Рычажный дилатометр Советский патент 1980 года по МПК G01N25/16 

(54) РЫЧАЖНЫЙ ДИЛАТОМЕТР

№обретение относится к конструкциям устройств для измерения теш10в.го расширения твердых тел, Известны различные дилатометрические устройства в которых реализуются абсолютные и относительные методы измерений. Известны кварцевые дилатометры, у которых измерительная ячейка содержит столик дпя установки образца и толкатель, которым изменение размеров образца передается изме ягтельному датчику линейных перемещений 1 Такие далатометры, выпускаемые нашей промыишенвостью (например, УДВ-1, ДКС-900, ДКВ-1 и др.) отличает простота конструк ции, удобство в обслужзшании, достаточная точность и надежность результатов измерений. Основным недостатком этих приборов является относительно низкий температурный предел исследований (1100-1400 К), так. как основные детали измерительной ячейки ливают из кварца, хорошо поддающегося различным технологическим операциям и обладающего низким и стабильным значением температурного коэффициента линейного расширегатя (ТКЛР), величина которого входит в расчетную формулу для определения ,ТКЛР исслепуемого материала. Создание более высокотемпературных дилатометров подобного типа, работающих до 2000 К и выше, и особенно освоение их се{Яйного выпуска метрологически и технологически еще достаточно не обеспечено. В этом отнощении определенными преимуществами могут обладать дилатометры рычажного типа, так как в них реализуется абсолютный метод измерения JKJIP, а изготовление основных деталей измерительной ячейки не вызывает технологических трудностей. Ближайщим техническим решением к предлагаемому изобретению является рычажный дилатометр 2 , измерительная ячейка которого содержит основание, несущее вертикальные неподвижную опорную и поворотную измерительные щтанги. Поворотная штанга выполнена в виде двзошечего рычага, взаимодействующего с подвижны:, элементом датчика линейных перемещений. Исследуемый образец устанавливают между измерительными цггангами. Д1Я чего на. опорной штанге предусмотрена спедаальная кронштейно закрепленная площадка, а для обеспечения постоянного поджима образца к измерительным штангам поворотная штанга снабжена регулируемой пружиной. Температурный предел измерений до 1400° К. Эта конструкция обладает рядом недостатков снижающих точность измерений. Снижение точности происходит прежде всего вследствие деформации измерительных штанг под деистВием пружины, за счет которой в измерения вносится ошибка, изменяющаяся при изменении температуры штанг. Также нестационарные ошибки вносятся в измерения за счет расширения и удлинения измерительных штанг Еще большее влияние на точность измерений будут оказывать указанные источники ошибок при работе в области более высоких (свыше 1400° К) температур, так как в этом случае измерительные штанги следует изготавливать из тугоплавких материалов, собственный темп ратурный коэффициент линейного расширения которых может быть достаточно большим, а определен с недостаточной точностью. Целью изобретения является повышение точности измерений, в том числе в условиях высоких температур. Целы достигается тем, что предлагаемый рычажный дилатометр снабжен установленной на основании измерительной ячейки, и связанной с датчиком линейных перемещений подвижной кареткой, в которой жестко закреплена опорная штанга, верхнему рабочему концу которой придана форма ребра призмы, и индикатором нулевого положения нижнего конца йоворотной штанги, верхнему рабочему концу которой придана форма конуса. На фиг. 1 показана измерительная ячейка и нагревательное устройство предлагаемого дилатометра; на фиг. 2 - то же, разрез А-А фиг. 1, Измерительная ячейка содержит охлаждаемое основание 1, в котором выполнены отверстия для прохождения вертикально расположенных измерительных штанг 2 и 3. На основании 1 в опорах скольжения 4 (см. фиг. 2) закрепл на подвижная каретка 5, в которой жестко закреплена опорная измерительная штанга 2. Подвижная каретка 5 кварцевым толкателем 6 свяЖна (Г ПоД) элементом датчика линейных перемещений 7, например индуктивным преобразователем, который закреплен на основании 1. Пружина 8 обеспечивает пбст янное поджатие каретки 5 к микровинту 9. Поворотная измерительная- штанга 3 своей осью 10 закреплена в опорах вращения 11 на основании 1, на котором установлена также.. стойка 12 (см. фиг, 1), срдержащая индика4тор 13 нулевого положения нижнего конца поворотной штанги 3, соответствующего ее вертикальному положению. В качестве такого индикатора может быть использован ц например, дифференциальный емкостный или индуктивный датчик перемещений. Измерительные штанги могут: быть выполнены, например, из стержней искусственного корунда диаметром 5-7 мм. Верхнему концу одной из штанг придана форма ;призмы, ребро которой направлено перпендикулярно плоскости, проходящей через геометрические оси измерительных штанг, а второй - форма конуса. Ребропризмы и вершина конуса образуют опоры для установки исследуемого образца. Дилатометр работает следуютцим образом. Исследуемый образец должен содержать датя бы одну плоскую опорную поверхность шириной 6-10 мм, на которой. наносят поперечно две параллельные канавки прямоугольного профиля, шириной и глубиной, например, 1 мм, которыми образец устанавливают на опоры измерительных штанг сверху. Расстояние между продольньгми осями симметрии канавок, измеренное при комнатной температуре, является контролируемой длиной образца и равно например 20-25 мм., После установки исследуемого образца на опоры измерительных штанг его помещают в нагревательное устройство 14. Затем, вращая микровинт 9, перемещают каретку 5 до тех пор, пока нижний конец поворотной цгганги 3 займет по отсчету индикатора 13 нулевое положение. Данное положение каретки 5 фиксируют системой показаний датчика линейных перемещений 7 и принимают за начальную точку отсчета. При изменении температуры образца на установленную величину ЛТ изменяется длина образца на соответствующую величину Д й- , что вызьгоает отклонение поворотной штанги 3 от исходного (вертикального) положения на определённый угол, на что указьтает изменение показаний отсчетного устройству индикатора 13. Для определения величины изменения длины образца перемещают микровинтом каретку 5 в новое положение, при котором поворотная штанга 3 снова: занимает исходное нулевое положение. При этом каретка 5 перемещается также на величину, равную изменению длины образца, т.е. Д и , что фиксируется изменение показаний регистрирующей системы датчика Линейных перемещений 7. Затем температуру образца доводят до следующего требуемого значения и вновь повторяют описанный цикл измерений, проходя таким образом весь температурный диапазон, и вычисляют по полученным данным температурные коэффициенты линейного расширения исследуемого материала в установленных интервалах. Поскольку опоры для установки образца на шгангах практически совпадают с продольными осями последних, поперечное расширение штанг не оказывает влияния на точность измерений. Отсутствие изгибающих усилий, приложенных к штангам, также повьпиает точность измерений по сравнению с прототипом. Влияние теплового удлинения штанг, ведущее к изменению плеч рычага, не сказывается на точности измерений, так как отсче показаний датчика линейных перемещений производится в момент установки каретки в положение, при котором измерительные штанги параллельны. Таким образом, предложенная конструкция рьпажного дилатометра обеспечивает повышение точности, измерений теплового расшире ния, в том числе при высоких температурах (свыше 1400К), что позволяет значительный экономический эффект от ее применения в : дилатометрах, заменяющих используемые ньт 6 серийно выпускаемые дилатометры УДВ-1, кс-900 и др.; Формулаизобретения Рычажный дилатометр, содержащий нагреватеяьное устройство, основание, вертикальные опорную и поворотную штанги и датчик линейных перемещений, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен установленной на основании и связанной с датчиком линейных перемещений подвижной кареткой, в которой жестко закреплена, однаиз штанг, верхнему рабочему концу которой придана форма ребра призмы, и индикатором нулевого положения {«жнего конца поворотной штанги, верхнему . рабочему которой придана форма конуса. Источники информации, принятые во.внимание при экспертизе / 1. Техническое описание дилатометра УДЬ-1 2. Проспект Самопишущий дифференциальный термоанляязатор системы Ыимадзу, Приспособление для измерения теплового расширения модели Д-2В, с. 16, рис. 21 (прототип).