Устройство для измерения объемных эффектов

 

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет расширить функциональные возможности устройства в условиях невесомости. Устройство обеспечивает трансформацию объемных эффектов в продольную деформацию упругого элемента, которую осуществляют в режиме релаксации внешних напряжений, и измерение величины этой деформации с помощью тензометрических датчиков. Устройство содержит рабочую и эталонную ячейки с установленными в них сильфонными вставками, механизм нагружения, состоящий из подвижного силового винта и двух упругих элементов, дифференциально связанных с ячейками, и систему регистрации, включающую динамометр и тензометрические датчики. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

(54)

ЕМ (57) но (21 (22 (46 (71 ме (72 ню (53 (56 бел

4439735/31-25

13.06.88

23.11.90, Бюл. ¹ 43

Институт проблем криобиологии и криоицины АН УССР

А.И. Осецкий, А,С. Снурников, В.К. Каа и В.И, Аненко

536.6(088,8)

Замятин А.А. Дилатометрия растворов ков. — М.: Наука, 1973, с. 101.

Авторское свидетельство СССР

448259, кл. G 01 N 25/16. 1986.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОБЬЫХ ЭФФЕКТОВ

Изобретение относится к измерительтехнике и позволяет расширить функциональные возможности устройства в условиях невесомости. Устройство обеспечивает трансформацию объемных эффектов в продольную деформацию упругого элемента, которую осуществляют в режиме релаксации внешних напряжений, и измерение величины этой деформации с помощью тензометрических датчиков. Устройство содержит рабочую и эталонную ячейки с установленными в них сильфонными вставками, механизм нагружения, состоящий из подвижного силового вин а и двух упругих элементов, дифференциально связанных с ячейками, и систему регистрации, включающую динамометр и тензометрические датчики. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. рен же изм мы пер мат ние про мос гае

1,в боч яче

4и щен ми8 захв

Изобретение относится к технике измея теплофизических характеристик и мобыть использовано для измерения нений объема охлаждаемых, нагреваеили находящихся при постоянной темтуре жидкостей, газов, биологических риалов и твердофазных веществ.

Целью изобретения является уменьшепогрешности измерений и возможность едения измерений в условиях невесои. а чертеже представлена схема предлаого устройства. стройство содержит, опорную колонну ижней части которой расположены рая 2 и эталонная 3 дилатометрические ки, имеющие цилиндрические корпуса соответственно, внутри которых размеI сильфонные вставки 6 и 7 с заглушка9, Корпуса4и5подвешены в подвижных тах 10 и 11 так, что смонтированные на опорной колонне неподвижные толкатели

12 и 13 упираются в заглушки 8 и 9 сильфонных вставок 6 и 7. Для измерения температуры растворов или находящихся в ампулах

14 и 15 твердофазных образцов и тканей ячейки 2 и 3 снабжены термометрами 16 и

17 сопротивления, Программируемое изменение или стабилизация температуры образцов производится с помощью терморегулируемой камеры 18. В верхней части устройства расположен механизм 19 нагружения, состоящий из электропривода, редуктора и вертикально перемещающегося силового винта 20. Нагрузка от последнего передается ячейкам 2 и 3 с помощью захва1 тов 10 и 11 через нагрузочную цепочку, состоящую из верхнего упругого элемента 21, штока 22 и нижнего упругого элемента 23, При этом эталонная ячейка 3 связана кронштейном 24 непосредственно с нижним упругим элементом 23, а рабочая ячейка 2

1608545 включена в нагрузочную цепь через динамолетр 25. Приложение нагрузки к ней осуществляется за счет контакта втулки 26 с опорным диском 27, который может перемещаться вдоль штока 22 и устанавливаться на нем перед. экспериментом в одно из требуемых положений. Для поддержания рабочей ячейки 2 в полностью разгруженном состоянии в устройстве предусмотрен перемещающийся по опорной колонне фиксатор 28.

Измерение объемных эффектов производится как с помощью динамометра 25, так и с помощью датчика 29 малых перемещений, включаемого так, что его корпус связан с одним концом динамометра 25, а сердечник — с другим. Сигнал от динамометра 25 и датчика 29 регистрируется двухкоординатным графопостроителем, на вторую коор- динату которого подается сигнал от термометра 16 сопротивления. Для предотвращения выхода датчика 29 перемещения из линейной зоны, что характерно для измерения с высокой чувствительностью, в приборе предусмотрен автоматический сброс нуля, Он реализуется с помощью связанного с корпусом датчика 29 дифференциального микрометрического винта 30, вращаемого шаговым двигателем 31, Устройство работает следующим образом.

Дилатометрические ячейки 2 и 3 на специальном вакуумном стенде заполняют исследуемым и эталонным растворами соответственно, При исследовании твердофазных материалов или биологических тканей их помещают в рабочую ячейку 2 в эластичных ампулах 14. Одновременно в эталонную ячейку 3 в таких же ампулах 15 помещают образцы из кварца, объем которых равен объему исследуемого материала. После этого ячейки 2 и 3 заполняют дилатометрической жидкостью по стандартной методике. Заполненные ячейки 2 и 3 подвешивают на захватах 10 и 11 так, чтобы толкатели 12 и 13 упирались в заглушки 8 и

9, Упругие элементы 21 и 23 при этом не напряжены, а связанная с рабочей ячейкой втулка 26 соприкасается с фиксатором 28. В этот момент производится установка опорного диска 27. Его положение определяется условиями эксперимента, в частности величиной нагрузки, которую необходимо приложить к рабочей ячейке 2 в данном опыте.

Затем монтируется терморегулируемая камера 18, устанавливается необходимая начальная температура образца и эталона и начинается процесс нагружения ячеек. Этот процесс состоит из двух этапов. На первом этапе происходит непрерывное растяжение

h,h1 =p Vo ATl =0,2 см, (2) 45 где P — коэффициент теплового объемного расширения исследуемого раствора. который в случае водных растворов биомолекул 10 град

50 < S> — площадь эффективного поперечного сечения сильфонной вставки ( — 0,5см ), В случае применения обычных схем нагружения с помощью одного упругого элемента, даже имеющего весьма низкие значения

55 коэффициента жесткости К1 1 кг/см, изменение нагрузки в измерительной цепи за счет смещения h, h1 равно

Л FR(= К1h,h1 =0,2кг. (3) связанных с силовым винтом упругих элементов 21 и 23, и нагрузка воспринимается только эталонной ячейкой 3, Это происходит до тех пор, пока поднимающийся в про5 цессе нагружения опорный диск 27 не коснется находящейся на фиксаторе 28 втулки 26, связанной через кронштейн с рабочей ячейкой 2. С этого момента начинается нагружение рабочей ячейки, причем

10 действующую в ее цепи силу FR можно определить как

FR = K1X1 — K2X2" (1) где К1 и К2 — коэффициенты жесткости верхнего и нижнего упругих элементов соответ15 ственно;

Х1 и X2 — натяжение (упругая деформация) упругих элементов.

После достижения заданного уровня нагрузки FR = FR1, который фиксируется дина20 мометром 25, механизм 19 нагружения останавливается, производится стабилизация устройства в течение нескольких минут и начинается процесс измерения.

Конструкция устройства позволяет про25 водить измерения двух типов; в изотермических условиях и при сканировании температуры с заданной скоростью, Реализация второго типа измерений в приборах, работающих в режиме релаксации, крайне

30 затруднительна. Это связано с тем, что изменение температуры деталей прибора, в том числе и температуры дилатометриче-. ской жидкости, приводит к изменению начальной длины нагрузочной цепочки из

35 упругих элементов и, как следствие, к изменению нагрузки в этой цепи. В результате возникают погрешности за счет эффектов сжимаемости исследуемых растворов. Так, например, при изменении температуры

40 ячейки объемом Vo= 10 см на ЛТ= 100 С смещение ее корпуса относительно неподвижного тол кателя (фиг. 1) равно

1608545 ющей силы FR в процессе измерений при переменных температурах крайне незначительно. Амплитуды колебания нагрузки в измерительной цепи здесь определяются

5 возможными отклонениями от условий (8) или (9), возникающими за счет возможных погрешностей при изготовлении ячеек или подборе эталонных растворов, и при изменении температуры исследуемых образцов на де10 сятки градусов лежат в пределах « 0,1 r.

Это позволяет повысить разрешающую способность прибора до 10 и создать объемные дилатометры качественно нового уровня.

15 Таким образом, предлагаемое устройство исключает свойственное обычным дилатометрам трение в системах измерения и нагрузки, предотвращая тем самым погрешности за счет механических затиров и

20 уменьшая инерционность прибора. Оно делает процесс измерения объемных эффектов независящим от веса элементов установки и исследуемых образцов, что позволяет проводить объемную дилатомет25 рию в условиях невесомости, леду емос где вда н

I, з собно

Tð À ц груж н стве х ноп в для е где жени изме ного туры. В нижн двух где элем следу ках 2

П ловия

1. Устройство для измерения объемных

30 эффектов, содержащее рабочую и эталонную ячейки с установленными в них сильфонными вставками, связанными с механизмом нагружения и системой регистрации продольной деформации этих вста35 вок, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей прибора путем обеспечения его работы в условиях невесомости, механизм нагружения выполнен в виде винта, жестко связан40 ного с цепочкой иэ двух упругих элементов, соединенных штоком с укрепленным на нем опорным диском, причем конец второго упругого элемента связан с сильфонной вставкой эталонной ячейки, а сильфонная

45 вставка рабочей ячейки соединена через регистрирующую систему с расположенной над опорным диском втулкой, через отверстие которой проходит шток.

2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е0 с я тем, что площади эффективного поперечного сечения сильфонных вставок в рабочей <Яраб> и эталонной ячейках или объемы рабочей Vpa6 и эталонной V» ячеек и коэффициенты жесткости К1 и К2 упругих

5 элементов связаны соотношением

И вия пуса непод (К1+ К щения бочей

Этого рабоч эффек ния их удовле

Ч„<Яраб> Кг + К1

vpae сК;> Kz логичный результат можно получить ом же соотношении коэффициентов го объемного расширения рабочего нного растворов, т.е. 5

Ан при та теплов и этал т К2+К1 раб К2 (9) а ът> раб 2 то приводит к изменению объема иссмого раствора за счет эффекта сжимаи на величину ЛЧу Я1 — 5 коэффициент сжимаемости, равный ом случае 5 10 атм (4) следует, что разрешающая спость дилатометров, использующих ионную схему релаксационного наия, ограничена значением 10 з . рименяемая в предлагаемом устройема нагружения позволяет значительысить эту величину. На основании (1) личины Л FR1 имеем

FR1 = K1 Л Х1 — Кг Л Х г..., (5)

Х1 = Л Ь1 и ЛХг — изменения натяупругих элементов 21 и 23 за счет ения объемов исследуемого и эталонастворов при изменении их темперадан1«ом случае изменение натяжения го упругого. элемента 23 состоит из оставляющих

AX2 = Ah1+Ah2, (6) и A h2 — изменения натяжения нта 23 за счет изменения объемов исмого и эталонного растворов в ячей3 соответственно. дставляя (6) и (5) для выполнения усЛ Ев1= О, получим соотношение (7) следует, что для выполнения услоFR1= 0 вертикальное смещение корэталонной ячейки 3 относительно ижного толкателя 13 должно быть в

I Кг больше соответствующего смев процессе измерения корпуса 4 рачейки 2 относительно толкателя 12, можно добиться, подбирая объемы и (Чраб) И ЭтаЛОННОй (V») ЯЧЕЕК ИЛИ ивные площади поперечного сечесильфонных вставок так, чтобы они воряли условию

В с стеме, удовлетворяющей одному из услови (8) или (9), изменение результируФормула изобретения

V» К2 + К1

1608545

Ж

28

К

7б

Составитель В. Филатова

Техред M. Ìîðãåíòàë Корректор Н. Король

Редактор И. Горная

Производственно-издательский комбинат "Патент". r. Ужгород, ул.Гагарина. 101

Заказ 3612 Тираж 497 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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