ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ОБЪЕМНЫЙ ДИЛАТОМЕТР Российский патент 1997 года по МПК A01G7/00 G01N25/16 G01N33/483 

Изобретение относится к устройствам для измерения объемных измерений материалов, преимущественно биологического происхождения и может быть использовано при биологических исследованиях.

Известен объемный дилатометр, содержащий ячейку с рабочей жидкостью для исследуемого образца, соединенную с сильфоном и измеритель перемещения сильфона, который дополнительно содержит ячейку для эталона с рабочей жидкостью, соединенную со вторым сильфоном, центрирующие шарики, соединенные с противоположными торцами сильфонов и помещенные в направляющие втулки, нижние концы которых жестко соединены с ячейками, а верхние с механизмами нагружения сильфонов, при этом, центрирующие шарики расположены с возможностью упора в неподвижно закрепленные на корпусе дилатометра штоки.

Основным недостатком этой конструкции является то, что она создана в виде уникальной лабораторной установки, имеющей малую эффективность работы при низких температурах из-за наличия в конструкции механотропных и емкостных датчиков, которые не работают при низких температурах, а также сложность конструкции и ее высокая стоимость.

Известен также объемный дилатометр, содержащий две ячейки для образцов, заполненные дилатометрической жидкостью, каждая из которых соединена трубкой с датчиком перемещений, при этом, он дополнительно снабжен тремя парами сильфонов, причем полость каждого сильфона первой пары соединена с одной стороны с полостью трубки, а с другой с мембраной датчика перемещения, полости второй пары сильфонов посредством каналов соединены параллельно соответственно с полостями первой пары сильфонов и последовательно соответственно с третьей пары, при этом каждый сильфон второй и третьей пар снабжен фиксатором.

Кроме того, в качестве рабочей жидкости использованы две несмешивающиеся жидкости с разным удельным весом.

Основным недостатком этой конструкции является ее сложность и недостаточная точность измерений, получаемая на ней.

Наиболее близким к заявляемому является дифференциальный объемный дилатометр, содержащий две камеры для образца и эталона и измерительный преобразователь перемещения, каждая камера снабжена двумя сильфонами - компенсационным и измерительным, причем, оси компенсационных сильфонов параллельны, их концевые подвижные элементы соединены между собой с возможностью синхронного возвратно-поступательного движения, а измерительный преобразователь перемещения соединен с концевым подвижным элементом одного из измерительных сильфонов, причем, измерительные сильфоны расположены соосно, а их концевые подвижные элементы обращены навстречу друг другу и жестко связаны между собой.

Основным недостатком этой конструкции является ее сложность и невозможность осуществления тонкой исходной регулировки, что не позволяет обеспечить сохранение высокой точности измерения в течении длительного времени, т.е. имеется дрейф нуля, т.е. указанный дилатометр не позволяет получить достаточную надежность работы при всевозможных измерениях, причем, измерениях в широком температурном диапазоне и длительном временном интервале проведения измерений.

Задачей, положенной в основу создания изобретения, является повышение надежности и сохранение высокой точности измерения в течении длительного времени.

Поставленная задача решается дифференциальным объемным дилатометром, содержащим в корпусе две замкнутые камеры для образца и эталона каждая из которых заполнена рабочей жидкостью и оборудована измерительным сильфоном и измерителем перемещения, в котором каждая камера оборудована измерителем преобразователя перемещения и заполнена керосином, причем оси измерительных сильфонов расположены параллельно друг другу и измерители преобразователей перемещения жестко соединены с рабочими концами сильфонов, а измерители преобразователя перемещения выполнены в виде отдельного блока, заключены в контейнер и соединены с сильфонами через резьбовые переходные втулки, при этом наружные диаметры сильфона, втулки и шаг резьбы имеют соотношение (10-12): (1-2):(0,1-1,5) соответственно.

При этом в качестве эталона в дилатометре используют алюминий и медь.

Особенность предлагаемой конструкции технический результат, получаемый при использовании дифференциального объемного дилатометра состоит в том, что каждая замкнутая камера оборудована одним измерительным сильфоном и одним преобразователем перемещения, а также заполнена рабочей жидкостью, в качестве которой используется керосин.

Подобная компоновка сильфонов и измерителей преобразователей перемещения обеспечивает возможность простой и эффективной настройки каждой камеры, снабженной сильфоном и измерителем преобразователя перемещения, которая осуществляется путем первоначальной установки датчика перемещения на требуемую рабочую точку. В результате этого получаем возможность осуществить точное вычитание измерительных сигналов, поступающих с датчиков двух камер, и тем самым повысить точность измерения, обеспечивая ее на уровне 10-5, что для промышленного использования является очень высоким показателем. Кроме того, предлагаемое устройство эффективно может быть использовано в широком интервале плюсовых и минусовых температур.

Использование в качестве рабочей жидкости керосина, который является инертом, не взаимодействующим с рабочими образцами и не меняющего своих свойств, в частности вязкости во всем рабочем интервале температур, позволяет обеспечить высокую степень измерения и надежность работы аппаратуры. Принципиальное значение имеет подсоединение измерительных сильфонов друг к другу.

Согласно изобретению оси измерительных сильфонов расположены вертикально и параллельно друг другу.

Измерители преобразователей перемещения жестко соединены с рабочими концами сильфонов через резьбовые переходные втулки. Втулки изготовлены из алюминия или его сплавов с шагом резьбы 0,5 мм. Это жесткое соединение позволяет максимально повысить надежность конструкции за счет устранения боковых колебаний сердечников датчиков. При этом для обеспечения надежности конструкции и точности измерений было экспериментально установлено, что наружные диаметры сильфона, втулки и шаг резьбы должны иметь соотношение размеров (10-12):(1-2):(0,1-1,5) соответственно.

Измерители преобразователей перемещения, согласно настоящему изобретению, выполнены в виде отдельного блока и заключены в контейнер, изготовленный из алюминия или его сплавов. Такая компоновка позволяет осуществлять предварительную одноразовую регулировку измерителей перемещения с точностью до 100 мкм и после установки контейнера в дилатометр и закрепления его над камерами дальнейшей регулировки не требуется и сохраняется высокая точность измерения в течение более 1 года.

В качестве материала эталона в предлагаемом дилатометре используют алюминий или медь. Эти металлы обладают свойствами стабильными свойствами, в частности коэффициентом температурного расширения и обеспечивают эффективную работу устройства во всем диапазоне рабочих температур.

Принципиальная блок-схема дифференциального объемного дилатометра представлена на чертеже.

Дилатометр состоит из корпуса 1, измерительной камеры 2 с исследуемым образцом 3 и опорной камеры 4 с исследуемым образцом 5. Камеры 2 и 4 смонтированы на общем основании 6 и снабжены крышками 7 и 8 и заливочными кранами 9 и 10. Камера 3 снабжена измерительным сильфоном 11 и измерителем преобразователя перемещения 12, изготовленным в виде линейного дифференциального трансформатора. Камера 4 также оборудована измерительным сильфоном 13 и измерителем преобразователя перемещения 14, аналогично выполненным в виде линейного дифференциального трансформатора. Сильфоны 11 и 13 расположены параллельно друг другу. Рабочий конец сильфона 11 жестко, через переходную втулку 15, с резьбой 16 соединен с преобразователем перемещения 12. Аналогично рабочий конец сильфона 13 жестко, через переходную втулку 17, с резьбой 18, соединен с преобразователем перемещения 14. Преобразователи перемещения 12 и 14 заключены в контейнер 19.

Дифференциальный объемный дилатометр работает следующим образом. В измерительную камеру 2 и опорную камеру 4 помещают образец исследуемого материала 5 и медный или алюминиевый эталон 3 того же объема и заливают в камеры через заливочные краны 9 и 10 рабочую жидкость-керосин. Краны 9 и 10 перекрывают. Предварительно контейнер 19 с датчиками перемещения 12 и 14 через резьбовые втулки 15 и 17 соединяют с рабочими концами сильфонов 11 и 13 и сердечники датчиков устанавливаются в рабочую точку. Контейнер устанавливают на корпус 1. Готовый к работе прибор устанавливают в морозильную камеру и начинают процесс измерения. Процесс измерения заключается в измерении разностных объемных деформаций.

Относительная точность измерений в предложенной конструкции составляет 10-5. По прототипу этот показатель составляет 10-4.

Предлагаемая конструкция дифференциального объемного дилатометра обеспечивает высокую надежность работы и высокую точность измерений в течение не менее 1 года.

Данные по надежности работы дилатометра представлены в таблице.

Из таблицы следует, что использование заявленного дилатометра позволяет обеспечить следующие преимущества: простоту конструкции, высокую надежность в работе, высокую точность измерений в течение не менее 6 месяцев без дополнительной регулировки, возможность эффективной работы устройства в широком диапазоне температур.

Использование: приборостроение. Сущность изобретения: в дифференциальном объемном дилатометре, содержащем в корпусе две замкнутые камеры для образца и эталона, каждая из которых заполнена рабочей жидкостью и оборудована сильфоном, а также содержащим измеритель преобразователя перемещения, в котором каждая камера оборудована своим измерителем преобразователя перемещения и заполнена керосином, при этом оси измерительных сильфонов расположены параллельно и измерители жестко соединены через резьбовые переходные втулки с рабочими концами сильфонов, а измерители преобразователя перемещения выполнены в виде блока и заключены в контейнер, при этом наружные диаметры сильфона, втулки и шаг резьбы имеют соотношение (10-12):(1-2):(0,1-0,5) соответственно. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. 1 табл.

1. Дифференциальный объемный дилатометр, содержащий в корпусе две замкнутые камеры для образца и эталона, каждая из которых заполнена рабочей жидкостью и оборудована измерительным сильфоном, а также содержащий измеритель преобразователя перемещения, отличающийся тем, что каждая камера оборудована измерителем преобразователя перемещения и заполнена керосином, при этом оси измерительных сильфонов расположены вертикально и параллельно друг другу, измерители жестко соединены через резьбовые переходные втулки с рабочими концами сильфонов, а измерители преобразователя перемещения выполнены в виде блока и заключены в контейнере, при этом наружные диаметры сильфона, втулки и шаг резьбы имеют соотношения (10 12) (1 2) (0,1 0,5) соответственно. 2. Дилатометр по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала эталона используют медь или алюминий.