Установка для дилатометрических испытаний материалов Советский патент 1992 года по МПК G01N25/16 

Изобретение относится к области дилатометрических испытаний материалов, осуществляемых в условиях высоких температур и повышенного давления.

Известна установка для дилатометрических испытаний материалов, содержащая нагреватель, внутри которого расположена опора для крепления образца, систему измерения тепловых деформаций с оптическим блоком и систему измерения температур образца.

Однако при повышенных давлениях образуется неравномерное по высоте температурное поле нагревателя, а испытуемый образец при нагреве смещается относительно нагревателя и, кроме того, уходит из поля зрения оптического блока из-за неконтролируемого изменения геометрических размеров опоры образца при измерении

температуры в полости нагревателя. Поэтому указанная установка не обеспечивает получения достоверных результатов дилатометрических испытаний в условиях высоких температур и повышенного давления.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является установка для дилатометрических испытаний материалов, включающая камеру нагрева с горизонтально расположенным в ней трубчатым нагревателем образца, систему нагрева, систему измерения температуры образца и оптическую бесконтактную систему измерения длины образца.

Недостатком известной установки является снижение достоверности результатов испытаний в условиях повышенного давления газовой среды (десятки атмосфер) и выч

4 Ю О Ю Ы

соких температур (до 3000°С), поскольку образец нагревается неравномерно в вертикальном направлении из-за неравномерного прогрева верхней и нижней зон трубчатого нагревателя и действ-ля конвективных потоков газовой среды.

Цель изобретения - повышение достоверности результатов испытаний путем обеспечения равномерного нагрева образца.

На чертеже показана схематически установка для дилатометрических испытаний материалов.

Установка содержит камеру 1 нагрева с горизонтально расположенным в ней трубчатым нагревателем 2, в котором в держателе 3 на игольчатых опорах 4 размещен испытуемый образец 5 в виде параллелепипеда. Держатель 3 выполнен в виде замкнутого теплопроводного корпуса б, форма которого подобна образцу 5, с крышкой 7, внутренняя полость которого предназначена для размещения образца 5. Держатель 3 закреплен на торцевых стенках 8 камеры 1 с помощью подпружиненных штанг 9, концы которых размещены во втулке 10 и упираются в пружины 11. Конец втулки 10 с наружной стороны закрыт крышкой 12. Устройство для перемещения нагревателя 2 в вертикальной плоскости относительно продольной оси образца представляет собой траверсу 13, соединенную штоками 14с захватами 15 нагревателя 2 через компенсирующее приспособление 16.

Приспособление 16 предназначено для. компенсации теплового расширения нагревателя 2 в горизонтальном направлении и выполнено в виде кольцевой мембраны 17 и плоской пружины 18, установленных в кольцевых втулках 19 и 20. Нагреватель 2 через захват 15 и втулку 20 соединен с блоком 21 нагрева. Для обеспечения герметичности камеры 1 нагрева между траверсой 13 и продольной стенкой камеры 1 размещены сильфоны 22, через которые концы штоков 14 выходят за пределы нагревательной камеры 1. Перемещение траверсы 13 осуществляется винтом 23, перемещающимся в гайке 24 при включении шагового двигателя 25.

Первая и вторая система измерения температуры образца 5 содержит соответственно датчики (термопары) 26 и 27, соединенные с регистрирующими приборами 28 и 29. а также с входами дифференциального усилителя 30 термоЭДС, выход которого соединен с входом блока 31 управления, выход которого соединен с шаговым двигателем 25, связанным с исполнительным механизмом - винтом 23, предназначенным для перемещения штоков 14 в вертикальном направлении.

Для обеспечения в камере 1 нагрева повышенного давления она снабжена системой подачи сжатого газа, включающей баллон 32 со сжатым газом, манометр 33 и

вентили 34 и 35, Для измерения деформаций образца 5 в условиях высокотемпературного нагрева и повышенного давления установка снабжена оптической бесконтактной системой измерения длины образца 5

0 с оптическим прибором и осветителем (не показаны). Освещают и измеряют образец через иллюминаторы 36 и 37 держателя 3 и иллюминаторы камеры 1 нагрева (не показаны).

5 Установка работает следующим образом.

В камере 1 при закрытом вентиле 35 и открытом вентиле 34 создают повышенное давление от баллона 32 со сжатым газом.

0 Величину давления газа в камере 1 контролируют манометром 33. С помощью блока 21 нагрева повышают температуру образца 5.

Сигналы от закрепленных к нижней и верхней частям образца 5 термопар 26 и 27

5 поступают на дифференциальный усилитель 30 и одновременно регистрируются приборами 28 и 29. В случае несовпадения этих сигналов при неравномерности нагрева образца 5 по высоте с выхода дифферен0 циального чусилителя 30 подается управляющий сигнал в блок 31 управления шаговым двигателем, с выхода которого управляющие импульсы периодически поступают на шаговый двигатель 25. При этом

5 шаговый двигатель 25 приводит в движение исполнительный механизм (винт 23 - гайка 24), перемещение гайки 24 которого вызывает перемещение траверсы 13, к которой жестко прикреплены штоки 14, соединен0 ные с трубчатым нагревателем 2.

Трубчатый нагреватель 2 перемещается в вертикальном направлении до тех пор, пока температура в образце 5 по его высоте не выровняется и сигналы термопар 26 и 27

5 не совпадут. При этом сигнал с выхода дифференциального усилителя 30 равен нулю, что приводит к прекращению подачи управляющих импульсов с выхода блока 31 управления на шаговый двигатель 25, а значит,

0 винт 23 и траверса 13 со штоками 14 неподвижны. Перемещение трубчатого нагревателя 2 прекращается. Держатель 3 располагается в плоскости нагревателя 2 со смещением относительно его продольной

5 оси (несимметрично). При таком положении верхняя часть держателя 2 нагревается в основном за счет конвекции и частично за счет лучистой энергии от верхней части нагревателя 2, а нижняя часть держателя 3 - за счет лучистой энергии от нижней части

нагревателя 2 и частично за счет конвекции газовой среды.

Использование изобретения позволяет обеспечить равномерный нагрев исследуемого образца по его объему и тем самым повысить достоверность результатов испытания.

Формула изобретения Установка для дилатометрических испытаний материалов, включающая камеру, горизонтально расположенный в ней трубчатый нагреватель, держатель образца, датчик измерения его температуры и оптическую систему измерения длины об0

5

разца, отличающаяся тем, что, с целью повышения достоверности результатов испытаний путем обеспечения равномерного нагрева образца, она снабжена устройством для перемещения нагревателя в вертикальной плоскости с блоком управления и вторым датчиком измерения температуры образца, при этом держатель образца выполнен в виде теплопроводного корпуса, прикрепленного к камере при помощи подпружинен- ных штанг, а датчики температуры, расположенные в верхней и нижней частях образца, соединены с блоком управления устройства для перемещения нагревателя.

Изобретение относится к экспериментальной теплофизике. Установка содержит горизонтальный трубчатый нагреватель, в котором в держателе размещен образец. Держатель имеет подпружиненные стержневые штанги для закрепления на стенках камеры. Установка снабжена устройством для перемещения нагревателя по высоте образца, выполненный в виде подвижной траверсы с приводом, электрически связанным с выходом дифференциального усилителя, на входы которого подают сигналы от первой и второй термопар, закрепленных в верхней и нижней частях образца. 1 ил.

11

8

22

29

34 3Z

.

/4