Устройство для определения коэффициента объемного термического расширения Советский патент 1983 года по МПК G01N25/16 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ОВЬЕМНОГО ТЕРМИЧЕСКОГО РАСШИРЕНИЯ

Изо&ретение относится к дилатометрии, а именно к устройствам для определения коэффициента объемного термического расширения (КОТР) материала в жидком и высоковязком состояни. ях.

Известно устройство для определе-. ния КОТР материала в жидком состоянии, в котором косвенным путем определяют КОТР в жидком состоянии путем измерения веса платинового тела при погружении его в исследуемый материал, находящийся в жидком состоянии 11.

Однако данное устройство не позволяет определить КОТР материалов с вязкостью более П.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является устройство для определения КОТР материала в жидком и высоковязком состояниях, содержащее весы, с коромыслом, стрелкой и противовесом, герметичный сосуд для исследуемого материала выполненный в виде Г-обраэной трубки укрепленный на коромысле весов и размещенный в нагревательном устройстве 2J.

Недостатками известного устройст ва являются: относительно низкая

точность определения КОТР, сложность установки сосуда, выполненного в виде Г-образной трубки над коромыслом весов, Длительное время выдержки сосуда с исследуемым материалом при каждой температуре.

При использовании известного устройства в процессе измерения в расплаве исследуемого материала образу10ются пузырьки газа, что снижает как точность определения КОТР, так и уменьшает температурный интервеш его измерения, так как при определенных значениях вязкости расплава газовые

15 пузырьки практически не выходят из расплава исследуемого материала. Появление большого количества газовых пузырьков в расплаве исследуемого материсша при высоких температурах

20 приводит к разрыву егооплошности и следовательно, невозможности определения КОТР для этих температур.

Цель изобретения - повышение точности и сокращение времени определе25ния коэффициента объемного термического расширения материалов.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве содержащем весы с коромыслом, стрелкой и противовесом, 30 герметичный сосуд для исследуемого

материала, выполненный в виде Г-обраэной трубки, укрепленной на коромысле весов, иразмещенный в нагревательном устройстве, герметичный сосуд выполнен в виде прямой трубки и укреплен на коромысле под углом 25-65 к нему.

Укрепление трубки под углом с/ к коромыслу приводит к образованию составляющей Fsin oL выталкивающей силы F вдоль трубки. Пузырьки газа будут всплывать, т.е. уходить из расплава исследуемого материала. Дл наиболее эффективного и быстрого удаления пузырьков газа угол о -следует брать как можно большим из интервала 12°- ci-S 65, для которого справедливо неравенство 0,2F Fsin dJ.4 0,9F, показывающее что для данного интервала составляющая Fsinctвыталкивающей силы вдоль трубки по порядку величины совпадает с величиной F выталкивающей силы. В данном случае увеличение угла d- свыше 65 не приведет к значительному увеличению величины Fsinc4 но зато может привести к уменьшению добавочного момента Mcoso(., обусловленного расйирением исследуемого материала, что уменьшит чувствительность устройства. Из аналогичных соображений необходимо, чтобы О , 2M-SMCOS oi О , 9М. Из данного неравенства следует . Таким образом, оптимальный интервал для угла d согласно двум полученным неравенствам следующий 25°ioi 65°.

Таким образом сосуд с исследуем материалом, выполненный в виде -герметичной прямой трубки, укрепляется под углом 25-65 к коромыслу весов, а расширение исследуемого материала при нагревании происходит в направлении свободного объема прямой трубки, оставляемого при заполнении сосуда материалом.

На чертеже изображено устройство для определения коэффициента объемного термического расширения, общий вид.

Устройство содержит весы 1, на коромысле 2 которых с помощью держателя 3 закреплен под углом d 2565 к коромыслу сосуд 4, выполненны в виде прямой трубки, заполненный исследуемым материалом 5, сосуд с материалом помещен в нагревательное устройство 6. Для демпфирования весов и сохранения их чувствительности на стрелке 7 весов установлен противовес 8, контроль чувствительности определяется с помощью шкалы 9 весов.

Устройство работает следующим образом.

После закрепления сосуда 4 с материалом 5 на коромысле 2 весов

под углом 25-65 к коромыслу и компенсации веса сосуда с материалом противовесом 8 с помощью разновесов устанавливается равновесие весов и задается рабочая температура С ростом температуры за счет теплового расширения меняется уровень материала в закрепленной под углом ( к коромыслу прямой трубке, что приводит к нарушению равновесия весов 1, которое восстанавливается изменением веса равновесов. Сняв показания весов при двух- рабочих температурах Т и Т, вычисляют искомый коэффициент объемного термического расширения

2(Р2- P-t)

Р(Т2- Т)

где р - КОТ исследуемого

материала; -j- - постоянная сосуда

(прямой трубки);

Р и Р-2 - показания весов соответственно при Т и

Р - вес исследуемого материала в сосуде.

Исследуемый материал в герметичной прямой трубке перед ее герметизацией расплавляется и заполняет сосуд таким образом, что расширение его при нагревании происходит в направлении свободного объема закрепленной под углом прямой трубки. Использование устройства повышает точность, надежность и скорость определения величин КОТР при упрощении конструкции устройства в целом.

Условия проведения эксперимента на предлагаемом устройстве исключают загрязнение воздуха и окружающей среды парами исследуемых материалов. Было проведено испытание устройства для определения коэффициента объемного термического расширения, В качестве испытуемого материала был взят селен.

Экспериментальные данные по КОТР для селена (Se) приведены в таблице. В этой же таблице приведена погрешность определения КОТР в предлагаемом и в известном устройствах, а также приведено время определения КОТР в обоих случаях.

Благодаря использованию устройства оказалось возможным повысить точность от {КОТР+1,5) 10 до (KOTPiO,)- Ю и уменьшить в пять раз время определения КОТР в жидком и высоковязком состоянии химически активных материалов с высоким давлением насыщенных паров, увеличить температурный диапазон измерения КОТР от температур плавления или размягчения до близких к критическим. Повышение точности и надежности результатов определения КОТР дости59874876

гается установлением сосуда сматериа-(исключается Г-образная трубка). Услом, выполненным в виде герметичнойпря-ловия проведения эксперимента на мой трубки под углом 25-65,что обеспе-предлагаемом устройстве исключают чивает выход пузырьков газа из материала,загрязнение воздуха и окружгиощей

Предлагаемое устройство упрощаетсреда парами исследуемых материаконструкиню известного устройства . Формула изобретения Устройство для определения коэффициента объемного термического рас ширения материалов, содержащее весы герметичный сосуд для исследуемого материала, выполненный в внде Г-образной трубки, укрепленной на корокысле весов, и размещенный в нагревательном устройстве, отличаю щееся тем, что, с целью повышения точности и сокращения време87ни определения коэффициента объемного термического расширения материалов, герметичный сосуд выполнен в виде прямой трубки и укреплен на коромысле под углом 25-65 к нему. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе I.Мазурина о.в. и др. Тепловое расширение стекла, л., I960, с.37-42. 2. Авторское свидетельство СССР № 817560, кл. G 01 N 25/16, 1981 (прототип).