Емкостный дилатометр

 

Изобретение касается теплофизических измерений, в частности измерений коэффициента теплового расширения твердых тел емкостным методом, изобретение наиболее эффективно может быть использовано при измерениях коэффициента теплового расширения материалов с хоро шей теплопроводностью , в частности металлов, в широком диапазоне температур. Цель изобретения - расширение температурного диапазона измерения коэффициента теплового расширения, уменьшение погрешностей измерения и обеспечение постоянства чувствительности дилатометра во всем диапазоне температур. Емкостный дилатометр, включающий пассивный колебательный контур, образованный катушкой индуктивности и конденсатором, пластины которого закреплены на кварцевых толкателях, генератор накачки, блок стабилизации и изменения температуры, низкочастотный генератор, питающий нагреватеЛь для периодического изменения температуры образца, последовательно включенные детектор, вход которого индуктивно связан с колебательным контуром, дифференциальный усилитель, полосовой фильтр и самописец, дополнительно содержит компенсационный нагреватель и соединенные последовательно согласующий усилитель, фильтр, компенсационный усилитель с задатчиком, аналоговое регулирующее устройство и усилитель мощности, при этом вход согласующего усилителя подключен к выходу детектора, а на выходе усилителя мощности подключен компенсационный нагреватель. 2 ил. (Л со сх 00 QO СП

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) А1 (51)4 С 01 N 27/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3839450/31-25 (22) 03.01.85 (46) 23.06.87. Бюл. № 23 (7.1) Дагестанский государственный университет им. В.И.Ленина (72) И.К.Камилов, Х.К.Алиев и Я.M.Ïàõàáóòèíîâ (53) 536.651(088.8) (56) Новиков С.И. Тепловое расширение твердых тел. — М.: Наука, 1974, с. 60.

Васильев С.И., Панов В.И. Чувствительный дилатометр. с емкостным датчиком смещения. — ПТЭ, 1981, № 2, с. 202. (54) ЕМКОСТНЫЙ ДИЛАТОМЕТР (57) Изобретение касается теплофизических измерений, в частности измерений коэффициента теплового расши, рения твердых тел емкостным методом.

Изобретение наиболее эффективно может быть использовано при измерениях коэффициента теплового расширения материалов с хорошей теплопроводностью, в частности металлов, в широком диапазоне температур. Цель изобретения — расширение температурного диапазона измерения коэффициента теплового расширения, уменьшение погрешностей измерения и обеспечение постоянства чувствительности дилатометра во всем диапазоне температур. Емкостный дилатометр, включающий пассивный колебательный контур, образованный катушкой индуктивности и конденсатором, пластины которого закреплены на кварцевых толкателях, генератор "накачки", блок стабилизации и изменения температуры, низкочастотный генератор, питающий нагреватеЛь для периодического изменения температуры образца, последовательно включенные детектор, вход которого индуктивно связан с колебательным контуром, дифференциальный усилитель, полосовой фильтр и самописец, дополнительно содержит компенсационный нагреватель и соединенные последовательно согласующий усилитель, фильтр, компенсационный усилитель с задатчиком, аналоговое регулирующее устройство и усилитель мощности, при этом вход согласующего усилителя подключен к выходу детектора, а на выходе усилителя мощности подключен компенсационный нагреватель. 2 ил, Верхняя пластина 4 конденсатора не связана с образцом и прикреплена к трубке из плавленного кварца 16, которая в свою очередь прикреплена через медный стержень 17 к толкателю

2. На стержень 17 намотан бифилярно компенсационный нагреватель 18. Для создания периодических изменений температуры образца на него намотан нагреватель 19.

131889

Изобретение относится к измерительной технике, а точнее к измерениям коэффициента теплового расширения твердых тед емкостным методом, и может быть использовано при измерениях коэффициента теплового расширения (KTP) материалов с хорошей теплопроводностью, в частности металлов, в широком интервале температур.

Цель изобретения . — обеспечение постоянства чувствительности дилатометра во всем диапазоне температур, На фиг.1 приведена измерительная ячейка; на фиг.2 — структурная схема блока управления измерительной ячейкой и измерительная схема.

Основная ячейка дилатометра находится внутри базовой трубки 1 из материала с малой теплопроводностью и малым коэффициентом теплового расширения, например из плавленного кварцевого стекла, Два толкателя 2 и 3 из того же материала передают изменения длины образца датчику, состоящему из катушки 4 индуктивности с регулируемыми витками для индуктивной связи 5 и б, Пластины (электроды) 7 и 8 измерительного конденсатора жестко насажены на толкатели 2 и 3. Базовая трубка 1 и защитная трубка 9 за30 креплены на основании дилатометра 10.

Для откачки ячейки дилатометра и электростатической защиты контура от помех служит металлический кожух il, 35

Нижний конец базовой трубки изготовлен в виде столика 12, на который помещается образец 13. Для создания однородного температурного поля вокруг образца высота столика выбрана 10, такой, чтобы образец находился в се редине нагревателя 14. Для обеспечения плоскопараллельности пластин тол-. катели 2 и 3 проходят через бронзовые цилиндры 15, выполненные таким обра- 45 зом, что малые цилиндры, через которые проходят толкатели, без люфта скользят через большие.

2

Блок-схема предлагаемого уст, ройства (фиг. 2) включает генератор 20 накачки, измерительную схему 21-25, блок 26-28 компенсации, генератор 29 модуляции температуры образца и блок 30 и 31 нагрева образца, Принцип работы предлагаемого устройства заключается в следующем.

В колебательном контуре с резонансной частотой, образованной катушкой 4 индуктивности и измерительным конденсатором с помощью высокочастот ного генератора накачки, возбуждаются колебания с частотой f, . Зазор между электродами 7 и 8 устанавливается так, чтобы частота генератора f совпала е самым крутым склоном резонансной кривой контура

f,p

f = f +

2Q где р 1, Q — добротность контура.

Высокоча.стотный сигнал через индуктивную связь 6 поступает на вход диодного детектора 23, выход которого включен на вход дифференциального усилителя (УД) 24, а также на вход фильтра 26. Для компенсации амплитудных флуктуаций генератора 20 с его выхода сигнал Поступает и на вход аналогичного детектора 21, выход которого включен на второй (инвертирующий) вход УД. Фильтр 26 представляет собой интегрирующую RC-цепь для сглаживания детектированного сигнала.

Выход фильтра включен на вход компенсационного усилителя (КУ) 27 с задатчиком, выход которого подключен к входу регули1ующего аналогового устройства (РУ) 28. На задатчике КУ

27 устанавливают напряжение, соответствующее оптимальной настройке контура U что обеспечивает автоматиов ческую настройку контура при измерениях в широком интервале температур.

Это достигается следующим образом: пусть оптимальной настройке соответствует постоянная составляющая высокочастотного сигнала Uo> . При расстройке контура сигнал Up> изменяется и на выходе компенсационного усилителя появится сигнал, пропорциональный разности Upg -П . (РУ) 28 посредством подачи сигнала на компенсационный нагреватель 18 перемещает верхнюю пластину измерительного кон3 131889 денсатора 7, пока на входе КУ не установится напряжение, равное Б

Измерение KTP проводится следующим образом. Нагреватель 19, питаемый от генератора 29, периодически (с частотой 0,01-0,1 Гц) изменяет температуру образца. Это вызывает периодическое изменение напряжения на кон1 аР тУРе Ha: aU = 2 ЧР !

О где .5 k — изменение длины образца;

d — величина зазора измерительного конденсатора.

После предварительного усиления с помощью УД 2ч сигнал выделяется с помощью узкополосного фильтра 25 и за.писывается самописцем 22.

Темпетатура образца измеряется и регулируется с помощью термопар и блока нагрева образца, который включает потенциометр 30 и регулятор 31 температуры с усилителем мощности.

Предлагаемый дилатометр позволяет измерять коэффициент теплового расширения в диапазоне температур 77-

800 К при постоянной чувствительности, что повышает точность измерения эа счет исключения дополнительной обработки измерительной информации.

5 4 формула изобретения

Емкостный дилатометр, содержащий корпус, на котором закреплен нагреватель, связанный с блоком нагрева образца, катушка индуктивности, подключенная к измерительному конденсатору, первая обкладка которого связана во время измерений с образцом, генератор модуляций температуры образца, подключенный к нагревателю образца, и блок компенсации, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью обеспечения постоянства чувствительности дилатометра во всем диапазоне температур, он дополнительно содержит два кварцевых толкателя и термокомпенсационный стержень с нагревателем, причем один толкатель соединен с первой пластиной измерительного конденсатора непосредственно, а второй толкатель — с второй пластиной измерительного конденсатора через термокомпенсационный стержень с нагревателем, а блок компенсации выполнен в виде последовательно соединенных фильтра, компенсирующего усилителя и регулирующего аналогового устройства, вход которого соединен с измерительной схемой, а выход — с нагревателем термокомпенсационного стержня, 1318895

Составитель В,Немцев

Техред Л.Олийнык Корректор Г. Решетник

Редактор А,Шандор

Заказ 2503/37 Тираж 776 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4