Емкостный дилатометр Советский патент 1987 года по МПК G01N27/22 

Изобретение относится к измерительной технике, а точнее к измерениям коэффициента теплового расширения твердых тед емкостным методом, и может быть использовано при измерениях коэффициента теплового расширения (КТР) материалов с хорошей теплопро-. водностью, в частности металлов, в ироком интервале температур.

Цель изобретения-- обеспечение o.cTOHHCTSa чувствительности дилатоетра во всем диапазоне температур.

На фиг.1 приведена измерительная чейка; на фиг.2 - структурная схема блока управления измерительной ячейкой и измерительная схема.

Основная ячейка дилатометра нахоится внутри базовой трубки 1- из материала с малой теплопроводностью и алым коэффициентом теплового расширения, например из плавленного кварцевого стекла Два толкателя 2 и 3 из того же материала передают изменения длины образца датчику, состояему из катушки 4 индуктивности с регулируемыми витками для индуктивной связи 5 и 6, Пластины (электроды) 7 и 8 измерительного конденсатора жестко насажены на толкатели 2 и 3, Базовая трубка 1 и защитная трубка 9 за- к реплены на основании дилатометра 10. Для откачки ячейки дилатометра и электростатической защиты контура от помех служит металлический кожух 1,

Нижний конец базовой трубки изготовлен в виде столика 12, на который помещается образец 13. Для создания однородного температурного поля вокруг образца высота столика выбрана такой, чтобы образец находится в се- редине нагревателя 14. Для обеспечения плоскопараллельности пластин толкатели 2 и 3 проходят через бронзовые цилиндры 15, выполненные таким образом, что малые цилиндры, через которые проходят толкатели, без люфта скользят через большие.

Верхняя пластина 4 конденсатора не связана с образцом и прикреплена к трубке из плавленного кварца 16, которая в свою очередь прикреплена через медный стержень 17 к толкателю 2. На стержень 17 намотан бифилярно компенсационный нагреватель 18. Для создания периодических изменений температуры образца на него намотан нагреватель 19.

предлагаемого уст- |ройства (фиг. 2) включает генератор 20 накачки, измерительную схему 21-25, блок 26-28 компенсации,

генератор 29 модуляции температуры образца и блок 30 и 31 нагрева об- Р4зца.

Принцип работы предлагаемого уст- ройства заключается в следующем.

В колебательном контуре с резонансной частотой, образованной катуш- кой 4 индуктивности и измерительным конденсатором с помощью высокочастотного генератора накачки, возбуждаются колебания с частотой f, Зазор между электродами 7 и 8 устанавливается так, чтобы частота генератора f совпала е самым крутым склоном резонансной кривой контура

,f./b

fp fr ± 5Q--

где fb ci- 1, Q - добротность контура. Высокочастотный сигнал через индуктивную связь 6 поступает на вход диодного детектора 23, выход которого- включен на вход дифференциального усилителя (УД) 24, а также на вход фильтра 26. Для компенсации амплитудных флуктуации генератора 20 с его выхода сигнал Поступает и на вход аналогичного детектора 21, выход которого включен на второй (инвертирующий) вход УД. Фильтр 26 представляет собой интегрирующую RC-цепь для сглаживания детектированного сигнала .

Выход фильтра включен на вход

компенсационного усилителя (КУ) 27 с задатчиком, выход которого подключен к входу регулирующего аналогового устройства (РУ) 28, На задатчике КУ 27 устанавливают напряжение, соответствующее оптимальной настройке контура и , что обеспечивает автоматическую настройку контура при измерениях в широком интервале температур. Это достигается следующим образом:

пусть оптимальной настройке соответствует постоянная составляющая высокочастотного сигнала UQ . При расстройке контура сигнал Ugj изменяется и на выходе компенсационного

усилителя появится сигнал, пропорциональный разности UQ Uj, (РУ) 28 посредством подачи сигнала на компенсационный нагреватель 18 перемещает верхнюю пластину измерительного кон31318

денсатора 7, пока на входе КУ не установится напряжение, равное .

Измерение КТР проводится следую- щим образом. Нагреватель 19, питаемый от генератора 29, периодически (с частотой 0,01-0,1 Гц) изменяет температуру образца. Это вызывает периодическое изменение напряжения на кон.1 df туре на: зи 2 2

где .Д Е - изменение длины образца;

d - величина зазора измерительного конденсатора.

После предварительного усиления с помощью УД 24 сигнал выделяется с помощью узкополосного фильтра 25 и за- .писывается самописцем 22.

Темпетатура образца измеряется и регулируется с помощью термопар и блока нагрева образца, который включает потенциометр 30 и регулятор 31 температуры с усилителем мощности.

Предлагаемый дилатометр позволяет измерять коэффициент теплового рас ширения в диапазоне температур 77- 800 К при постоянной чувствительности, что повышает точность измерения за счет исключения дополнительной обработки измерительной информациит

Формула изобретен и я

Емкостный дилатометр, содержащий корпус, на котором закреплен нагреватель, связанный с блоком нагрева образца, катушка индуктивности, подключенная к измерительному конденсатору, первая обкладка которого связана во время измерений с образцом, генератор модуляций температуры образца, подключенный к нагревателю образца, и блок компенсации, о т - личающи йся тем, что, с целью обеспечения постоянства чувствительности дилатометра во всем диапазоне температур, он дополнительно содержит два кварцевых толкателя и термокомпенсационный стержень с нагревателем, причем один толкатель соединен с первой пластиной измерительного конденсатора непосредственно, а второй толкатель - с второй пластиной измерительного конденсатора чере термокомпенсационный стержень с нагревателем, а блок компенсации выполнен в виде последовательно соединенных фильтра, компенсирующего усилителя и регулирующего аналогового устройства, вход которого соединен с измерительной схемой, а выход - с нагревателем термркомпенсационного стерж ня.

13

Редактор А.Шандор

. Составитель В,Немцев

Техред Л.Олийнык Корректор Г. Решетник

Заказ 2503/37Тираж 776 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

14

Фиг.2

Изобретение касается теплофизи- ческих измерений, в частности измерений коэффициента теплового расширения твердых тел емкостным методом, изобретение наиболее эффективно может быть использовано при измерениях коэффициента теплового расширения материалов с хоро шей теплопроводностью, в частности металлов, в широком диапазоне температур. Цель изобретения - расширение температурного диапазона измерения коэффициента теплового расширения, уменьшение погрешностей измерения и обеспечение постоянства чувствительности дилатометра во всем диапазоне температур. Емкостный дилатометр, включающий пассивный колебательный контур, образованный катушкой индуктивности и конденсатором, пластины которого закреплены на кварцевых толкателях, генератор накачки, блок стабилизации и изменения температуры, низкочастотный генератор, питающий нагре- ватеЛь для периодического изменения температуры образца, последовательно включенные детектор, вход которого индуктивно связан с колебательным контуром, дифференциальный усилитель, полосовой фильтр и самописец, дополнительно содержит компенсационный нагреватель и соединенные последовательно согласующий усилитель, фильтр, компенсационный усилитель с задатчи- ком, аналоговое регулирующее устройство и усилитель мощности, при этом вход согласующего усилителя подключен к выходу детектора, а на выходе усилителя мощности подключен компенсационный нагреватель. 2 ил. (Л со сх 00 QO СП