氫氣環(huán)境材料性能測試儀（通用型）
通用型
通用型采用標準試樣，并將其置于充有高壓氫氣的密閉試驗容器中。根據(jù)其是否具有加熱或冷 卻裝置，將其進一步分為常溫型與高低溫型。
常溫型
常溫型測試儀沒有加熱或冷卻裝置，僅在密閉試驗容器中充入氫氣，形成常溫氫氣環(huán)境。
日本國家高級工業(yè)科技研究所的Fukuyama以氣體壓力作為動力，開發(fā)了一套用于100MPa氫氣和氬氣室溫環(huán)境的拉伸性能測試儀，如圖4所示。該設(shè)備通過控制活塞上下氣壓產(chǎn)生的力進行加載。由于氣壓既是氫氣環(huán)境對料性能影響的參數(shù)之一，又是加載源，因而具有壓與載荷不能分開控制的局限性。為了達到較的加載力，則必須相應(yīng)增加氣體的壓力，而過高體壓力對氣壓元件及其控制和密封來說都是一挑戰(zhàn)。為此，F(xiàn)ukuyama與Imade等又開發(fā)了一種部加載的材料性能測試儀，如圖5所示。該測儀通過電機減速系統(tǒng)實現(xiàn)加載，可用于高達230MP的氫氣環(huán)境材料性能測試。值得一提的是，F(xiàn)ukuyama與Imade等通過特殊的試樣夾持方式及相應(yīng)測量方法，將靜、動摩檫力從所測得載荷中分離來，最終得到試樣所承受的實際載荷。但也正因該特殊夾持結(jié)構(gòu)，測試儀僅能用于拉伸性能測試。
上述測試儀均采用外部載荷傳感器。由于存在試驗容器密封處的摩擦力和氫氣壓力產(chǎn)生的附加載荷，雖然學者們采用了一些措施來消除其影響，如Fukuya¬ma與Imade等的平衡腔設(shè)計與特殊夾持結(jié)構(gòu)設(shè)計，日本機械工程公司Yasuo和Yasuhide的平衡桿設(shè)計，但依舊不能直接測得試樣實際承受的載荷。
因此，美國國家標準技術(shù)研究所（NIST)材料可靠性研宄部的Slifka、Drexler等在研究管道鋼材疲勞性能時開發(fā)了一種測試儀。采用抗高壓氫氣干擾的內(nèi)部載荷傳感器測量載荷，其原理如圖6所示。該內(nèi)部傳感器在空氣中以外部載荷傳感器標定，試驗中的測量與控制也均基于該內(nèi)部載荷傳感器。然而，限于技術(shù)的保密性，目前此類傳感器價格非常昂貴，且在市場上很難購買。
為了保證充入氫氣的純度，德國斯圖加特大學的Deimel和HaniSCh還開發(fā)了一種配有氫氣純度檢測的拉伸測試儀，結(jié)構(gòu)原理如圖7所示。通過反復(fù)充放氣和〇2與H20檢測分析裝置來保證試驗時的高氫氣純度，具有一定的參考價值。
常溫型材料性能測試儀因為沒有加熱或冷卻裝置，所以結(jié)構(gòu)相對簡單，對于氫氣這種易燃易爆氣體吏為安全。但是，常溫型材料性能測試儀只能用于常溫測試，無法滿足高低溫測試要求。而現(xiàn)實中，目前對高低溫測試的需求越來越多。
高低溫型
高低溫型測試儀配有加熱或冷卻裝置，根據(jù)其安裝方式，可分為內(nèi)置型和外置型。
內(nèi)置型測試儀將加熱或冷卻（通常為加熱）裝置置于試驗容器內(nèi)，傳熱效率高，但也因此增加了試驗容器的尺寸，進而增加了氫氣的使用量，降低了經(jīng)濟性與安全性。
Yokogawa與Fukuyama等開發(fā)了一臺用于高壓高溫氫氣環(huán)境的拉伸測試儀，如圖8所示。采用8kW內(nèi)置電阻爐加熱，溫度高達7731K(500oC)。試驗壓力容器外殼以循環(huán)水冷散熱，同時阻止對O型密封圈的熱損傷。由于加熱爐內(nèi)置，其陶瓷爐壁等的脫氣將污染氫氣，導(dǎo)致氫氣純度難以保證。值得一提的是，該測試儀首次提出平衡腔設(shè)計，消除了氫壓對載荷測量的影響。
Rocketdyne公司開發(fā)的拉伸測試裝置將試樣腔與加熱爐腔隔開，彼此獨立，如圖9所示。在兩個腔體中充入同樣壓力的同種氣體，使得穿過各腔體間的氣體泄漏量最小化，從而保證了試樣腔中氫氣的純度，加熱溫度高達2000°F(1093°C），因此致使試驗容器體積更加巨大。
外置型測試儀將加熱或冷卻裝置置于試驗容器外部，減小了容器體積，進而降低了氫氣的使用量，增加了經(jīng)濟性與安全性，也保證了氫氣的純度。但是需將熱量通過容器壁，致使效率降低，也易使容器壁過熱或過冷，對容器的材料是一個挑戰(zhàn)。
Yokogawa與Fukuyama等叫開發(fā)的一種蠕變測試儀，如圖10所示，采用外置加熱方式，溫度高達873K(600°C)。日本鋼鐵有限公司（JapanSteelWorksLtd.)研發(fā)的氫氣環(huán)境疲勞性能測試的試驗儀器，如圖11所示,通過壓力容器外的熱交換器進行加熱與冷卻，高溫可達85°C，低溫可達-40°C。Yasuo和Yasuhide研發(fā)的lOOMPa級氫氣環(huán)境材料性能測試儀，如圖12所示，環(huán)境溫度范圍為-45°C到90°C。值得一提的是，該測試提出了一種平衡桿設(shè)計來消除氫壓對載荷測量的影響。高低溫型測試儀增加了加熱或冷卻裝置，致使結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，但應(yīng)用更為廣泛。
 
各氫氣環(huán)境材料性能測試儀的功能等情況如表1所示�？梢�，現(xiàn)有氫氣環(huán)境材料性能測試儀或者用于室溫氫氣環(huán)境，或者加熱能力明顯不足，如高溫僅達100°C以內(nèi)，或者測試功能有限，如只能進行拉伸性能測試。
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