Устройство для определения термического коэффициента линейного расширения

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскни

Соцнаянстнческни республик (ii) 92()486 (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву(22)Заявлено19.09.80 (21) 2985081/18-25 с присоединением заявки М (23) ПриоритетОпубликовано .15.04 82 ° «тиоллетень М14

Лата опубликования описания 15.04.82 (51)М. К,д.

G 01 N 25/16

ФЬеударетееииый иемитет

СССР ию делан изебретеиий и аткрытиЯ (53) УДК5Зб. 41

{o88.8) сковский институт электронной техни1сн аявитель

{54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕРМИЧЕСКОГО

КОЭФФИЦИЕНТА ЛИНЕЙНОГО. РАСШИРЕНИЯ Изобретение относится к высокотемпературным исследованиям физических характеристик материалов, точнее к устройствам для исследования термического расширения.

Известны устройства для определения термического коэффициента линей-. ного расширения {ТКЛР), основанные на прямом измерении смещения образца, передаваемого специальным штоком,кон1Î тактирующим с исследуемым образцом, или без передающего штока, прямым оптическим измерением. Эти устройства реализованы в различных конструкциях дилатометров t1).

Недостатком известных устройств является низкая точность при исследовании жидких образцов, что обуслов:.лено наличием трения между штоком и контейнером, содержащим жидкий образец.

Наиболее близким к предлагаемому :, изобретению является устройство для определения термического коэффициента расширения, содержащее коромысловые весы с противовесом и печь для нагрева образцов (2), Недостатками известного устройства являются низкая точность измерений и н возможность исследования жидких образцов.

Цель изобретения - повышение точ-.ности измерений широкого класса материалов °

Указанная .цель достигается тем, что устройство для определения термического расширения, содержащее Коромысловые весы с противовесом и печь для нагрева ячейки с образцом, дополнительно содержит, шарнирный каскадный усилитель, который одним концом шарнирно прикреплен к плечу коромысловых весов, а к другому концу подвешена ячейка, в которой расположен образец, расположенный под углом 10-45о к оси печи, причем ячейка установлена в цепи, термически изолированной от коромысловых весов.

92048б

C1 = —. CD

Их отношение

ЛО-A0 AB

CE-CE CD а

На фиг. l показано предлагаемое устройство," на фиг. 2 - направление действия "..мл в конструкции, На водоохлаждаемую платформу 1 снизу вакуумно плотно установлена 5 печь 2, Сверху установлена стойка 3 коромысловых весов с плечом 4, на которое подвешена чашка с противовесом, и плечом 5, к которому шарнирно закреплен шарнирный каскадный 0 усилитель б,. К нижнему концу. усилителя шарнирно закреплены две кварцевые составные нити 7, которые. при высокотемпературных (свыше 1100 С) исследованиях могут быть продолжены молибденовыми нитями, и введены в печь через отверстия на платформе.

К нижним концам нитей подвешена ячейка 8, в которой наклонно, под углом

10-4) к оси печи размещен контейнер с исследуемым образцом 10. Контейнер может быть запаянным, если исследуется образец с заметным испарением или сублимацией. Образец снизу под собственным весом фиксирован дном контейнера. Ячейка висит свободно в температурной зоне печи 2. Шарнирный каскадный усилитель представляет последовательно, шарнирно соединенные равнобедренные трапеции из планок. Планки также соединены между собой шарнирно. Конструкции коромысла и усилителя таковы, что часть плеча 5 одновремен-. но является и последним элементом усилителя, Весы с. усилителем изолиро35 ваны вакуумно плотно кожухом 11, в котором предусмотрена наружная регулировка противовесом. Весь объем под кожухом и внутри печи может быть вакуумирован, а при необходимости за40 полнен инертной атмосферой.

Устройство работает следующим образом (фиг. 2).

Вся конструкция весов с усилителем, нитями, ячейкой и контейнером Йредва45 рительно уравновешена. Дополнительная сила P уравновешивает только вес образца. Вес образца приложен к точкам А и В нижней планки первой трапеции Г + Г = F - вес образца.

При нагревании образец расширяется в одну сторону, так как один конец его фиксирован дном контейнера, вследствие чего смещается центр тяжести, образца. Истинное малое смещение центра тяжеСти образца дх проявляется на плече коромысловых весов усиленным значением A х,что приводит к нарушению равновесия весов. Изменение

4 уравновешивающей силы P на дР, явится, как будет видно из дальнейшего изложения, мерой термического линейного расширения образца.

А0 и СЕ - положения. центра тяжес- ти образца на планках АВ и CD первой усилительной трапеции. Система находится в равновесии, поэтому иэ равенства нулю суммы моментов сил 1„и 1 относительно точки 0 следует

ЛО = . ЛВ

Аналогично для планки CD

C1: = — — CD

1 1

При нагревании величины 1 „ и Г изменяется в Г и 1 g, но сумма их постоянна и равна весу образца. Положения центра тяжести образца после нагревания выражаются соотношениями

Смещения центра тяжести образца на планках AB u CD выражаются с

ЛΠ— ЛО = — — ЛБ, CL — П.: = 12 F - CD г

Такии образом, трапеции ABCD явля" ется усилителем смещения центра тяжести образца с коэффициентом усиления

С

k . AB

Последовательно соединенные трапеции образуют каскадный усилитель с общим коэффициентом усиления

К = П k

Пусть перед нагреванием центр тяжести образца на коромысле - хс, арасстояние от. опоры до точки приложения уравновешивающей силы Р, Иэ равенства нулю суммы моментов сил

F и Р относительно точки опоры коромысла

После нагревания центр тяжести образ ца на коромысле смещается на дх .

Для уравновешивания весов необходимо

5 изменение силы P íà b P, причем дхс и дР связаны соотношением дх = — Ь1

3 с Г

Учитывая, что дх = k д х со5*, 920486

Высокая чувствительность устройства позволяет измерять значения ТКЛР, близкие к истинным. формула изобретения где дх - истинное смещение центра. тяжести образца;

Д. - угол наклона образца относительно горизонта ьС = . д1 с -7 —,.

Зная первоначальную длину образца можно вычислить его с -носительное удлинение

2 дхс 2а дР

I Л k coRL

Варьируя количеством трапеций или их геометрией в шарнирном каскадном уси- 20 лителе, чувствительностью устройства можно регулировать в широком диапазоне.

Данное устройство работает в диапазоне температур до 2500 С, позволя->> ет исследовать образцы и в твердом, и в жидком состояниях, Кроме того, устройство позволяет исследовать агрессивные и летучие образцы, поскольку образец помещается в специальный 30 контейнер, который при необходимости может быть запаян.

Устройство для определения термического коэффициента линейного оас" ширения, содержащее коромысловые весы с противовесом и печь для нагрева ячейки с образцом, о т л и ч а ю щ е ° е с я тем, что, с целью повышения точности измерения и расширения функциональных возможностей, оно дополнительно содержит шарнйрный каскадный усилитель, который одним концом шарнирно прикреплен к плечу коромысловых весов, а к другому концу подвешена ячейка, в которой размещен образец, расположенный под углом 10-45 к оси печи, причем ячейка установлена в печи, термически изолированной от коромысловых весов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Аматуни А.Н. Методы и приборы для определения линейного расширения материалов. й., Изд"во Стандартов, 1972, с. 34.

2. Авторское свидетельство СССР

h" 90723 кл. G I1 N 25/16, 1976 (прототип).