(19)国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202221395968.5 (22)申请日 2022.06.06 (73)专利权人 中国科学院理化 技术研究所 地址 100190 北京市海淀区中关村东路2 9 号 (72)发明人 周敏　黄荣进　李来风　 (74)专利代理 机构 深圳市科进知识产权代理事 务所(普通 合伙) 44316 专利代理师 孟洁 (51)Int.Cl. G01N 25/20(2006.01) G01N 3/02(2006.01) G01N 3/18(2006.01) (ESM)同样的发明创造已同日申请发明 专利 (54)实用新型名称 一种低温 弹热效应测试系统 (57)摘要 本实用新型提供的低温弹热效应测试系统， 将制冷机冷却的真空杜瓦罐用于弹热效应测试， 为弹热效应测试提供真空、 低温的测试环境， 在 真空状态下， 可以减小漏热对样品温度变化的影 响， 使弹热效应测试无限接近于绝热环境， 直接 测试得到绝热温变的数据； 且制冷机冷却真空杜 瓦罐， 温度均匀且连续可调、 可控， 可 实现2‑300K 温度范围内的任意温度点的弹热效应测试； 此 外， 控制单元将环境控温、 弹热效应测试和相关 力学载荷控制集成在一起， 使弹热效应测试过程 方便快捷。 权利要求书1页 说明书5页 附图1页 CN 217655046 U 2022.10.25 CN 217655046 U 1.一种低温弹热效应测试系统， 其特征在于， 包括： 力学试验机组件、 弹热效应测试组 件、 真空杜瓦组件及控制单 元； 其中： 所述力学试验机组件包括力学试验机、 设置于所述力学试验机上的法兰和传感器、 与 所述传感器连接的样品杆； 所述弹热效应测试组件包括固定样品的样品夹具、 安装于所述样品上的引伸计及 设置 于所述样品表面的温度计， 所述样品夹具与所述样品杆固定连接； 所述真空杜瓦组件包括真空杜瓦罐， 所述真空杜瓦罐内壁与其壳体之间形成杜瓦真空 夹层腔， 所述杜瓦真空夹层腔 中设置有与所述真空杜瓦罐 的内壁相连 的制冷机， 所述制冷 机为所述真空杜瓦罐制冷， 所述弹热效应测试组件放置 于所述真空杜瓦罐内； 所述真空杜瓦罐与所述法兰连接， 所述真空杜瓦罐的顶部分别设置有进气阀和真空 阀， 所述真空阀连接有真空泵， 所述真空泵为所述真空杜瓦罐抽真空， 所述进气阀与外接大 气连通， 可为所述真空杜瓦罐充入空气； 所述控制单元电性连接所述传感器， 所述控制单元用于设置载荷施加参数， 并通过所 述传感器控制载荷施加过程， 为弹热效应测试提供 所需的外加载荷； 所述控制单元还电性连接所述引伸计及所述温度计， 所述控制单元可实时记录载荷施 加过程中样品的变形量和温度变化， 并计算得到样品的绝热温变和相应的应力 ‑应变数据； 所述控制单元还电性连接所述真空杜瓦罐， 所述控制单元可控制所述真空杜瓦罐内的 环境温度。 2.如权利要求1所述的低温弹热效应测试系统， 其特征在于， 所述样品夹具包括上端夹 具及下端夹具， 所述上端夹具与所述样品杆固定相连， 所述下端夹具连接有底 座， 所述样品 固定于所述上端夹具及所述下端夹具之间。 3.如权利要求1所述的低温弹热效应测试系统， 其特征在于， 所述真空杜瓦罐与所述法 兰之间设置有杜瓦保温材 料， 所述杜瓦保温材 料为隔热泡沫。 4.如权利要求1所述的低温弹热效应测试系统， 其特征在于， 所述真空杜瓦罐可提供真 空低温环境， 其温度范围为2 ‑300K。 5.如权利要求1所述的低温弹热效应测试系统， 其特 征在于， 所述制冷机为G ‑M制冷机。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 217655046 U 2一种低温弹热效应测试系统 技术领域 [0001]本实用新型涉及弹热材料和弹热制冷领域， 特别涉及一种低温弹热效应测试系 统。 背景技术 [0002]弹热制冷是近年来发展起来的一种新型固体制冷技术， 其理论制冷效率可与传统 的气体压缩制冷效率相媲美， 而且结构简单、 纯固体无运动部件、 成本低， 受到国内外研究 人员的重视。 与传统的气体压缩制冷相比， 弹热制冷技术的优点主要表现在： (1)绿色环保： 弹热制冷采用固体制冷工质， 解决了传统气体制冷工质有毒、 易泄漏、 易燃以及 对臭氧层的 破坏和温室效应等问题； (2)节能高效： 弹热效应的热力学过程是可逆的， 理论上其热力学 效率可达到卡诺循环效率,实践中能实现的效率可达到卡诺循环效率的70％ ‑80％， 甚至更 高； (3)稳定可靠： 弹热制冷无需气体压缩机， 振动与噪声 小， 寿命长， 可靠性高。 [0003]弹热制冷是基于弹热材料的弹热效应来实现制冷的。 热弹效应与磁热效应类似， 在指弹热材料在轴向应力作用下， 其熵值随着 应力大小的改变而改变， 在绝热条件下(快速 加载、 卸载)下， 弹热材料的温度会相应地升高或降低。 一般用等温熵变ΔSiso或绝热温变Δ Tad来衡量弹热效应的大小。 利用弹热材料的应力 ‑应变曲线和麦克斯韦方程可以计算等温 熵变ΔSiso的值， 间接地表征弹热效应的大小。 而鉴于弹热效应驱动方式简单,更简便的衡 量方法是直接测量绝热温变ΔTad， 即使用精密的测温设备测量材料相变前后的温度。 这种 方法不仅可以直观地表征弹热效应的大小， 还能了解其热效应产生过程中的细节， 如弹热 过程中材 料温度变化的位置、 趋势等。 [0004]目前， 弹热效应的测试装置一般为研究单位自行搭建， 测试温度大多局限于室温 附近。 测试装置一般采用力学试验机 向弹热材料施加轴向应力， 用高精度温度计或红外测 温仪测试弹热材料的温度变化。 2017年中科院理化技术研究所研制了一种弹热性能测试装 置， 其低温环境由液氮或液氦冷却真空杜瓦容器获得， 在77K， 4.2K温度点由容器内的液氮 或液氦浸泡样品获得， 但是由于液氮、 液氦的比热容较大， 即便在快速加载、 卸载条件下， 也 难以获得绝热条件， 因此测试的绝热温变值误差较大。 在77 ‑室温或4.2 ‑77K温区则使用液 氮或液氦预冷结合加热器来实现， 由于缺 乏持续的外界冷量供应， 杜瓦容器内的温度难以 长时间保持。 因此， 低温弹热效应测试仍 面临诸多困难。 实用新型内容 [0005]鉴于此， 有必要针对现有技术中存在缺陷提供一种实现低温弹热效应的长时间精 确测量的低温弹热效应测试系统。 [0006]为解决上述问题， 本实用新型采用下述 技术方案： [0007]本实用新型提供了一种低温弹热效应测试系统， 包括： 力学试验机组件、 弹热效应 测试组件、 真空杜瓦组件及控制单 元； 其中： [0008]所述力学试验机组件包括力学试验机、 设置于所述力学试验机上的法兰和传感说　明　书 1/5 页 3 CN 217655046 U 3