Рычажный дилатометр

 

и "(" «4Мч:".ЮЛ)1

< « ио-.оив, ",г.

:.М

О П И С"А Н И Е

Союз Советских

Социалистических

Республик

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

4r

l::-«

"« (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 17.02 77 (21) 2453947/18-25 с присоединением заявки,%— (23) Приоритет— (5.1)М. Кл.

G 01 N, 25/16

Веударстевкньй квинтет

СССР ао делам кзобретеинй и етхрытвй

Опубликовано 15.04.80. Бюллетень J%14

Дата опубликования описания 18.04.80 (53) УДК

536.41 (088.8) (72) Автор изобретения

В. Г. Епифанов

Опытное конструкторско-технологическое бюро Института металлофизики АН Украинской CCP (71) Заявитель (54) РЫЧАЖНЫЙ ДИЛАТОМЕТР

Вобретение относится к конструкциям устройств для измерения теплов.го расширения твердых тел.

Известны различные дилатометрические устройства, в которых. реализуются абсолютные и относительные методы измерений.

Известны кварцевые дилатометры, у которых измерительная ячейка содержит столик для установки образца и толкатель, которым изменение размеров образца передается измерительному датчику линейных перемещений (1J

Такие дилатометры, выпускаемые нашей промышленностью (например, УД — 1, ДКС-900, .

ДКВ-1 и др.) отличает простота конструк: ции, удобство в обслуживании, достаточная точность и надежность результатов измерений.

Основным недостатком этих приборов является относительно низкий температурный предел исследований (1100 — 1400 К), так. как основные детали измерительной ячейки изготавливают иэ кварца; хорошо поддающегося различным технологическим операциям и обладающего низким и стабильным значением темпе-. ратурного коэффициента линейного расшире2 ния (ТКЛР), величина которого входит в расчетную формулу для определения ТКЛР исслецуемого материала.

Создание более высокотемпературных дилатометров подобного типа, работающих до

2000 К и вьпы; и особенно освоение их се 1ийного выпуска метрологически и технологически еще достаточно не обеспечено.

В этом отношении определенными преиму10 ществами могут обладать дилатометры рычажного типа, так как в них реализуется абсолютный метод измерения ТКЛР, а изготовление основных деталей измерительной ячейки не вызывает технологических трудностей.

Ближайшим техническим решением к предлагаемому изобретению является рычажный дилатометр (21, измерительная ячейка которого содержит основание, несущее вертикальные неподвижную опорную и поворотную измерительные штанги. Поворотная штанга выполнена в виде двуплечего рычага, взаимодействующего с подвижным элементом датчика линей- ных перемещений. Исследуемый образец устанавливают между измерительными штангами, 72806 3 ля чего на. опорной штанге предусмотрена специальная кронштейно закрепленная площадка, а для обеспечения постоянного поджима образца к измерительным штангам поворотная штанга снабжена регулируемой пружиной. Тем.пературный предел измерений до 1400 К.

Эта конструкция обладает рядом недостатков, снижающих точность измерений, Снижение точности происходит прежде всего вследствие деформации измерительных штанг под дейст- 10 .вием пружины, за счет которой в измерения вносится ошибка, изменяющаяся при изме1 ненни температуры штанг. Также нестационарные ошибки вносятся в измерения засчет расширения и удлинения измерительных пгганг. 15

Еще большее влияние на точность измерений будут оказывать указанные источники ошибок при работе в области более высоких (свыше

1400 К) температур, так как в этом случае измеритечьные штанги следует изготавливать 20 иэ тугоплавких материалов, собственный температурный коэффициент линейного расширения которых может быть достаточно большим, а определен с недостаточной точностью.

Целью изобретения является повышение точности измерений, в том числе в условиях высоких температур.

Целядостигается тем, что предлагаемый рычажный дилатометр снабжен установленной на основании измерительной ячейки и связанной с датчиком линейных перемещений подвижной кареткой, в которой жестко закреплена опорная штанга, верхнему рабочему конпу которой придана форма ребра призмы, и индикатором нулевого положения нижнего конца йоворотной штанги, верхнему рабочему концу которой придана форма конуса.

На фиг. 1 показана измерительная ячейка и нагревательное устройство предлагаемого дилатометра; на фиг, 2 — то же, разрез

А — А фиг. 1.

Измерительная ячейка содержит охлаждаемое основание 1, в котором выполнены отверстия для прохождения вертикально расположенных измерительных штанг 2 и 3. На основании 1 в опорах скольжения 4 (см. фиг. 2) закреплена подвижная каретка 5, в которой жестко закреплена опорная измерительная штанга 2.

Подвижная каретка 5 кварцевым толкателем

6 связана с подвижным элементом "датчика линейных перемещений 7, например индуктивным преобразователем, который закреплен на. основании 1. Пружина 8 обеспечивает постоянное поджатие каретки 5 к микровинту 9.

Поворотная измерительная штанга 3 своеи осью 10 закреплена в опорах вращения 11 на основании 1, на котором установлена также стойка 12 (см. фиг, 1), содержащая иядика3 4 тор 13 нулевого положения нижнего конца поворотной штанги 3, соответствующего ее вертикальному положению. В качестве такого индикатора может быть использован например, дифференциальный емкостный илн индуктивный датчик перемещений, Измерительные штанги могут. быть выполнены, например, иэ стержней искусственного корунда диаметром

5 — 7 мм. Верхнему концу одной иэ штанг придана форма(призмы, ребро которой направлено перпендикулярно плоскости, прохо дящей через геометрические оси измерительных штанг, а второй — форма конуса, Ребропризмы и вершина конуса образуют опоры для установки исследуемого образца.

Дилатометр работает следующим образом.

Исследуемый образец должен содержать хотя бы одну плоскую опорную поверхность шириной 6 — 10 мм, на которой. наносят поперечно две параллельные канавки прямоугольного профиля, шириной и глубиной, например, 1 мм, которыми образец устанавливают яа опоры измерительных штанг сверху. Расстояние между продольными осями симметрии канавок, измеренное при комнатной температуре, является контролируемой длиной образца и равно например 20 — 25 мм.

С

После установки исследуемого образца на опоры измерительных штанг его помещают в нагревательное устройство 14. Затем, вра-- щая микровинт 9, перемещают каретку 5 до тех пор, пока нижний конец поворотной штанги 3 займет по отсчету индикатора 13 нулевое положение. Данное положение каретки 5 фиксируют. системой показаний датчика линейных перемещений 7 и принимают за начальную точку отсчета. При изменении температуры образца на установленную величину

hT изменяется длина образца на соответствующую величину ЬE, что вызывает отклонение поворотной штанги 3 от исходного (вертикального) положения на определенный угол, на что указывает измеяение показаний отсчетного устройства индикатора 13. Для определения величины изменения длины образца перемещают микравинтом каретку 5 в новое положение, при котором поворотная штанга

3 снова занимает исходное нулевое положение.

При этом каретка 5 перемещается также на величину, равную изменению длины образца, т.е. Ь Ю, что фиксируется изменение показаний регистрирующей системы датчика линейньи перемещений 7.

Затем температуру образца доводят до следующего требуемого значения и вновь повторяют описанный цикл измерений, проходя таким образом весь температурный диапазон, и вычисляют по полученным данным.

728063

5 температурные коэффициенты линейного расширения исследуемого материала в установленных интервалах.

Поскольку опоры для установки образца на штангах практически совпадают с продольными осями последних, поперечное расшире, ние штанг не оказывает влияния на точность измерений. Отсутствие изгибающих усилий, приложенных к штангам, также повышает точность измерений по сравнению с прото- 1О типом. Влияние теплового удлинения штанг, ведущее к изменению плеч рычага, не сказывается на точности измерений, так как отсчет показаний датчика линейных перемещений производится в момент установки каретки 15 в положение, при котором измерительные штанги параллельньг.

Таким образом, предложенная конструкция рычажного дилатометра обеспечивает повышение точности. измерений теплового расшире- 20 ния, в том числе при высоких темнературах (свыше 1400" К), что позволяет значительный экономический эффект от ее применения в дилатометрах, заменяющих используемые ныне

6 серийно выпускаемые дилатометры УД — 1, ДКС-900 и др.

Формула изобретения

Рычажный дилатометр содержащий нагревательное устройство, основание, вертикальные опорную и поворотную штанги и датчик линейных перемещений, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что с целью повышения точности измерений, он снабжен установленной на основании и связанной с датчиком линейных перемещений подвижной кареткой, в которой жестко закреплена, одна из штанг, верхнему ра- . бочему концу которой придана форма ребра призмы, и индикатором нулевого положения нижнего конца поворотной штанги, верхнему . рабочему концу которой придана форма конуса.

Источники информации, принятые во. внимание при экспертизе

1. Техническое описание дилатометра УД — 1.

2. Проспект "Самопишущий дифференциальный термоаналиэатор системы "Шимадэу", "Приспособление для измерения теплового расширения модели Д вЂ” 2В", с. 16, рис. 21 (прототип) .