Устройство для определения термического коэффициента линейного расширения Советский патент 1982 года по МПК G01N25/16 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕРМИЧЕСКОГО КОЭФФИЦИЕНТА ЛИНЕЙНОГО РАСШИРЕНИЯ

I

Изобретение относится к высокотемпературным исследованиям физических характеристик материалов, точнее к устройствам для исследования термического расширения.

Известны устройства для определения термического коэффициента линейного расширения (ТКЛР), основанные на прямом измерении смещения образца, передаваемого специальным штоком,контактирующим с исследуемым образцом, или без передающего штока, прямым оптическим измерением. Эти устройства реализованы в различных конструкциях дилатометров 1.

Недостатком известных устройств является низкая точность при исследовании жидких образцов, что обуслов:лено наличием трения между штоком и контейнером, содержащим жидкий образец.

Наиболее близким к предлагаемому ; изобретению является устройство для определения термического коэффициента расширения, содержащее коромысловые весы с противовесом и печь для нагрева образцов 2.

Недостатками известного устройства являются низкая точность измерений и нрвозможность исследования жидких образцов.

Цел ьизобретения .- повышение точ- ности измерений широкого класса материалов.

Указанная .цель достигается тем, что устройство для определения термического расширения, содержащее коромысловые весы с противовесом и печь для нагрева ячейки с образцом, дополнительно содержит шарнирный каскадный усилитель, который одним концом шарнирно прикреплен к плечу коромысловых весов, а к другому концу подвешена ячейка, в которой расположен образец, расположенный под углом к оси печи, причем ячейка установлена в цепи, термически изолированной от коромысловых весов. На фиг. 1 показано предлагаемое устройство; на фиг, 2 - направление действия г.чл в конструкции. На водоохлаждаемую платформу 1 снизу вакуумно плотно установлена печь 2. Сверху установлена стойка 3 коромысловых весов с плечом i, на которое подвешена чашка с противовесом, и плечом 5, к которому шарнирно закреплен шарнирн.ый каскадный усилитель 6. .К нимнему концу, усилителя шарнирно закреплены две кварцевые составные нити 7t которые, при высокотемпературных (свыше ) исследованиях могут быть продолжены молибденовыми нитями, и введены в печь через отверстия на платформе. К нижним концам нитей подвешена ячей ка G, 13 которой наклонно, под углом 10-45 к оси печи размещен контейнер 9 с исследуемым образцом 10. Контейн может быть запаянным, если исследует ел образец с заметным испарением или сублимацией. Образец снизу под собст венным весом фиксирован дном контейнера. Ячейка висит свободно в температурной зоне печи 2. Шарнирный каскадный усилитель представляет последовательно, шарнирно соединенные рав нобедренные трапеции из планок. План ки также соединены между собой шарни но. Конструкции коромысла и усилителя таковы, что часть плеча 5 одновремен но является и последним элементом усилителя. Весы с-усилителем изолиро ваны оакуумно плотно кожухом 11, в к тором предусмотрена наружная регулировка противовесом,Весь объем под кожухом и внутри печи может быть вакуумирован, а при необходимости заполнен инертной атмосферой. Устройство работает следующим образом (фиг, 2). Вся конструкция весов с усилителе нитями, ячейкой и контейнером предва рительно уравновешена. Дополнительная сила Р уравновешивает только вес образца. Вес образца приложен к точкам Л и В нижней планки первой трапеции F/, FH PI ® образца, При нагревании образец расширяется в одну сторону, так как один конец его фиксирован дном контейнера,вслед ствие чего смещается центр тя кести образца. Истинное малое смещение цей ра тяжеСти образца проявляется на плече коромысяовых весов усиленным значением приводит к на рушению равновесия весов. Изменение 64 уравновешивающей силы Р на Р, явится, как будет видно из дальнейшего изложения, мерой термического линейного расширения образца. ЛО и СЕ - положения центра тяжести образца на планках АВ и CD первой усилительной трапеции. Система находится в равновесии, поэтому из равен1- и Fr ства нулю суммы моментов сил относительно точки О следует Аналогично для планки CD 00 При нагревании величины Г и I-Q изменяется в FQ, но сумма их постоянна и равна весу образца. Положения центра тяжести образца после нагревания выражаются соотношениями АО М, - CD Смещения центра тяжести образца на планках АВ и СП выражаются ЛО - АО СЕ-- О- Их отношение Таким образом, трапеции ABCD является усилителем смещения центра тяжести образца с коэффициентом усиленияk Последовательно соединенные трапеции образуют каскадный усилитель с общим коэ.ффйциентом усиления Пусть перед нагреванием центр тяжести образца на коромысле - х, а расстояние от опоры до точки приложения уравновешивающей силы Р. Из равенства нулю суммы моментов сил F и Р относительно точки опоры коромысла- а D С 7 После нагревания центр тяжести образ ца на коромысле смещается на дх. Для уравновешивания весов необходимо изменение силы Р , причем дх и йР связаны соотношением Учитывая, что йХс k . uXf cosol , где лхс истинное смещение центра тяжести образца; cL - угол наклона образца относительно горизонта йХс Н k-cosi . Зная первоначальную длину образца I, можно вычислить его сносительное удлинение 2а аР k-cos t Варьируя количеством трапеций или их геометрией в шарнирном каскадном уси лителе, чувствительностью устройства можно регулировать в широком диапаао не; Данное устройство работает в диапазоне температур до 2500°С, позваля ет исследовать образцы и в твердом, и в жидком состояниях. Кроме того, устройство позволяет исследовать агрессивные и летучие образцы, посколь ку образец помещается в специальный контейнер, который при необходимости может быть запаян. Высокая чувствительность устройства позволяет измерять значения ТКЛР, близкие к истинным. Формула изобретения Устройство для определения термического коэффициента линейного расширения, содержащее коромысловые весы ic противовесом и печь для нагрева ячейки с образцом, с т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения и расширения функциональных возможностей, оно дополнительно содержит шарнирный каскадный усилитель, который одним концом шарнирно прикреплен к плечу коромысловых весов, а к другому концу подвешена ячейка, в которой размещен образец. расположенный под углом 10-45 к оси печи, причем ячейка установлена в печи, термически изолированной от коромысловых весов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе |. Аматуни А.Н. Методы и приборы для определения линейного расширения материалов. М., Изд-во Стандартов, 1972, с. З. 2. Авторское свидетельство СССР К 90723, кл. G dl N 25/16, 1976 (прототип).