Устройство для определения коэффициента теплового расширения твердых тел Советский патент 1982 года по МПК G01N25/16 

- 1. Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для особо точного определения коэффициен та теплового расширения твердых тел. Известен дилатометр, содержащий столик с трубкой, в которую помещены измеряемый образец и образец сравнивания, два штока, опирающиеся на образцы, блок регистрации (eщeния штоков и датчик температуры l Т. Недостатки этого устройства заклю чаются в недостаточной точности изме рения из-за существующих механических соединений для перемещения штоко при тепловом расширении измеряемого образца и образца сравнивания. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является ди латометр , содержащий держатель образца и подключенную к регистрирующему устройству измерительную емкость, один из электродов которой связан с образцом, а другой неподвижен 2. Недостатком известного устройства является механический контакт измеряемого образца со штоком,- на котором укреплен один из электродов измеритель ной емкости, что ограничивает точность устройства Цель изобретения - повышение точности измерения коэффициента теплового расширения твердых тел. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем держатель и регистратор размеров образца, регистратор размеров образца содержит пьезокерамический датчик, выполненный в виде пластины с сигнальным и заземленными электродами и сигнальный электрод электрически разделен на две части, а пластина прикреплена заземленным электродом к одному концу измеряемого образца, усилитель, подстраиваемый генератор электрических колебаний и блок измерения частоты биений,, причем две части сигнального электрода соединены между собой положительной обратной связью через усили тель, выход которого подключен к одному входу блока измерения частоты биений, а на другой вход которого под ключен подстраиваемый генератор элект рических колебаний. На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - расположение электродов на пьезокерамической пластинке; на фиг. 3 - зависимость удлинения измеряемого образца от частоты биений. Устройство содер хит держатель 1 об разца 2, к одному концу которого при7 креплена пьезокерамическая пластинка: (с обеспечением акустического кон- . такта), один из электродов которой Ьазделен на две части, являющиеся cat мостоятельными электродами - электрод вибратора k и электрод датчика 5 (фиг. 2), которые соединены между собой через усилитель 6 положительной обратной связью. Электрод 7 с другой стороны пластинки . Устройство также содержит блок 8 измерения частоты биений, подключенный одним входом на выходе усилителя 6, и подстраива емый генератор 9 электрических колебаний, вход которого подключен к второму входу блока 8 измере ния частоты биений. Устройство работает следующим образом. 8 начале подготавливается пьезокерамическая пластинка 3, для чего электрод с одной стороны пластинки 3 покрывается лаком, который удаляется в местах, подлежащих удалению металла Остаютсяпокрытые лаком только зоны будущих электродов k и S (фиг. 2). Электрод 7 с другой стороны пластинки (заземлен) весь покрывается лаком. После этого вся пластинка 3 опус кается в раствор азотной кислоты. Мес та электрода, непокрь1тые лаком,растворяются. После этого лак снимается с остальных частей электродов пьезокерамической пластинки 3 и подготовленная пластинка 3 прикрепляется с обеспечением акустического контакта к одному концу измеряемого, образца 2 При закреплении на держателе 1 измеряемого образца 2 он совершает . под действием окружающей среды малые затухающие продольные колебания. Эти колебания воспринимаются электродом датчика 5 и подаются на усилитель 6, на одном выходе которого подключен электрод вибратора Ц (неустойчивая система с положительной обратной связью). Фазовые соотношения подобраны так, что на электрод вибратора подается сигнал с фазой сигнала от электрода датчика 5 и измеряемый образец 2 начинает совершать незатухающие продольные колебания на резонансной частоте /f где с - скорость звука в исследуемом материале; t - длина измеряемого образца с пьезокерамической пластинкой. Эти колебания подаются на блок 8 измерения частоты биений. На другой вход блока 8 подается напряжение от подстраиваемого генератора 9 -электрических колебаний. В начальных условиях частота fjj генератора 9 подбирается равной частоте f продольных колебаний измеряемого образца 2, так чтог бы частота биений f f -f равня- t лась нулю. При изменении температуры меняются размеры измеряемого образца 2,.тем самым изменяется и частота продольных колебаний. Получается частота биений f fji. -t пропорциональная удлинению измеряемого образца 2 (фиг. З), частота f во время измерений поддерживается постоянной. Используя прецизионные частотомеры для измерения частоты биений, можно с высокой точностью определить размеры образцов. Предлагаемое устройство позволяет повысить точность измерения в среднем на 75, так как его чувствительность зависит от величины употребляемых частот (f. и f 2.), которые могут достигать порядка АОООО Гц. Высокая точность измерения получается из-за того, что в устройстве исключено влияние всяких механических соединений. Формула изобретения Устройство для определения коэффициента теплового расширения твердых тел, содержащее держатель и регистратор размеров образца, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, регистратор размеров образца содержит пьезокерамический датчик, выполненный в виде пластины с сигнальным и заземленными электродами, причем сигнальный электрод электрически разделен на две части, а пластина прикреплена заземленным электоо