JB/T 13221-2017 固体材料电-热-磁耦合物理场原位力学性能测试系统

1CS19.060
N71  JB
备案号：58471-2017
中华人民共和国机械行业标准
JB/T13221-2017
固体材料电热磁耦合物理场原位力学性能测试系统
In-situ mechanical testing systems with electro-thermo-magnetic coupled physical fields for solid materials
2017-04-12发布2018-01-01实施
中华人民共和国工业和信息化部发布

1范围
本标准规定了固体材料电热磁耦合物理场原位力学性能测试系统的术语和定义及符号、技术要求、检验方法、检验规则、标志与包装。
本标准适用于固体材料在电热磁-力耦合场下，通过成像装置进行原位监测的固体材料力学性能测试系统（以下简称测试系统）。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T2611一2007试验机通用技术要求
JB/T6147一2007试验机包装、包装标志、储运技术要求
JB/T132242017固体材料原位拉伸-弯曲-扭转复合力学性能测试系统
3术语和定义及符号
3.1术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1.1
因体材料solid material
常温下以固体状态存在的材料。
注：常见的固体材料有金属材料、无机非金属材料和高分子材料等。
3.1.2
绝缘室insulation room
试验中用于试样与空气隔绝的装置。
注：电加载模块的高压输入端可以经由绝缘室输出。
3.1.3
成像装置imaging device
测试系统中实现探测、追踪、显示和记录被测试样材料的组织形貌的装置。
示例：光学显微镜、高速摄像仪、X射线衍射仪、拉曼(Raman)光谱仪等。
3.1.4
原位监测in-situ monitoring
在试验过程中，测试系统通过成像装置对试样的微观变形、损伤、组织形貌等进行的全程实时监测。
3.1.5
仪器柔度instrument compliance
在所施加的单位压入力的作用下，机架、压头主轴、压头、试台、砧座等的总变形。

3.1.6
热漂移thermal drift
由压头附近环境温度变化所引起的压头、压头主轴和试样等的膨胀或收缩而导致对压痕深度的测量偏差。
3.2符号和单位
本标准使用的符号和单位见表14技术要求。
4.1环境与工作条件
在下列条件下测试系统应正常工作：
一室温为10℃~35℃，试验期间温度波动不大于2℃；
一相对湿度为30%~60%；
一电源电压为220V±22V；
—在稳固的基础上水平安装，水平度为0.2/1000；
一清洁、无灰尘污染，周围无振动、无腐蚀性介质，磁场噪声不大于0.1T,电场噪声小于10V/m的环境中。
4.2一般要求
4.2.1测试系统的成像装置镜头、夹具及磁场能够覆盖的区域内的装置不应对磁场产生干扰。
4.2.2测试系统应有隔热与绝缘装置，以保证传感器能够正常工作。
4.2.3测试系统中的测量控制系统和成像装置不应产生相互干扰。
4.2.4测试系统机架应布置于具有减振功能的平台上，并且具有足够的刚性和试验空间，应能方便地进行各种试验，并便于试样、夹具、测试系统附件和检测校准用的标准计量器具等的装卸。
4.2.5测试系统的电、热、磁物理场加载模块所加载的物理场应相互独立。
4.2.6测试系统应具有在整个试验过程中采集和存储原始的力、位移、时间和图像等数据的能力。
4.2.7测试系统应具有能够修正4.2.6所采集到的原始数据的能力，这些修正至少包括对零点、热漂移和仪器柔度等数据的修正。
4.2.8测试系统应可靠接地，测试系统高低压电路应分开。
4.3电加载与测量系统
4.3.1加载电压根据试样长度确定（一般在电场方向每毫米长度施加1000V的电压），电加载系统应能够提供正弦波、三角波和方形波信号。
4.3.2测试系统的高压电源应具有高压输出的监控信号，监控信号与高压电源所提供的电压成线性关系，监控信号的电压应不高于10V。
4.3.3电压的加载频率应不高于1Hz,一般以0.1Hz为宜。
4.3.4可以在绝缘室中对试样施加高于1000V的电压，热电耦合时应保证观测镜头的正常观测。
4.3.5绝缘室及内部绝缘媒介不应与测试试样和电加载设备发生化学反应。
4.3.6高压电源的电缆不应与地面接触布置，绝缘室应确保与地之间的绝缘。
4.3.7电加载测量系统应具有过电压自动保护，以及防止高压对弱电系统造成破坏的防护功能。
4.3.8标准电容的容量C0至少是试样容量的100倍，标准电容的容量C宜为试样容量的103倍，标准电容两端的电压峰值应不高于10V。
4.4热加载与测量系统

4.4.1热加载系统温度调节范围为室温~500℃，热加载测量装置温度分辨力应优1℃，加载速率应。不小于30℃/min。热加载系统应为闭环控制。
4.4.2热加载系统应确保试样被观测区域温度恒定，温度偏差应不大于2℃。
4.5磁加载与测量系统
4.5.1磁加载与测量系统的磁通密度测量误差最大允许值为±0.5%，磁场强度测量误差最大允许值为+0.5%。提供稳定磁场的磁极头可以选择永磁铁和电磁铁两种形式，在结构尺寸受限制的设备上亦可采用双极头、多极头复合的形式。
4.5.2提供可变磁场的磁场极头应选择电磁铁形式，由磁轭、磁极头和磁化线圈组成。
4.5.3磁轭和磁极头由娇顽力不大于100A/m的软磁材料制成，其结构应对称，磁极头应不产生明显的剩磁，磁极头表面应为平面，表面粗糙度Ra的上限值为32μm,两极头表面应平行并与磁场方向垂直。
4.5.4应能分别通过自动和手动方式调节磁场，并能即时显示电流值。其电流输出的稳定度为0.1%/min。
4.5.5当磁极头间距为10mm时，在磁场中心10mm范围内磁场均匀度为1%，产生的磁通密度应不低于0.8T,磁通密度波动应不大于1%。磁极头之间的距离在一定范围内应能调节，以便于安装试样和进行各种试验。
4.5.6测试系统应配备霍尔磁强计、H线圈、B线圈、J线圈以及与之匹配的特斯拉计、积分器等。J线圈和H线圈需要分别标定残匝面积和H线圈常数。
4.5.7H线圈、B线圈和J线圈采用耐温材料和导线制成，能在室温~500℃范围内正常使用。特斯拉计量程不低于2T,磁通计的量程不低于20mWb.4.6力加载与测量系统。
4.6.1一般要求
4.6.1.1各种力加载的机械结构应能确保在物理场加载条件下正常工作。力传感器应置于不受磁场干扰的位置，或具有磁保护装置。
4.6.1.2拉伸系统、弯曲系统和扭转系统的加力系统、测力系统和变形测量系统应符合B/T13224一2017中4.3.1、4.4.1、4.5.1和4.5.2的规定。
4.6.2加力系统与变形测量系统
4.6.2.1加力系统试样夹持装置及弯曲压头应符合B/T13224一2017中4.3.2条规定：加力系统夹持装置的同轴度应符合B/T13224一2017中4.3.3的规定。
4.6.2.2拉力的示值相对误差、示值重复性、示值进回程差、零点相对误差和拉力指示装置相对分辨力应符合JB/T13224一2017中4.4.2.1的规定：弯曲力的示值相对误差、示值重复性、示值进回程差、零点相对误差和弯曲力指示装置相对分辨力应符合B/T13224一2017中4.4.2.2的规定：扭矩的示值相对误差、示值重复性、示值进回程差、零点相对误差和扭矩指示装置相对分辨力应符合B/T13224一2017中4.4.2.3的规定。
4.6.2.3变形测量系统应能够实时同步地对拉伸变形、弯曲挠度、扭转角进行测量和存储。变形指示装置在试验过程中应能连续显示试样的变形量，不应有冲击、振动和明显的满后现象，应具有清零功能，拉伸变形的示值相对误差、示值进回程差和拉伸变形指示装置的相对分辨力应符合B/T13224一2017中4.5.3的规定：弯曲挠度测量系统的示值相对误差、示值进回程差和弯曲挠度指示装置相对分辨力应符合JB/T13224一2017中4.5.4的规定：扭转角的示值相对误差、示值重复性和扭转角指示装置相对分辨力应符合B/T13224一2017中4.5.5的规定。
4.6.3压痕力加载与测量系统
4.6.3.1压痕加力系统应能连续或以步进方式（逐次递增或递减一个定量的力）施加规定的试验力。在施加和卸除力的过程中应平稳、无冲击和颜动现象。
4.6.3.2压痕力的保持时间应不少于30s,在此期间，对于给定力的示值波动范围应不超过测试系统最大试验力的0.2%。
4.6.3.3加力系统驱动压头移动的速度范围宜为10nm/s~8mm/s。
4.6.3.4对应于不同的力范围，测试系统轴向试验力的最大允许示值相对误差和示值相对重复性应符合表2的规定。

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