Способ определения температурного коэффициента линейного расширения твердых материалов Советский патент 1989 года по МПК G01N25/16 

со

СХ) СХ)

Изобретение относится к дилатометрии, в частности к определению температурного коэффициента линейного расширения (ТКПР) твердых материалов и его зависимости от температуры.

Целью изобретения является повышение точности и упрощение способа.

На чертеже приведена схема устройства, реализующая способ.

Образец 1 исследуемого материя- ла и опорная стойка 2 установ- лены на платформе 3. На противоположном относительно платформы 3 торце образца 1 установлена плоская дисковая обкладка 4 конденсаторного датчика перемещения, вторая обкладка 5 которого укреплена на торце опорной стойки 2. Образец 1 снабжен нагревателем 6 и термометром 7. Опор- ная стойка 2 снабжена нагревателем 8 и термометром 9.

Способ осуществляется следующим

образом.

Устройство приводят в тепловое равновесие при температуре, при которой необходимо определить ТКЛР разца. После достижения стационарного, распределения температуры в дилатометре измеряют температуру Т„ об- разца 1 и температуру Т, опорной стойки 2. После этого регистрируют величину электрической емкости конденсаторного датчика перемещения. Для этого в качестве измеряемой ве- личины может быть использована, например, частота электрических колеба НИИ колебательного контура, в которы включена емкость конденсаторного датчика перемещения. Эта частота од- нозначно связана с величиной регистрируемой емкости и может быть измерена с достаточной точностью. Затем образец 1 нагревают при помощи нагревателя 6 до заданной величины при- ращения температуры ДТр. При этом обкладка 4 перемещается относительно платформы 3 из-за температурного удлинения образца. Одновременно регистрируют величину емкости конденсатор

ного датчика перемещения и нагревают опорную стойку 2 при помощи нагревателя 8 так, чтобы за счет ее температурного удлинения и перемещения установленной на ней обкладки 5 зазор между обкладками и соответствующая ему емкость конденсатора оставались неизменными. После достижения нового температурного рввновесия измеряют

0

5 0 5 0 j

0

5

температуру Т образца 1 и температуру Тд опорной стойки 2.

Равенство значения емкости конденсаторного датчика перемещения, зарегистрированного при температурах образца Тд и опорной стойки Тд, значению емкости, зарегистрированному при температурах образца Т/, и опорной стойки Tj, означает равенство удлинений образца 1 UЬд и опорной стойки ZiL,. В этом случае температурный коэффициент линейного расширения определяется по формуле:

с И-| -г . bJ-0 о

где cL у температурньй коэффициент линейного расширения эталонного материала, 1/К; йТ5,йТц -соответственно приращения температуры опорной стойки и образца. К; L,, LO - соответственно начальная

длина опорной стойки и образца, м.

Расчетная формула содержит измеряемые.значения температур, линейных размеров и значение ТКЛР материала опорной стойки, определяемой по заранее известной зависимости от температуры. Следовательно, погрещ- .кость определения величины ТКЛР образца зависит только от точности значений, входящих в правую часть выражения, и от точности выполнения соотношения UL iL,.

Реализация способа в диапазоне температур 4,2 - 300 К позволяет установить, что при диаметре обкладок конденсатора, равном 12 мм, и начальном зазоре между ними порядка 0,1 мм достижимо разрешение по величине удлинения образца порядка (0,1-1) при погрешности температурных измерений, не превьшающей 1%. Это позволяет определять с высокой точностью ТКЛР материалов, имеющих малое температурное удлинение, что является существенным преимуществом способа при использовании в криогенной области температур.

Использование предлагаемого способа определения ТКЛР твердых материалов позволяет упростить процесс измерений, поскольку регистрация емкости конденсаторного датчика перемещения может быть сведена к достаточно простому измерению частоты, а измерения линейных размеров заменяются измерениями температуры. Это ведет к значительному уменьшению габаритов измерительного устройства, а процесс измерения может быть автоматизирован.

Формула изобретения

Способ определения температурного коэффициента линейного расширения твердых материалов, включающий измерение приращения температуры исследуемого образца и его удлинения путем регистрации электрической емкости конденсаторного датчика перемещений (Обкладки которого размещены на опор- ной стойке и исследуемом образце, отлича, ющийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения способа, в качестве материала опорной стойки используют эталонный материал с известным температурным

1

1449880

10

5

0

коэффициентом линейного расширения, в процессе нагрева образца опорную стойку нагревают дополнительным источником тепла так, чтобы показание конденсаторного датчика перемещений сохранялось неизменным, измеряют приращение температуры опорной стойки, а температурный коэффициент линейного расширения исследуемого образца определяют по формуле

AT, L

лт.ь,

где oi, - температурный коэффициент

линейного расширения эталонного материала, 1/К}

йТ.дТо -соответственно приращение, температуры опорной стойки и образца. К;

- соответственно начальная длина опорной стойки и образца, м.

L.

Изобретение относится к дилато- метрии и предназначено для соэдаяия новых средств измерения температурного коэффициента линейного расширёт ния (ТКЛР) твердых материалов, Ц/ил изобретения - повьппение точности и упроцвяие. процесса измерения ТКЛР образцов твердых материалов. Метод основам «а срАвяании удлинений ис- слвдуююго образца и встроенной в прибор меры ТКЛР в процессе нагрева ирегистрации иэмеяения их температур. Новым в методе является использование яоидеисаторного датчика перемещения, регистрируюцего удлинения образца и меры, в качестве нуль-прибора, причем равенство этих удлинений обеспечивается независимым нагревом образца и меры ТКЛР. ТКЛР образца определяется из измеренных величин изменений температур образца и меры ТКЛР с использованием известных ли- вейпдс размеров и значения ТКЛР ,астровниой меры. 1 ил. СО с