Дилатометр Советский патент 1992 года по МПК G01N25/16 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения коэффициента теплового расширения (КТР) твердых материалов.

Известен дилатометр, включающий корпус с узлами крепления образца и емкостной датчик перемещения, работающий по трехточечной схеме.

Недостатком данного дилатометра является ограниченность испытуемых образцов, которые должны быть массивными и жесткими.

Наиболее близким к изобретению является дилатометр, содержащий корпус, расположенные внутри него узлы крепления образца, один из которых закреплен к верхнему торцу корпуса, а другой через упругую мембрану - к подвижному электроду емкостного датчика.

Недостатком известного дилатометра является невозможность проведения на нем измерения КТР образцов в виде тонких и гибких образцов, теряющих устойчивость из-за силового воздействия на образец со стороны узлов крепления.

Цель изобретения - расширение области применения за счет возможности использования гибких и тонких образцов.

На чертеже показана схема конструкции дилатометра.

Корпус 1 дилатометра содержит конденсатор постоянной емкости, состоящий из

VJ

Ю

iЈ СО Ю

элементов 2 и 3. Измеряемая емкость С определяется зазором d между неподвижным 4 и подвижным 5 электродами. Положение электрода 4 фиксируется контргайкой 6. Образец 7 - лента (или проволока) - помещается между штифтами 8 круглого сечения (0 0,1 мм) в П-образных зажимах 9 и 10. Штифты 8 располагаются в отверстиях, выполненных на свободных концах зажимов, в направлении, перпендикулярном оси корпуса 1. Положение образца 7 в штифтах 8 фиксируется винтом 11. П-образное пространство 12 над штифтами позволяет концы образца оставлять свободными, тем самым исключая их влияние на тепловое расширение ячейки и уменьшая систематическую ошибку измерений, что приводит к повышению точности определения КТР тонких и гибких образцов. Длина образца определяется измерением расстояния между штифтами 8 в зажимах 9 и 10. Зажим 9 гайкой 13 жестко крепится к корпусу 1, а зажим 10 соединяется через мембрану 14с электродом 5, при этом электрод 5 и корпус 1 электрически изолированы друг от друга слг;дой 15 и воздушным пространством 16. Мембрана 14 крепится гайкой. 17 к корпусу 1 и обеспечивает соосное размещение образца без вибраций и его поступательное движение без трения в пределах 2 мм. Мембрана изготовлена из тонкой ( 0,04 мм) листовой бериллиевой бронзы. Растягивающее усилие (1-3 МПа) на образец регулируется гайкой 13 и конт ролируется величиной емкости С.

Все детали дилатометра изготовлены из одной медной заготовки и отожжены в вакууме при 600°С в течение 4 ч. Измерения проводят в интерале низких температур 80 - 300 К.

Дилатометр работает следующим обра- . зом.

После установки образца 7 между штифтами 8 в зажимах 9 и 10 поворотом гайки 13 создается растягивающее усилие на образец (1-3 МПа), контролируемое величиной емкости С (5-7) 1012 Ф (т.е. зазором d между электродами 4 и 5). При этом мембрана 14 прогибается в осевом направлении вверх и в таком подпружиненном состоянии находится в процессе всего измерения. Далее дилатометр помещают в камеру (не показана) с давлением газообразного гелия 20 Па. Эту камеру помещают в вакуумный кожух с давлением (1-2) Па. В процессе нагревания или охлаждения образец, изменяя свои линейные размеры, через зажим 10 вызывает перемещение мембраны 14 в соответственно электрода 5, в связи с чем меняется ширина зазора d, что приводит к изменению емкости АС, которое регистрируется мостом переменного тока ВМ-484 или Р5079.

Средний коэффициент теплового расширения «обр исследуемого образца в интервале температур (А Т Т2 - Ti) рассчитывается по формуле

„кяг°

бр 1о(Т2-Т1)

C2-Ci

С2.С1

2L

С2

) +Gbu

-«ex

где I0 и r0 - длина образца и радиус электрода 4 соответственно при комнатной темпе- ратуре;

Ci и С2 - измеряемые емкости при температурах TI до Т2;

у- поправка, учитывающая радиальное

расширение электродов при изменении температуры от Ti до Т2;

Оси - коэффициент теплового расширения чистой меди;

«сх- поправка на собственный ход ячейки- определяемая в процессе калибровки устройства.

Для получения сравнительных данных коэффициента теплового расширения чистого никеля (99,8 мас.% Ni) массивного образца (0 4 мм, длина 20 мм) и образца из ленты (толщина 0,04 мм, ширина 10 мм и длина 30 мм) проведены измерения в предлагаемом и известном дилатометре, приведенные в таблице.

Как видно из данных таблицы предлагаемое устройство обеспечивает высокую точность определения КТР ленты.

Дилатометр можно использовать для изучения теплового расширения аморфных лент, полимерных пленок, а также образцов в виде проволоки. Оно может быть использовано как для интервала низких температур (до 80 К), так и для высоких 300 - 1000 К. Во втором случае

детали дилатометра изготавливаются из нержавеющей стали. Компактность дилатометра позволяет разместить его в сверх- проводящем соленоиде и в камере высокого давления, что обеспечивает измерение таких важных физических характеристик, как магнитострикция и сжимаемость, данные о которых для гибких и тонких материалов практически отсутствуют в справочной литературе.

Формула изобретения Дилатометр, содержащий корпус, расположенные внутри него узлы крепления образца, один из которых прикреплен к верхнему торцу корпуса, а другой через упругую мембрану - к подвижному электроду емкостного датчика перемещения, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения за счет возможности испытания гибких и тонких образцов, в нем узлы крепления выполнены в виде П-образ- ных зажимов, содержащих на свободных концах пары параллельных штифтов, расположенных перпендикулярнд оси корпуса.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения коэффициента теплового расширения твердых материалов. Цель изобретения - расширение области применения за счет возможности испытания гибких и тонких образцов. Дилатометр содержит корпус, внутри которого расположены узлы крепления образца. Один из узлов закреплен на верхнем торце корпуса, а другой прикреплен через упругую мембрану к подвижному электроду емкостного датчика перемещения. Узлы крепления выполнены в виде П- образных зажимов, которые содержат на своих свободных концах пары параллельных штифтов, расположенных перпендикулярно оси корпуса. 1 ил., 1 табл.

Редактор Н.Рогулич

Составитель В.Марченко

Техред М.Моргентал

Корректор С.Черни