Дилатометр Вышванюка Советский патент 1992 года по МПК G01N25/16 

Изобретение относится к области измерения теплофизических свойств веществ и может быть использовано для исследования теплового расширения твердых материалов в диапазоне 4,2-473 К,

Известен кварцевый дилатометр для исследования теплового расширения твердых тел.

Недостатком этого дилатометра является недостаточная точность измерений из-за неудовлетворительной стабилизации температуры кварцевой конструкции.

Наиболее близким к предлагаемому является кварцевый дилатометр, в котором нижний торец толкателя выполнен в виде стакана, охватывающего с зазором внутренний стакан, дно изготовлено заодно со столиком. Высота каждого из стаканов, охватывающих образец, меньше отверстия, одно из которых ниже, а другое выше уровня низкокипящей жидкости.

Недостаток известного дилатометра состоит в том, что нетермостатируемая часть его кварцевой конструкции и узел крепления и перемещения датчика измерения удлинения образца, находящиеся выше уровня низкокипящей жидкости, изменяют температуру в процессе измерений и таким образом вносят погрешность в результаты измерений. Кроме того, большая часть времени (примерно один час) в подготовке дилатометра к работе затрачивается на стабилизацию

vj

Јь ГО

о о

ю

температуры этой части конструкции дилатометра после заливки дилатометра низкокипящей жидкостью.

Цель изобретения - повышение производительности и точности измерений.

Введение в конструкцию дилатометра еще одного стакана со сквозными отверстиями и организация вытеснения из этого стакана термостатирующей низкокипящей жидкости ее парами до уровня ниже головки датчика измерения удлинения, а также поддержание жидкости на этом уровне при помощи конусов со сквозными отверстиями и дополнительных сквозных отверстий в измерительной трубке позволяют обеспечить термостатирование всей конструкции дилатометра путем прямого контакта с низкокипящей жидкостью. Организация такого термостатирования позволяет устранить температурный дрейф конструкции, а следовательно, повысить точность измерений. Кроме того, прямой контакт с низкокипящей жидкостью интенсифицирует теплообмен между жидкостью и конструкцией при ее захолажи- вании и таким образом сокращает время, затрачиваемое на захолаживание и выход на рабочий тепловой режим конструкции.

На чертеже приведена конструктивная схема дилатометра.

. Дилатометр имеет криостат, выполненный в виде сосуда Дьюара 1, В криостате размещена кварцевая конструкция, которая содержит измерительную трубку 2, столик 3 со стаканом 4, толкатель 5 со стаканом 6, при этом стакан 6 с зазором одет на стакан 4. На измерительную трубку 2 одет стакан 7 с размещенным в нем датчиком 8 измерения удлинения образца, В цилиндрической части стакана 7 ниже уровня головки датчика выполнены сквозные отверстия 9 для поддержания уровня низкокипящей жидкости ниже головки датчика 8. Радиальная фиксация толкателя обеспечивается направляющими втулками 10, обечайки крепления которых выполнены в виде конусов 11 и снабжены сквозными отверстиями 12.

Конусы служат для улавливания пузырьков газа, образующихся при испарении низкокипящей жидкости теплом, поступающим от нагревателя 13 образца, а сквозные отверстия - для дозированной его подачи в стакан 7. Излишки газа отводятся через сквозные отверстия 14, выполненные в измерительной трубке. Температура образца измеряется при помощи термопары 15.

Полностью смонтированный дилатометр заправляется низкокипящей жидкостью, например жидким азотом, так, что уровень азота выше стакана 7 с датчиком. В течение примерно 5 мин дилатометр и образец принимают температуру жидкого азота и дилатометр готов к работе. С помощью нагревателя последовательно устанавливаются требуемые температуры образца и измеряется изменение его длины.

В процессе заливки жидкости азот попадает в полости стаканов 4, 6 и 7. При включении нагревателя образца азот в полости стаканов 4 и 6 быстро испаряется,

0 образуя в ней избыточное давление, которое исключает в процессе проведения измерений проникновение в эту полость жидкого азота. Пары азота, образующиеся на поверхностях стаканов 4 и 6 вследствие выделе5 ния нагревателем тепла в виде пузырьков, . поднимаются, до конических обечаек, из которых через отверстия 12 в виде мелких газовых пузырьков азот поступает в стакан 7 и вытесняет из него жидкий азот до уровня

0 сквозных отверстий 9, через которые удаляется его избыточное количество. Обечайки в виде конуса пропускают часть газообразного азота через отверстие 12 для вытеснения жидкого азота из полости стакана 7, а дру5 гую избыточную его часть отводят через отверстия 14 в измерительной трубке.

При отсутствии конических обечаек со сквозными отверстиями поднимающиеся вверх пузырьки газа увеличиваются в раз0 мерах за счет уменьшения гидростатического давления и схлопываются в стакане 7, вызывая гидроудары, которые увеличивают погрешность измерений. В процессе измерений все элементы конструкции дилато5 метра, температуру которых необходимо поддерживать постоянной, термостатиру- ются путем прямого контакта с жидким азотом.

Таким образом, предлагаемый дилато0 метр повышает производительность и точность измерений кварцевых дилатометров, сохраняя в то же время их преимущества: простоту конструкции, надежность в эксплуатации, низкую стоимость и др. Кроме

5 того, эффективное термостатирование всех элементов конструкции дилатометра, температуру которых необходимо поддерживать постоянной, позволяет изготавливать конструкцию дилатометра не только из

0 кварца, но и из других материалов, обладающих низким тепловым расширением не во всем рабочем температурном диапазоне, как у плавленного кварца, а только при температурах, близких к температуре кипения

5 термостатирующей жидкости.

Формула изобретения Дилатометр, содержащий криостат, размещенную в нем измерительную трубку со сквозными отверстиями, направляющими втулками, столиком и стаканом, дно которого выполнено заодно со столиком, толкатель, нижний торец которого выполнен в виде стакана, охватывающего с зазором стакан измерительной трубки, нагреватель образца, а также датчики измерения его температуры и удлинения, отличающий- с я тем, что, с целью повышения производительности и точности измерений, на верхнем торце измерительной трубки установлен дополнительный стакан, на цилиндрической части которого ниже уровня

датчика удлинения выполнены сквозные отверстия, направляющие втулки прикреплены к измерительной трубке при помощи обечаек в виде конуса, имеющего сквозные отверстия, а угол раствора которого направлен в сторону датчика измерения удлинения, при этом измерительная трубка содержит дополнительные сквозные отверстия, расположенные ниже уровня крепления к ней обечаек.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для исследования теплового расширения твердых материалов в диапазоне 4,2...473 К. Цель - повышение производительности и точности измерений. Кварцевый дилатометр содержит криостат, в котором размещена измерительная трубка со сквозными отверстиями, направляющими втулками, столиком и стаканом для установки образца, толкатель, нагреватель образца, датчики измерения его температуры и датчик измерения удлинения. На верхнем торце измерительной трубки установлен дополнительный стакан, в котором на цилиндрической части выполнены сквозные отверстия нижнего уровня размещения датчика измерения удлинения. Направляющие втулки закреплены на измерительной трубке при помощи обечаек в виде конуса со сквозными отверстиями, а измерительная трубка содержит дополнительные сквозные отверстия, которое располагаются ниже уровня крепления к ней обечаек. 1 ил. (Л С