Установка для измерения температурных коэффициентов линейного расширения твердых материалов Советский патент 1992 года по МПК G01N25/16 

СО

с

Целью изобретения является повышение достоверности измерения температурных коэффициентов линейного расширения материалов в условиях изменяющихся рабочих температур испытаний, что обеспечивается измерением удлинения образца в отражающем свете на фоне модели черного тела, причем интенсивность источника света изменяется в зависимости от температуры образца. 1 ил.

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к установкам для измерения температурных коэффициентов линейного расширения образцов из композиционных неметаллических материалов.

Известна установка для измерения температурных коэффициентов линейного расширения материалов, содержащая высокотемпературную печь/включающую в себя корпус, графитовый трубчатый нагреватель, предназначенный для размещения образца, и графитовые экраны, систему измерения температуры образца, диаметрально расположенные относительно печи осветитель и оптический компаратор, предназначенные для измерения удлинения образца.

Недостатком установки является изменение контрастности изображения измерительных граней образца при изменении температуры образца. Это происходит

вследствие того, что при низких уровнях температуры от начала свечения нагревателя осветитель, освещая образец проходящим светом, обеспечивает контрастное изображение измерительных граней образца в виде темных рисок на светлом фоне, а по мере разогрева образца, когда трубчатый нагреватель, а затем и образец начинают светиться, контрастность изображения измерительных граней образца уменьшается, что снижает достоверность измерений величины линейного расширения образца.

Цель изобретения - повышение достоверности измерений путем обеспечения постоянства контрастности изображения торцовых измерительных граней образца при изменении его температуры.

Цель достигается тем, что в установке для измерения температурных коэффициентов линейного расширения материалов, содержащей высокотемпературную печь,

со

О

VI VI

включающую в себя корпус, трубчатый нагреватель, предназначенный для размещения образца, и экраны, систему измерения температуры образца, диаметрально расположенные относительно печи осветитель и компаратор, предназначенные для измерения удлинения образца, осветитель закреплен на втулках, моделирующих абсолютно черное тело и установленных в корпусе печи по осям наблюдения, причем со стороны наружных торцов каждая втулка снабжена подвижной шторкой, поверхность которой, обращенная к образцу, наклонена к оси наблюдения, а установка дополнительно снабжена вторым осветителем, установленным между печью и компаратором, и включающий в себя источник света и размещенные по каждой оси наблюдения светоделительные элементы с интерференционным свето- фильтром, причем отражающие поверхности светоделительных элементов оптически сопряжены с образцом и источником света, соединенным посредством регулятора напряжения с системой измерения температуры образца.

При таком выполнении установки освещение образца осуществляется дополнительным осветителем со стороны наблюдения измерительных граней образца компаратора, которые видны в виде светлых рисок на темном фоне, поскольку втулки моделируют абсолютно черное тело и пол-, ностью поглощают попадающий на них све- товой поток от дополнительного осветителя, По мере увеличения температуры образца трубчатый нагреватель и образецстановятсяисточникамидополнительного светового потока. Соблюдение постоянства контрастности измерительных граней образца в этом случае осуществляется путем уменьшения интенсивности светового потока от дополнительного осветителя, управляемого регулятором напряжения по сигналам, поступающим от системы измерения температуры образца. На чертеже приведена схема предлагаемой установки.

Установка содержит высокотемпературную печь 1, включающую корпус 2 с крышками 3 и 4, на которых закреплены держатели 5 и-6 трубчатого нагревателя 7, концентрично к которому размещены экраны 8. Внутри трубчатого нагревателя 7 установлена подложка 9 для испытуемого образца 10,-измерительные грани 11 и 12 которого располагаются по осям 13 и 14 отверстий в трубчатом нагревателе 7, экранах 8 и корпусе 2. Установка содержит систему измерения температуры образца 10, включающую оптический пирометр 15, а

также диаметрально расположенные относительно печи 1 компаратор 16 и первый осветитель 17, который закреплен на втулках 18 и 19, установленных по осям 13 и 14

наблюдения образца 10 и моделирующих абсолютно черное тело. С этой целью втулки 18 и 19 выполнены с внутренним отверстием по диаметру в 5-6 раз меньше его длины, а со стороны наружных торцов втулки 18 и

0 19 снабжены подвижными шторками 20 и 21, поверхность которых, обращенная к образцу 10, наклонена к оси наблюдения и выполнена, например, сферической. Такое выполнение втулок 18 и 19 исключает попа5 дание отраженного от шторок 20 и 21 светового потока в поле зрения компаратора 16 вследствие многократного отражения света от внутренней поверхности втулок 18 и 19 и его поглощения. Шторки 20 и 21 приводятся

0 в движение тягами 22 и 23 с помощью электромагнитного привода 24. По осям втулок 18 и 19 расположёны источники 25 и 26 света соответственно.

Установка также снабжена вторым 665 ветителем 27, установленным между печью 1 и компаратором 16 и включающим в себя интерференционные светофильтры 28 и 29 и светоделительные элементы 30 и 31, выполненные в виде полупрозрачных зеркал с

0 внешним отражением и размещенные по осям 13 и 14 наблюдения, т.е. по осям визирования компаратора 1.6 на измерительные грани 11 и 12 образца 10. Светоделительные элементы 30 и 31 ориентированы отражаю5 щими поверхностями к образцу Ю и источнику света 32, который электрически соединен и с регулятором напряжений 33 и системой измерения температуры образца 10. Установка содержит блок 34 вакуумиро0 вания и подачи инертного газа в камеру.

Установка работает следующим образом.

Испытуемый образец 10 размещают на подложке 9 по оси трубчатого нагревателя

5 7. При этом с помощью первого осветителя 17 осуществляют точную установку образца, когда его измерительные грани находятся по осям 13 и 14 отверстий для наблюдения и располагаются только по вертикали. Такая

0 установка образца 10 обеспечивается наблюдением в компаратор 16 при включен - ном первом осветителе 17. при этом шторки 20 и 21 открыты. Затем камера закрывается крышками 3 и 4, вакуумируется и при необ5 ходимости заполняется инертным газом с помощью блока 34. Включается система нагрева образца (не показана), в результате чего испытуемый образец 10 от трубчатого нагревателя 7 нагревается до заданной температуры.

Для измерения величины относительного удлинения образца 10 включается второй осветитель 27, а шторки 20 и 21 первого осветителя 17 перекрывают отверстия во втулках 18 и .19.

Световой поток от источника 32 света, отражаясь от отражающих поверхностей светоделительных элементов 30 и 31, проходит через отверстие в корпусе 2, экранах 8 и нагревателя 7, освещает измерительные грани 11 и 12 образца 10, которые на фоне затененных областей, образованных втулками 18 и 19, наблюдаются компаратором 16с высокой стабильной контрастностью, в результате чего повышается точность измерения удлинения образца 10 по измерениям изменений расстояний между измерительными гранями образца. Интенсивность светового потока второго осветителя 27 регулируется с помощью регулятора 33 напряжений, управляемого сигналом от оптического пирометра 15. По мере увеличения свечения нагревателя регулятор 33 напряжений уменьшает напряжение электрического тока, подаваемого к источнику 32 света, в результате чего суммарная освещенность образца 10 поддерживается неизменной. При уменьшении температуры образца 10 регулятор 33 напряжений увеличивает интенсивность светового потока источника 32 света.

Таким образом, предлагаемая установка обеспечивает по сравнению с известной постоянную контрастность наблюдения измерительных граней образца в виде светлых рисок на темном фоне, независимо от изменения температуры образца, что увеличивает достоверность определения температурных коэффициентов линейного расширения исследуемых материалов. Формула изобретения Установка для измерения температур- 5 ных коэффициентов линейного расширения твердых материалов, содержащая высокотемпературную печь, включающую в себя трубчатый нагреватель, предназначенный для размещения образца, и окружающие на0 греватель экраны, систему измерения температуры образца, диаметрально расположенные относительно печи осветитель и компаратор со светофильтрами, предназначенные для измерения удлине5 ния образца, отличающаяся тем, что, с целью повышения достоверности измерений путем обеспечения постоянства контрастности изображения торцовых измерительных граней образца при измене0 нии его температуры, установка, дополнительно содержит втулки, установленные в корпусе печи по осям наблюдения, причем со стороны наружных торцов каждая втулка снабжена подвижной шторкой, поверх5 ность которой, обращенная к образцу, наклонена к оси наблюдения, а со стороны образца втулка со шторкой образуют модель черного тела, кроме того установка дополнительно содержит второй осветитель,

0 установленный между печью и компаратором, и включающий в себя источник света и размещенный по каждой оси наблюдения светоделительный элемент, причем отражающие поверхности светоделительных эле5 ментов оптически сопряжены с образцом и источником света, соединенным через регулятор напряжения с системой измерения температуры образца.

25

22 17 2425 26

27