Дилатомер Советский патент 1985 года по МПК G01N25/16 

00

сд

4

1.ДИЛАТОМЕТР, содержащий регистрирующее устройство, кварцевьй цилиндр, по центру которого помещен поршень, центрируеьйй шайбами, выполненный из кварца, и исследуемый образец, отличающийся тем, что, с целью повьпаения точности измерений, поршень вьшолнен притертым по всей своей длине, а верхние концы поршня и цилиндра снабжены резиновой манжетой. 2. Дилатометр по п.1, отличающийся тем, что резиновая манжета установлена в растянутом положении. (Л

Изобретение относится к теплофизическим исследованиям твердых тел при низких температурах и мржет быть использовано при измерении коэффициента теплового расширения (КТР) в, условиях невесомости, а также в подвижных лабораториях (например, на исследовательских судах, подводных судах, батискафах и т.д.), .

Известен дилатометр, содержащий кварцевую трубку с конической опорой для исследуемого образца (цилиндр или параллелепипед по форме), на верхнюю плоскую грань которого опирается кварцевый шток. В верхних кон цах трубки и поршня имеются отшлифованные плоскости, где нанесены ряд тонких рисок. При охлаждении или нагревании такой дилатометрической ячейки риски на штоке перемещаются относительно рисок, нанесенных на трубке, на величину удлинения испытуемого образца СОНедостатком данного устройства является возможное влияние на регист рируемые показания поперечных колебаний, возникаклцих в перпендикулярном к оси образца направлении (например, случайные толчки от кипения криогенных жидкостей).

Наиболее близок по технической сущности к изобретению дилатометр, содержащий регистрирующее устройство, кварцевьм цилиндр, по центру которого помещен поршень, центрируемьй шайбами, выполненный из кварца, и исследуемый образец 2 J.

Диаметры кварцевых поршня и трубки выбраны так, что поршень может свободно без трения перемещаться вдоль оси симметрии всей дилатометрической ячейки, однако в верхнеи нижней части кварцевого поршня имеются выступы, вьшолненные из молибденовых шайб, ограничивающих поперечные перемещения кварцевого поршйя относительно исследуемого образца. Размеры образца и кварцевого поршня отличаются на порядок, поэтому если ось симметрии дилатометрической ячейки совпадает (с точностью 1-2) с вертикалью, то разность удлинений образца и кварцевой трубки однозначно передается регистрирующему устройству. Если отклонение от вертикали превышает на порядок (20-40°) или имеют место попере чные силы, действукяцие на среднюю часть кварцевого поршня, например от кипения криогенных зкидкостей, то точность передачи удлинения образца относительно кварцевой трубки существенно снижается.

Увеличение количества шайб вдоль кварцевого поршня должно лишь смещать возможную критическую частоту поперечных колебаний нагруженного поршня, создавая смещение максимума интенсивности механических шумов в сторону высоких частот. Эта резонансная ситуация реализуется, например, при замене жидкого азота, используемого в качестве криогенной жидкости, жидким гелием, частота колебаний механических шумов (за счет кипения) которого на стенки контейнера повышается и приближается к собственной частоте колебаний кварцевого поршня, что снижает точность измерений КТР.

Кроме того, на точность измерений КТР влияет стабильность температур кварцевой трубки и поршня с шайбами. В случае выполнения измерений КТР в вакууме возможен нежелательный градиент температур между поршнем и кварцевой трубкой, что также снижает точность определения КТР, особенно в динамическом режиме охлаждения или нагрева исследуемого образца, претерпевающего фазовый переход например, с вьщелением или поглощением тепла.

Когда поршень с шайбами свободно перемещается внутри кварцевой трубки существует также проблема герметизации дилатометрической ячейки, которая в прототипном устройстве решается с помощью дополнительного иглообразного штока с минимальным КТР и системой фланцевых уплотнений. Введение дополнительного штока для передачи удлинения от кварцевого поршня регистрирующему прибору создает дополнительный.источник погрешности определения КТ-Р.

Цель изобретения - повьш1ение точг ности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в дилатометре, содержащем регистрируклцее устройство, кварцевый цилиндр, по центру которого помещен поршень, центрируемый шайбами, выполненный из кварца, и исследуемый образец, поршень вьшолнен притертым по всей своей длине, а верхние концы поршня и цилиндра снабжены резиновой манжетой..Для обеспечения устойчивого соединения поршня с образцом резиновая манжета установлена в растянутом положении. Выполнение поршня притертым по всей своей длине обеспечивает повышение точности измерений за счет устранения колебаний в кварцевом цилиндре при передаче термических удлинений от образца к регистрирующему устройству, так как поршень за нимает весь объем цилиндра над обра цом. В случае измерения КТР в вакууме однородность температурного поля ди латометрической ячейки достигается за счет контактной теплопередачи притертых поверхностей цилиндра и поршня, что уменьшает собственньй ход дилатометра и повьш1ает точность измерений. . Резиновая манжета в процессе измерений находится .в растянутом состоянии, действуя с постоянной (регу лируемой) силой через поршень на образец, которьш не може колебатьс в таком поднятом состоянии при сдви Товых внешних толчках,например при кипении криогенных жидкостей,служащих передающей средой, или в состоя ник невесомости. Непосредственное соединение порш ня с регистрирующим устройством, ис ключающее промежуточные зьенья в от личие от аналогов и прототипа, такж повьш1ает точность измерений. На чертеже приведена структурная схема предлагаемого дилатометра. Дилатометр включает регистрирующее устройство 1, кварцевьй цилиндр 2, поршень 3, исследуемьм образец 4 резиновую манжету 5. Образец 4 опирается на дно кварцевого цилиндра 2 и поджимается поршнем 3, притертым по всей своей длине к внутренней поверхности цилиндра 2. Поршень 3 выполнен с конической нижней частью. На торцах образца 4 вьшолнены конические выступы для устойчивого соединения с поршнем 3. Верхние концы цилиндра 2 и поршня 3 снабжены резиновой манжетой 5. Регистрирукицее устройство 1 соединено непосредственно с поршнем 3 и находится вне зоны нагрева или охлаждения. В качестве регистрирующего устройства 1 в конкретном примере реализации выбран оптикатор, головка которого непосредственно соединена с поршнем 3. Устройство работает следующим образом. При изменении температуры (например, при охлаждении криогенными жидкостями или при нагревании с помощью электрического нагревателя) удлине ние исследуемого образца передается с помощью притертого кварцевого поршня 3 непосредственно регистрирующему устройству 1, находящемуся при комнатной температуре. Регистрирующее устройство 1 фиксирует изменение длины образца 4. При изменении длины образца 4 резиновая манжета 5 растягивается, а при сжатии образца 4 указанная манжета 5 прижимает поршень 3 к исследуемому образцу 4, предотвращая его смещение относительно цилиндра 2 в условиях, например, невесомости или в 3 емных условиях при внешних .условиях . . Предлагаемая конструкция позволяет увеличить точность дилатомет- рических измерений за счет исключения погрешностей, возникающих при вибрациях, и за счет более строго обеспечения однородного распределе- , ния темпе1ратуры по различным частям илатометрической системы.