Дифференциальный дилатометр Советский патент 1982 года по МПК G01N25/16 

1 .

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам, измеряющим температурный коэффициент линейного расширения(ТКЛР), и может быть использовано в стекольной, фарфоровй и керамической промышленности, а также в научных исследованиях.

Известен дифференциальный дилатометр для измерения ТКЛР, принцип работы которых основан на измерении температурного удлинения исследуемого материала по отношению к известному термостабильному материалу, который содержит печь, опорную стойку, штангу-толкатель и регистратор l.

Уменьшение погрешности, возникающей из-за влияния разницы теплового расширения штанги-толкателя и .опорной стойки достигнуто выполнением их в виде рамок с идентичной геометрией нагреваемой части и жестким закреплением одной рамки, являющейся опорой, .и свободным расположением на образце другой. В этом дилатометре не достигнута надежность работы устройства.

Ближайшим техническим решением является автоматический кварцевый дилатометр, содержащий печь, на оси которой расположен регистратор, толкатель со штоком, и опорную трубку, в нижней части которой имеется дно

10 и опора для образца 2.

Существенным недостатком этого дилатометра является большая погрешность измерения, обусловленная

15 различием теплового расширения толкателя и опорной трубки вследствие неоднородности распределения температуры по диаметру печи, особенно при выходе из зоны высоких темпера20тур к холодным частям устройства. Другим источником погрешности является дрейф нуля регистратора при различных режимах работы печи. Be3Sличина дрейфа нуля в диапазоне температур 20-900 С составляет I мкм. Указанные два источника погрешности имеют различное происхождение, но причина их одна - малая величина смещения толкателя, на фЬне которой нельзя пренебречь этими погрешностями. Цель изобретения повышение надежности измерений за счет значитель ного увеличения смещения толкателя. Указанная цель достигается тем, что в дифференциальном дилатометре, содержащем печь, на оси которой расположен регистратор, толкатель со штоком, и опорную трубку, в нижней части которой имеется дно и опора дл образца, опора состоит из внешнего элемента, выполненного в виде втулки С конической внутренней поверхность соосно установленной на дно опорной трубки с отверстием и ориентированной наибольшим диаметром конической поверхности, вверх внутреннего , выполненного в виде усеченного конуса с цилиндрической нижней Мастью с плоским основанием, и подвижного плоского диска, жестко соединенного с основанием внутреннего элемента, расположенногосоосно под дном опорной трубки с ВОЗМОЖНОСТЬЮ осевого перемещения, а толкатель выполнен в виде удлиненного опрокинутого стакана с продольными сквозными пазами пб образующей и установ лен в опорной трубке. На фиг. 1 показан дифференциальный дилатометр в рабочем положении внутреннего элемента, общий вид; на фиг. 2 - дифференциальный дилатдметр в рабочем положении внешнего элемента, общий вид. Дилатометр содержит цилиндрическую опорную трубку 1, которая своим верхним концом жестко соединена с головкой 2, а нижний конец имеет пл кое дно с отверстием 3- В нижней части опорной трубки размещена опор состоящая из двух элементов - внешнего и внутреннего. Внешний элемент выполнен в виде втулки с конической гладкой внутренней поверхностью 5 свободно расположен в опорной трубке 1 и опирается на ее дно. Вну ренний элемент 6 выполнен,в верхней части в виде усеченного кЪнуса, с гладкой поверхностью 7, а в нижней части - в виде цилиндра с плоским основанием и жестко установлен на подвижном плоском диске 8. Диск Ь имеет возможность осевого перемещения элемента 6 в отверстии 3 при помощи траверс 9. Над опорой расположен толкатель 10, выполненный в виде глухого полого цилиндра с закраинами в нижней части для центрирования образца. Для устранения радиальных термических напряжений в нижней части толкателя проре|заны продольные сквозные пазы 11. Опорная трубка 1, толкатель 10 и элементы Л и 6 опоры выполнены из одного и того же эталонного материала, например из поликора. Толкатель 10 в верхней части соединен со штоком 12 и подпружинен пружиной 13. Шток 12 в наружной части связан с регистратором I, измеряющим изменение отрезка S, т.е. смещение толкателя 10. Головка 2 своей внешней поверхностью плотно посажена в гнездо . термостатированной плиты 15 печи 16. Исследуемый образец 17 выполнен в виде цилиндра и без зазора посажен в гнездо толкателя и прижат подпружиненной подвеской 18. Работу устройства рассмотрим в предположении, чтоТКЛР эталонного материала меньше, чем ТКЛР исследуемого образца. Образец 17 своей внутренней торцовой окружностью плотно прижат подпружиненным толкателем 10 к конической рабочей поверхности 7 внутреннего элемента 6. При повышении температуры вследствие различия ТКЛР образца и элемента 6 образец 17 вместе с толкателем 10 под действием пружины 13 смещается вниз по оси опорной трубки 1. Это смещение много больше, чем разностное удлинение образца по диаметру. Оно в основном определяется углом наклона конуса tf и диаметром внутренней окружности образца, а линейное разностное удлинение по высоте образца является лишь малой поправкой, которая учтена в приведенной ниже формуле l3. Так как внутренний элемент 6 работает только в сторону повышения температуры, то с целью обеспечения возможности измерения в обратном направлении, т.е. в сторону понижения температуры, в устройство введен внешний элемент Ц с конической внутренней поверхностью 5. Работа на внешнем элементе аналогична рассмотренной. Образец 17 своей внешней торцовой окружностью плотно прижат подпружиненным толкателем Ю к внутренней ко нической поверхности 5 элемента , (фиг.2. При понижении температуры образец вместе с толкателем смещается вниз. Величина смещения толкателя здесь также в основном определяется углом наклона ( конической поверхности и диаметром (внешним) образца. Наличие двух элементов обеспечивает измерения толкателя в обоих направле ниях изменения температуры. При изменении температуры от t до t смещение толкателя равно разности отсчетов толкателя S и 5, т.е. 5. По измеренному смещению ЛS величина относительного удлинения € исследуемого образца рпределйется по формуле: г .« . Л5 -ЕЭ+°Vb, относительное удлинение эталонного материала; высота образца при t-to (комнатная температура}; при изменении на внутрен нем элементе; при измерении на внешнем элементе; . внутренний и внешний диа метры образца при t-; постоянная величина, определяемая формулой где Ср - угол наклона конической поверхности. . Измерения производят, например, в такой последовательности (фиг.1}. Образец 17 устанавливают на толкателе 10, затем при помощи траверс 9 прижимают плотно площадку 8 к нижнему краю опорной трубки 1. После этого приводят в контакт внутреннюю торцовую окружность образца 17 с конической поверхностью 7 элемента 6 при помощи осевого смещения толкателя 10 и включают печь 16 на режим повышения температуры, фиксируя температуру и отсчеты регистратора 1 до выбранного максимального значения температуры. Далее либо заканчивают измерения, либо, если необходимо, производят измерения в сторону понижения температуры. В последнем случае (фиг.1) при максимальной тем96 ературе при помощи траверс 9 опускают внутренний элемент 6 вниз и включают в рабйту внешний элемент А путем приведения в контакт внешней торцовой окружности образца 17 с конической (внутренней)поверхностью 5 элемента Л. После этого, фиксируя значения температуры и показаний регистратора, медленно снижают температуру до комнатной. Полученные данные обрабатывают при помсици формулы (. 1) . При равных размерах образца смещение толкателя в данном устройстве для реального случая ,1 величина равна 50.т.е. на фоне больших смещений толкателя всегда можно пренебречь указанными выше погрешностями и радикально снизить требование к чувствительности регистратора. В предлагаемом устройстве достаточно использовать обычный инструментальный часовой индикатор. Благодаря простоте и портативности регистратора возникает возможность размещения боль шого количества дилатометров в единой нагревательной системе (печи). Формула изобретения Дифференциальный дилатометр, содержащий печь, на оси которой расположен толкатель со штоком, регистратор, и опорную трубку, в нижней части которой имеется дно И опора для образца, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности измерений, опора состоит из внешнего элемента, выполненного в виде втулки с конической внутренней поверхностью, соосно установленной на дно опорной трубки с отверстием и ориентированной наибольшим диаметром конической поверхности, вверх внутреннего элемента, выполненного в виде усеченного конуса с цилиндрической нижней частью с плоским основанием, и подвижного плоского диска, жестко соединенного с основанием внутреннего элемента и расположенного соосио под дном опорной трубки с возможностью осевого перемещения, а толкатель выполнен в виде удлиненного опрокинутого стакана с продольными сквозными пазами по обраэующейке. И принятые и установлен в опорной труб сточники информации, во внимание при экспертизе ssBSJ o 1.Авторское свидетельство СССР № , кл. G 01 N 25/16, 1971. 2.Дифференциальный дилатометр ДКВ-5А. Техническое описание (прототип) .