Дилатомер

СОЮЗ СОВЕТСНИХЗЕЛЮвншаиРЕСПУБЛИК 9) (1 ГОСЯМРСТВЕНКЫЙ КОМИТЕТ СССР ОО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПИ ИЗОБРЕТЕНИЩЕТЕЛЬСТВУ(71) Харьковский ордена ТрКрасного Знамени и орденанародов государственный уним. А.М.Горького(56) 1,Новикова С,М. Теплорение твердых тел, М., фНа2.Чеховский Ц.Я ПетухДилатометр для измеений втемператур 100-1000 С придавлениях среды. ТВТ, 1968(прототип),ТР, содержащий ойство, кварце ующее устрпо центруцентрируеиз кварцо т л и ч довогоружбыверситет с целью пий, поршевсей сво и измер ертым п ве и дли я и цилиндтой.тр по п.1 набжены онцы порш овой манж Дилатом щ и й санжета установлена в раоложении. ОПИСАНИ К АВТОРСЯОМУ 4(51) С 01 М 25/16 которого помеще мый шайбами, выи исследуемый а ю щ и й с я вьппения точнось выполнен при1 11 б 1854Изобретение относится к теплофизическим исследованиям твердых телпри низких температурах и может бытьиспользовано при измерении коэффициента теплового расширения (КТР) в,условиях невесомости, а также в подвижных лабораториях (например, наисследовательских судах, подводныхсудах, батискафах и т.д.),Известен дилатометр, содержащий 0кварцевую трубку с конической опоройдля исследуемого образца (цилиндрили параллелепипед по форме), наверхнюю плоскую грань которого опирается кварцевый шток. В верхних концах трубки и поршня имеются отшлифованные плоскости, где нанесены рядтонких рисок. При охлаждении или нагревании такой дилатометрическойячейки риски на штоке перемещаютсяотносительно рисок, нанесеннвп натрубке, на величину удлинения испытуемого образца 1 1 1.Недостатком данного устройстваявляется возможное влияние на регистрируемые показания поперечных колебаний, возникающих в перпендикулярном к оси образца направлении (например, случайные толчки от кипениякриогенных жидкостей)нюю часть кварцевого поршня, например от кипения криогенных жидкостей, то точность передачи удлинения образца относительно кварцевой трубки существенно снижается.Увеличение количества шайб вдоль кварцевого поршня должно лишь смещатьвозможную критическую частоту поперечных колебаний нагруженного поршня, создавая смещение максимума интенсивности механических шумов в сторону высоких частот, Эта резонанс" ная ситуация реализуется, например, при замене жидкого азота, используемого в качестве криогенной жидкости, жидким гелием, частота колебаний механических шумов (за счет кипения) которого на стенки контейнера повышается и приближается к собственной частоте колебаний кварцевого поршня, что снижает точность измерений КТР.Кроме того, на точность измерений КТР влияет стабильность температур кварцевой трубки и поршня с шайбами. В случае. выполнения измерений КТР в вакууме возможен нежелательный градиент температур между поршнем и кварцевой трубкой, что также снижает точность определения КТР, особенно в динамическом режиме охлаждения или нагрева исследуемого образца, претерпевающего фазовый переход например, с выделением или поглощением тепла.Когда поршень с шайбами свободно перемещается внутри кварцевой трубки, существует также проблема герметизации дилатометрической ячейки, которая в прототипном устройстве решается с помощью дополнительного иглообразного штока с минимальным КТР и системой фланцевых уплотнений.Введение дополнительного штока для передачи удлинения от кварцевого поршня регистрирующему прибору создает дополнительный источник погрешности определения КТР. О 5 30 35 40 45 Наиболее близок по технической сущности к изобретению дилатометр, содержащий регистрирующее устройство, кварцевый цилиндр, по центру которого помещен поршень, центрируемьй шайбами, выполненный из кварца, и исследуемвй образец 21Диаметры кварцевых поршня и трубки выбраны так, что поршень может свободно без трения перемещаться вдоль оси симметрии всей дилатометрической ячейки, однако в верхней и нижней части кварцевого поршня имеются выступы, выполненные из молибденовых шайб, ограничивающих поперечные перемещения кварцевого поршйя относительно исследуемого образца. Размеры образца и кварцевого поршня отличаются на порядок, поэтому если ось симметрии дилато метрической ячейки совпадает (с точностью 1-2 ) с вертикалью, то разность удлинений образца и кварцевой трубки однозначно передается регистрирующему устройству. Если от клонение от вертикали превышает на порядок (20-40 ) или имеют место поперечные силы, действующие на средЦель изобретения - поввппение точ. - ности измерений.Поставленная цель достигается тем, что в дилатометре, содержащем регистрирующее устройство, кварцевый цилиндр, по центру которого помещен поршень, центрируемый шайбами, выполненньй из кварца, и исследуемый образец, поршень выполнен притертым по всей своей длине, а верхние концы поршня и цилиндра снабжены рези"Заказ 3964/46 Тираж 897 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпа делам изобретений и открытий.113035, Москва, Ж, Раушская наб д.4/5 филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная,4 3новой манжетой.,Для обеспечения устойчивого соединения поршня с образцом резиновая манжета установлена в растянутом положении.Выполнение поршня притертым по 5 всей своей длине обеспечивает повышение точности измерений за счет устранения колебаний в кварцевом цилиндре при передаче термических удлинений от образца к регистрирую О щему устройству, так как поршень занимает весь объем цилиндра над образцомВ случае измерения КТР в вакууме однородность температурного поля ди= латометрической ячейки достигается за счет контактной теплопередачи притертых поверхностей цилиндра и поршня, что уменьшает собственный ход дилатометра и повышает точность измерений.Резиновая манжета в процессе измерений находится в растянутом состоянии, действуя с постоянной (регулируемой) силой через поршень на 25 образец, который не может колебаться в таком поднятом состоянии при сдвиговых внешних толчках, например при кипении криогенных жидкостей, служащих передающей средой, или в состоя . нии невесомости.Непосредственное соединение поршня с регистрирующим устройством, исключающее промежуточные зьенья в отличие от аналогов.и прототипа, также35 повышает точность измерений.На чертеже приведена структурная схема предлагаемого дилатометра.Дилатометр включает регистрирующее устройство 1, кварцевый цилиндр 2, поршень 3, исследуемый образец 4, резиновую манжету 5. Образец 4 опирается на дно кварцевого цилиндра 2 и поджимается поршнем 3, притертым по всей своей длине к внутренней ( 54 4поверхности цилиндра 2. Поршень 3 выполнен с конической нижней частью. На торцах образца 4 выполнены конические выступы для устойчивого соединения с поршнем 3. Верхние концы цилиндра 2 и поршня 3 снабжены резиновой манжетой 5. Регистрирующее устройство 1 соединено непосредственно с поршнем 3 и находится вне зоны нагрева или охлаждения.В качестве регистрирующего устройства 1 в конкретном примере реализации выбран оптикатор, головкаГкоторого непосредственно соединена с поршнем 3.Устройство работает следующимобразом.При изменении температуры (например, при охлаждении криогенными жидкостями или при нагревании с помощью электрического нагревателя) удлинение исследуемого образца передается с помощью притертого кварцевого поршня 3 непосредственно регистрирующему устройству 1, находящемуся при комнатной температуре. Регистрирующее устройство 1 фиксирует изменение длины образца 4.При изменении длины образца 4 резиновая манжета 5 растягивается, а при сжатии образца 4 указанная манжета 5 прижимает поршень 3 к исследуемому образцу 4, предотвращая его смещение относительно цилиндра 2 в условиях, например, невесомости или в земных условиях при внешних условиях. Предлагаемая конструкция позволяет увеличить точность дилатометрических измерений за счет исключения погрешностей, возникающих при вибрациях, и за счет более строго обеспечения однородного распределения температуры по различным частям лилатометрической системы,