Дифференциальный дилатометр

 

ОП ИКАНИЕ „„ggg54()

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социапистических

Респубпик (6 I ) Допол н н тел ь мое к а вт. с вид-ву(22) Заявлено 15. 02. 80 (21) 2908089/18-25 с присоелинением заявки М (23) П риорнтет

Опубликовано23. 08. 82. Бюллетень ЭВ 31

Дата опубликования описания 23. 08. 82 (5l)M. Кл.

G 01 М 25/16

3Ъеударственны6 квинтет

СССР

ho делен изабретеннй и открытнй (53) УДК 536. 41 (088. 8) (72) Авторы изобретения

П. Т. Козырев и О. ф. Ронжин

Завод-ВТУЗ при Производственном обьединений турбострдения

"Ленинградский металлиЧеский завод" - " —. -,.-,.,;? .

i 1 Ч (7l ) Заявитель

1 (54) ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ДИЛАТОМЕТР

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устрой ствам, измеряющим температурный коэффициент линейного расширения(ТКЛР), и может быть использовано в стекольной, фарфоровй и керамической промышленности, а также в научных исследованиях.

Известен дифференциальный дилатометр для измерения ТКЛР, принцип работы которых основан на измерении температурного удлинения исследуемого материала по отношению к известному термостабильному материалу, который содержит печь, опорную стойку, штангу-толкатель и регистратор (1) .

Уменьшение погрешности, возникающей из-за влияния разницы теплового расширения штанги-толкателя и опорной стойки достигнуто выполнением их в виде рамок с идентичной геометрией нагреваемой части и жестким закреплением одной рамки, являющейся опорой, и свободным расположением на образце другой. В этом дилатометре не достигнута надежность работы устройства.

Ближайшим техническим решением является автоматический кварцевый дилатометр, содержащий печь, на оси которой расположен регистратор, толкатель со штоком, и опорную трубку, B нижней части которой имеется дно и опора для образца (21.

Существенным недостатком этого дилатометра является большая погрешность измерения, обусловленная различием теплового расширения толка" теля и опорной трубки вследствие неоднородности распределения темпе. ратуры по диаметру печи, особенно при выходе из зоны высоких температур к холодным частям устройства.

Другим источником погрешности является дрейф нуля регистратора при различных режимах работы печи. Be9535

3 личина дрейфа нуля в диапазоне температур 20-900 С составляет 4 мкм.

Указанные два источника погрешности имеют различное происхождение, но причина их одна - малая величина смещения толкателя, на фоне которой нельзя пренебречь этими погрешностяМИ.

Цель изобретения - повышение надежности измерений за счет значитель-10 ного увеличения смещения толкателя.

Указанная цель достигается тем, что в дифференциальном дилатометре > содержащем печь, на оси которой расположен регистратор, толкатель со lS штоком, и опорную трубку, в нижней части. которой имеется дно и опора для образца, опора состоит из внешнего элемента, выполненного в виде втулки с конической внутренней поверхностью, р соосно установленной на дно опорной трубки с отверстием и ориентированной наибольшим диаметром конической поверхности, ssepx внутреннего элемента, выполненного s виде усечен- 2S ного конуса с цилиндрической нижней

4астью с плоским основанием, и подЪижного плоского диска, жестко соединенного с основанием внутреннего элемента, расположенного соосно под дном опорной трубки с возможностью осевого перемещения, а толкатель выполнен в виде удлиненного опрокинутого стакана с продольными сквозными пазами пб образующей и установлен в опорной трубке.

На фиг. 1 показан дифференциальный дилатометр B рабочем положении внутреннего элемента, общий вид; на фиг. 2 - дифференциальный дилато- 4О метр в рабочем положении внешнего элемента, общий вид.

Дилатометр содержит цилиндрическую опорную трубку 1, которая своим верхним концом жестко соединена с головкой 2, а нижний конец имеет плос кое дно с отверстием 3. 8 нижней части опорной трубки размещена опора, состоящая из двух элементов — внешнего и внутреннего. Внешний элемент

4 выполнен в виде втулки с конической гладкой внутренней поверхностью

5, свободно расположен в опорной трубке 1 и опирается на ее дно. Внутренний элемент 6 выполнен,в верхней части в виде усеченного кЬнуса. с гладкой поверхностью 7, а в нижней части - в виде цилиндра с плоским основанием и жестко установлен на

40 4 подвижном плоском диске 8. Диск 8 имеет возможность осевого перемещения элемента 6 в отверстии 3 при помощи траверс 9. Над опорой расположен толкатель 10, выполненный в виде глухого полого цилиндра с закраинами в нижней части для центрирования образца. Для устранения радиальных термических напряжений в нижней части толкателя проре заны продольные сквозные пазы

11 Опорная трубка 1, толкатель 10 и элементы 4 и 6 опоры выполнены из одного .и того же эталонного материала, например из поликора. Толкатель

10 в верхней части соединен со штоком 12 и подпружинен пружиной 13.

Шток 12 в наружной части связан с регистратором 14, измеряющим изменение отрезка S, т.е. смещение толкателя 10. Головка 2 своей внешней поверхностью плотно посажена в гнездо, термостатированной плиты 15 печи 16.

Исследуемый образец 17 выполнен в виде цилиндра и без зазора посажен в гнездо толкателя и прижат подпружиненной подвеской 18.

Работу устройства рассмотрим в предположении, что ТКЛР эталонного материала меньше, чем ТКЛР исследуемого образца.

Образец 17 своей внутренней торцовой окружностью плотно прижат подпружиненным толкателем 10 к конической рабочей поверхности 7 внутреннего элемента 6. При повышении температуры вследствие различия ТКЛР образца и элемента 6 образец 17 вместе с толкателем 10 под действием пружины 13 смещается вниз по оси опорной трубки 1. Это смещение много больше, чем разностное удлинение образца по диаметру. Оно в основном определяется углом наклона конуса <р и диаметром внутренней окружности образца, а линейное разностное удлинение по высоте образца является лишь малой поправкой, которая учтена в приведенной ниже формуле (lj . Так как внутренний элемент 6 работает только в сторону повышения температуры, то с целью обеспечения возможности измерения в обратном направлении, т.е. в сторону понижения температуры, в устройство введен внешний элемент 4 с конической внутренней поверхностью 5. Работа на внеш5 95 нем элементе аналогична рассмотренной.

Образец 17 своей внешней торцовой окружностью плотно прижат подпружиненным толкателем 10 к внутренней конической поверхности 5 элемента 4 (фиг.2) . При понижении температуры образец вместе с толкателем смещается вниз. Величина смещения толкателя здесь также в основном определяется углом наклона (конической поверхности и диаметром (внешним) образца.

Наличие двух элементов обеспечивает измерения толкателя в обоих направлениях изменения температуры. При изменении температуры от йо до t смещение толкателя равно разности отсчетов толкателя Sо и S, т.е. h,S=So" .S . По измеренному смещению b S величина относительного удлинения Я исследуемого образца определяется по ормуле Е <, с о . о+q,,E t l ) где ЯЗ - оТносительное удлинение эталонного материала;

h - высота образца при t=t о (комнатная температура) 3о

) при изменении на внутреннем элементе;

D - при измерении на внешнем е..(элементе;

d u D — внутренний и внешний диа0 метры образца при

A - постоянная величина, определяемая формулой

2tg (у где (g - угол наклона конической поверхности.

Измерения производят, например, в такой последовательности (фиг. 1).

Образец 17 устанавливают на толкателе 10, затем при помощи траверс

9 прижимают плотно площадку 8 к нижнему краю опорной трубки 1. После этого приводят в контакт внутреннюю торцовую окружность образца 17 с конической поверхностью 7 элемента 6 при помощи осевого смещения толкателя 10 и включают печь 16 на режим повышения температуры, фиксируя температуру и отсчеты регистратора 14 до выбранного максимального значения температуры. Далее либо заканчивают измерения, либо, если необходимо,.

- производят измерения в сторону понижения температуры. В последнем случае (фиг. 1) при максимальной тем3540 6

Дифференциальный дилатометр, содержащий печь, на оси которой расположен толкатель со штоком, регистратор, и опорную трубку, в нижней части которой имеется дно и опора для образца, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности измерений, опора состоит из внешнего элемента, выполненного в виде втулки с конической внутренней поверхностью, соосно установленной

45 на дйо ойорной трубки с отверстием и ориентированной наибольшим диаметром конической поверхности, вверх внутреннего элемента, выполненного

30 пературе при помощи траверс 9 опус" кают внутренний элемент 6 вниз и включают в работу внешний элемент,4 путем приведения в контакт внешней торцовой окружности образца 17 с конической (внутренней) поверхностью 5 элемента 4. После этого, Фиксируя значения температуры и показаний регистратора; медленно снижают температуру до комнатной. Полученные данные обрабатывают при помощи Формулы (,1) .

При равных размерах образца смещение толкателя в данном устройстве для реального случая tg+=0,1 величина равна 50 т.е. на фоне больших смещений толкателя всегда можно пренебречь указанными выше погрешностями и радикально снизить требование к чувствительности регистратора ° 8 .предлагаемом устройстве достаточно использовать обычный инструментальный часовой индикатор. Благодаря простоте и портативности регистратора возникает возможность размещения боль" шого количества дилатометров в еди. ной нагревательной системе (печи).

Формула изобретения в виде усеченного конуса с цилиндрической нижней частью с плоским основанием, и подвижного плоского диска,.жестко соединенного с основанием внутреннего элемента и расположенного соосно под дном опорной трубки с возможностью осевого перемещения, а толкатель выполнен в виде удлиненного опрокинутого стакана с продольными сквозными пазами по обт 953540 раэующей и установлен в опорной трубке.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР 545909, кл. G 01 и 25/16, 1971.

2. Дифференциальный дилатометр

ДКВ-5А. Техническое описание (прото3 тип).