Дилатометр Советский патент 1982 года по МПК G01N25/02 

1. Изобретение относится к дилатометрии, а конкретно - дилатометрии тел, теряющих прочностные свойства при нагревании, в частности прессовок, спекаемых в присутствии жидкой фазы. Изыестные дилатометры имеют передающий стержень, упирающийся в образец , который помещен на дно запаянной с одной стороны трубки. Другой конец стержня соединен с датчиком перемещений, например с индикаторным микромет ром, дифференциальным трансформатором тензометрическим датчиком. Большинств дилатометров предназначено для исследования термического расширения, атак же фазовых переходов в твердых телах. Имеется несколько конструкций дилатометров, предназначенных для исследования процесса спекания прессовок в твердой фазе, когда образцы не теряют своей прочности в ходе спекания р . Конструкции дилатометров этого типа предусматривают вертикальное распо ложёние передающего стержня, опирающегося нижним концом на спекаемую прессовку, что является недостатком при исследовании легкодеформируемых образцов, например прессовок, в которых при спекании образуется жидкая фаза. После появления жидкой фазы исследуемый образец теряет свою прочность и под действием веса передающего стержня легко деформируется. По этой причине указанные дилатометры фиксируют изменение размеров прессовок, находящихся в твердо-жидком состоянии, не вследствие происходящих в них диффузионных процессов или фазовых превращений, а в результате их механического смятия. Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому является дилатометр для измерения линейных размеров тел, включающий горизонтально расположенный передающий стержень с пружиной подпора стержня к измеряемому образцу и датчик величины перемещения передающего стержня, предназначенный для определения коэффициента термического расширения графита в ин;тервале температур 25-700 0. Его измерительная часть состоит из горизонтально расположенной кварцевой трубки внутри которой к дну с усилием 60 гс прижимается исследуемый образец с помощью упругой пружины и передающего стержня. Удлинение образца измеряется ненаклеиваемым тензодатчикрм, к плунжеру которого при помощи эпоксидного клея через стальной вал крепится передающий стержень. Перемещение nepe дающего стержня обеспечивается посред ством .скользящей опоры, через которую проходит стальной . Однако в известном дилатометре исследуемый образец испытывает нагрузку которая вызывает смятие прессовок, спе каемых в присутствии жидкой фазы. Уменьшение усилия пружины подпора может привести к затруднению или полной остановке перемещения передающего стерж ня в процессе охлаждения (усадки) образца под действием сил трения в сколь зящей опоре. Используемое минимальное усилие пружины выбирае1;ся с учетом величины этих сил. Исследуемые на дилатометре образцы не должны деформироваться под действи ем собственного веса. В противном случае на процесс объемного изменения образцов накладывается их формоизменение в результате течения под действием сил гравитации. Цель изобретения - повышение точности измерения линейных размеров тел находящихся в твердо-жидком состоянии Поставленная цель достигается тем, что в известном дилатометре, включающем горизонтально расположенный передающий стержень с пружиной подпора стержня к измеряемому образцу и датчик величины перемещения передающего стержня, передающий стержень свободно подвешен на двух шарнирных и/или п|зужинных подвесках. Использование подвижных подвесок уменьшает силы трения при перемещении передающего стержня, что позволяет понизить усилие пружины подпора до оптимальной величины, обеспечивающей непрерывное контактное измерение линейных размеров образца без его смятия. Поскольку дилатометрическим измерениям подвергаются только такие образцы,. которые не деформируются при данном содержании жидкой фазы под действием собственного веса, этот критерий может быть использован для выбора оптимальной нагрузки на образец со стороны передающего стержня дилатометра. Горизонтальное расположение передающего стержня позволяет избежать суммирования нагрузок на образец под действием собственного веса и от передающего стержня Таким образом, максимальное боковое усилие на образец со стороны передающего стержня не должно превосходить вертикальной нагрузки, обусловленной собственной силой тяжести образца, что и дает верхний предел нагрузки на образец, предлагаемый в изобретении. Нижний предел нагрузки определяется той величиной силы поджатия передающего стержня к образцу, которая обеспечивает надежный механический контакт между ними. Он определяется опытным путем и в предлагаемой конструкции дилатометра по абсолютному значению составляет около 2 гс. Относительная же величина нижнего предела нагрузки на образец (по отношению к , его весу) будет зависеть от размеров исследуемого образца и его плотности. Например, для образца весом около 20 г это отношение, обеспечивающее надежный контакт, равно 0,1. Однако при исследовании образцов меньшего веса это отношение будет больше. Поэтому необходимо, чтобы отношение нагрузки на образец к его весу составляло от 0,3 до 0,6. На чертеже схематически представлена измерительная часть дилатометра. Она состоит из подв.ижного стержня 1 и неподвижного с замкнутым на 180 концом штока 2 одинакового сечения, .изготовленных, например, из плавленного кварца и расположенных горизонтально, между которыми помещается исследуемый образец 3- Передающий стержень свободно подвешен на подвесках . и 5 которые могут быть гибкими и/или жесткими на шарнирах. С целью сохранения передающим стержнем горизонтального положения при продольном перемещении количество подвесок должно быть больше одной, однако, чтобы силы трения в опорах были минимальными, их число не должно превышать двух. Одним концом передающий стержень касается образца, другой его конец соединен с иглообразным микрометрическим винтом 6, упирающимся в свободный конец упругой пружины подпора 7, жестко скреп ленной другим концом с неподвижной опорой. Без пружины подпора передающий стержень на подвесках может соЬер шать свободные колебания. Нагрузка на образец через передающий стержень от пружины подпора с помощью микрометрического винта может регулироваться в пределах величины, отношение которой к весу образца составляет от 0,3 до 0,6. Для учета теплового расширения прес совок в ходе нагрева при спекании измерительная часть дилатометра содержит совершенно идентичный, расположен ный с 1мметрично с первым относительно оси кварцевой трубки 8, второй дилато метрический канал для синхронного измерения линейных размеров образца-эта лона 9. Работа дилатометра осуществляется следующим образом. В результате изменения температуры исследуемого образца 3 и/или фазовых превращений в материале (например при плавлении легкоплавкого компонента спрессованной смеси порошков) увели,чение или сокращение его длины через передающий стержень I вызывает сгибание или разгибание пружины подпора 7, которое регистрируется чувствительными датчиками, например тензодатчиками, наклеенными на нее с двух сторон. Сигналы от тензодатчика, возникающие вследствие дилатации исследуемого образца 3 и эталонного образца 9, после усиления записываются с помощью регис трирующего прибора , например светолучевого осциллографа Н-117, на фотопленку совместно с сигналами от датчиков температуры, помещенных в иссле дуемый и эталонный образцы, а также в кварцевую трубку 8. Таким образом, использование в дилатометре для горизонтально расположенного передающего стержня подвижных подвесок позволяет уменьшить силы трения в опорах, что дает возможность понизить усилие прижимной пружины до величины, оптимальное отношение которой к весу образца 0,,6 и которое не вызывает смятие образца, находящегося в твердо-жидком состоянии, а также обеспечивает надежный контакт его с измерительной системой. Формула изобретения . Дилатометр для измерения линейных размеров тел, включающий горизонтально расположенный передающий стержень с пружиной подпора стержня к измеряемому образцу и датчик величины перемещения передающего стержня, о т л ичающийся тем, что, с целью повышения точности измерения линейных размеров тел, находящихся в твердожидком состоянии, передающий стержень свободно подвешен на двух шарнирных и/или пружинных подвесках. -. . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Семкин В. П., Ефремова К. П. Иванов Л. В. Тензометрическое устрой-ство контроля усадки в процессе горячего прессования.- Порошковая металлургия, 1977, № 2, с. 9t-95. 2.Вагнер П., Гонзалес А. Л., Минор Р. С., Амстронг Ф. Е. Недорогой/ автоматический кварцевый дилатометр. Приборы для научных исследований. Н., Мир, 1966, №2, с. 36-39 (прототип) . ,