验机氛围控制方法包括以下步骤：S411：选定多条压缩气路，其中，该多条压缩气路与需要混合的气体的种类一一对应，将选定的压缩气路所连接的压缩气体源选用对应种类的气体源；S412：开启并调节选定的该多条压缩气路上的减压阀，使得该多条压缩气路上的气压计的示数为0.1MPa～0.2MPa；S420：开启所述第一热传导真空计、第二热传导真空计、所述机械泵、所述第一挡板阀以及所述第三球阀，使得所述第一热传导真空计的示数为中真空后，关闭所述第一挡板阀；S430：包括：S431：开启选定的该多条压缩气路中的一条压缩气路上的节流阀，直至所述第二热传导真空计的示数上升至104Pa量级时，关闭该节流阀，直至所述第二热传导真空计的示数下降至102Pa以下；S432：重复执行步骤S431至少三次后，关闭所述第三球阀；S440：开启步骤S430中的所述一条压缩气路上的节流阀、所述第二球阀以及所述第八节流阀，直至所述第一热传导真空计的示数的上升量为该一条压缩气路对应种类的气体的分压，则关闭所述第二球阀、所述第八节流阀以及该节流阀；S450：多次执行步骤S430和步骤S440，其中，执行步骤S430和步骤S440的次数等于选定的多条压缩气路的数量，且每次执行步骤S430和步骤S440时开启的所述一条压缩气路互不相同；S461：开启气体浓度传感器，若某种气体的比例不足，重复步骤S430，且在步骤S430中所述一条压缩气路选取该某种气体对应的压缩气路；S462：开启该某种气体对应的压缩气路上的节流阀、所述第二球阀、所述第八节流阀，以向所述真空室内充入该某种气体，直至气体浓度传感器的示数显示该某种气体的比例达到比例目标值，则关闭所述第二球阀、所述第八节流阀以及该节流阀；S463：开启所述第一球阀和所述真空微调阀，直至所述第一热传导真空计的示数下降至常压时，关闭所述第一球阀和所述真空微调阀。14.一种真空摩擦试验机氛围控制方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的真空摩擦试验机氛围控制装置实现，用于控制不同比例的混合气体的真空度，所述真空摩擦试验机氛围控制方法包括以下步骤：S510：开启所述第一热传导真空计、所述机械泵、所述第一挡板阀以及所述第三球阀，使得所述第一热传导真空计的示数为中真空，关闭所述第三球阀和所述第一挡板阀；S520：开启所述第三挡板阀、所述插板阀、所述涡轮分子泵、所述电离真空计，以将所述真空室内抽至真空度至10-1Pa以下；S531：选定多条压缩气路，其中，该多条压缩气路与需要混合的气体的种类一一对应，将选定的压缩气路所连接的压缩气体源选用对应种类的气体源；S532：开启并调节选定的该多条压缩气路上的减压阀，使得该多条压缩气路上的气压计的示数为0.1MPa～0.2MPa；S533：开启所述第一球阀、选定的该多条压缩气路上的节流阀，以使选定的该多条压缩气路分别对应的各种类气体在所述汇总气路混合后经所述第一球阀排出；S541：开启真空微调阀，直至所述真空室内的真空度达到10-1以下后，开启真空分压计；S542：根据所述真空分压计所监测的气体的分压比例，调整选定的该多条压缩气路上的节流阀，直至所述真空分压计所监测的气体的分压比例达到比例目标值，关闭所述真空微调阀；S550：向所述真空室通入来自选定的该多条压缩气路的气体，使所述真空室内的真空度保持在目标真空度。15.根据权利要求14所述的真空摩擦试验机氛围控制方法，其特征在于，所述目标真空度为105Pa～103Pa，所述步骤S550包括：S5511：关闭所述第三挡板阀、所述插板阀、所述涡轮分子泵以及所述机械泵；S5512：开启所述第二球阀和所述第八节流阀，直至所述第一热传导真空计的示数达到所述目标真空度时，关闭所述第二球阀。16.根据权利要求14所述的真空摩擦试验机氛围控制方法，其特征在于，所述目标真空度为103Pa～101Pa，所述步骤S550包括：S5521：保持所述机械泵和所述第一热传导真空计开启，关闭所述第三挡板阀、所述插板阀、所述涡轮分子泵，并开启所述第一挡板阀；S5522：开启所述第二球阀，开启并调节所述第八节流阀，直至所述真空室内的真空度在所述目标真空度处动态平衡。17.根据权利要求14所述的真空摩擦试验机氛围控制方法，其特征在于，所述目标真空度为101Pa～10-1Pa，所述步骤S550包括：S5531：保持所述机械泵、所述第三挡板阀、所述插板阀、所述涡轮分子泵、所述第一热传导真空计持续开启；S5532：开启并调节所述真空微调阀，直至所述真空室内的真空度在所述目标真空度处达到动态平衡。18.根据权利要求14所述的真空摩擦试验机氛围控制方法，其特征在于，所述目标真空度为10-1Pa～10-3Pa，所述步骤S550包括：S5541：在所述机械泵、所述第三挡板阀、所述插板阀、所述涡轮分子泵共同所在的气路上和所述真空室分别缠绕加热带，并使所述加热带加热至120℃以上，在该加热状态下保持所述机械泵、所述第三挡板阀、所述插板阀、所述涡轮分子泵开启并持续运行48h以上；S5542：保持所述机械泵、所述第三挡板阀、所述插板阀、所述涡轮分子泵、所述第一热传导真空计持续开启，开启并调节所述真空微调阀，直至所述真空室内的真空度在所述目标真空度处达到动态平衡；S5543：真空分压计监测：开启所述真空分压计，根据所述真空分压计的示数记录所述真空室内杂质气体的成分和比例。