Емкостный дилатометр

(19) (11) А 1 4 С 01 М 27/2 ВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ ГОСУДА ПО ДЕЛ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ СВИДЕТЕЛЬСТВ ТОРСК У 23сударстЛенина н ев сшире,пловое Науе твер 60. Васил в С.И., Панов В.И, Чувстдилатометр с емкостныммещения, - ПТЭ, 1981, л"тель ельно Фильтр, датчисогласующииационный уси илите комп е строиулирую щности алоговое русилитель ком, ство это гласующего у детектор мощности п ителя п вх а на выхо дключен комп(57) Изобретение касается теплофизических измерений, в частности измерений коэффициента теплового расши, рения твердых тел емкостным методом, Изобретение наиболее эффективно может быть использовано при измерениях коэффициента теплового расширения материалов с хорошей теплопроводностью, в частности металлов, в широком диапазоне температур, Цель изобретения - расширение температурного диапазона измерения коэффициента теплового расширения, уменьшение погрешностей измерения и обеспечение постоянства чувствительности дилатометра во всем диапазоне температур. Емкостный дилатометр, включающий пассивный колебательный контур, образованный катушкой индуктивности иконденсатором, пластины которого закреплены на кварцевых толкателях,генератор "накачки", блок стабилизации и изменения температуры, низкочастотный генератор, питающий нагреватеЛь для периодического изменениятемпературы образца, последовательновключенные детектор, вход которогоиндуктивно связан с колебательнымконтуром, дифференциальный усилитель,полосовой Фильтр и самописец, дополнительно содержит компенсационный нагреватель и соединенные последоваВерхняя пластина 4 конденсаторане связана с образцом и прикрепленак трубке из плавленного кварца 16,которая в свою очередь прикрепленачерез медный стержень 17 к толкателю2. На стержень 17 намотан бифилярнокомпенсационный нагреватель 18. Длясоздания периодических измененийтемпературы образца на него намотаннагреватель 19. 50 1318891Изобретение относится к измерительной технике, а точнее к измерениямкоэффициента теплового расширениятвердых тед емкостным методом, и может быть использовано при измеренияхкоэффициента теплового расширения(КТР) материалов с хорошей теплопроводностью, в частности металлов, вшироком интервале температур,Цель изобретения, - обеспечениепостоянства чувствительности дилатометра во всем диапазоне температур,На Фиг.1 приведена измерительнаяячейка; на фиг.2 - структурная схемаблока управления измерительной ячейкой и измерительная схема.Основная ячейка дилатометра находится внутри базовой трубки 1 из материала с малой теплопроводностью ималым коэффициентом теплового расширения, например из плавленного кварцевого стекла, Два толкателя 2 и 3из того же материала передают изменения длины образца датчику, состоящему из катушки 4 индуктивности с регулируемыми витками для индуктивнойсвязи 5 и б, Пластины (электроды) 7и 8 измерительного конденсатора жестко насажены на толкатели 2 и 3. Базовая трубка 1 и защитная трубка 9 за 30креплены на основании дилатометра 10,Для откачки ячейки дилатометра иэлектростатической защиты контура отпомех служит металлический кожух 11,35Нижний конец базовой трубки изготовлен в виде столика 12, на которыйпомещается образец 13. Для созданияоднородного температурного поля вокруг образца высота столика выбрана 40, такой, чтобы образец находился в се редине нагревателя 14, Для обеспечения плоскопараллельности пластин толкатели 2 и 3 проходят через бронзовыецилиндры 5, выполненные таким образом, что малые цилиндры, через которые проходят толкатели, без люфтаскользят через большие. 52Блок-схема предлагаемого уст,ройства (Фиг, 2) включает генератор 20 накачки, измерительнуюсхему 21-25, блок 26-28 компенсации,генератор 29 модуляции температурыобразца и блок 30 и 31 нагрева образца,Принцип работы предлагаемого устройства заключается в следующем,В колебательном контуре с резонансной частотой, образованной катушкой 4 индуктивности и измерительнымконденсатором с помощью высокочастотного генератора накачки, возбуждаются колебания с частотой Г, . Зазормежду электродамии 8 устанавливает.ся так, чтобы частота генератора йгсовпала а самым крутым склоном резонансной кривой контура2,рй = Е +20где р1, Я - добротность контура,Высокоча,стотный сигнал через индуктивную связь 6 поступает на входдиодного детектора 23, выход которого включен на вход дифференциальногоусилителя (УД) 24, а также на входФильтра 26. Для компенсации амплитудных Флуктуаций генератора 20 сего выхода сигнал Поступает и навход аналогичного детектора 21, выход которого включен на второй (инвертирующий) вход УД. Фильтр 26 представляет собой интегрирующую КС-цепьдля сглаживания детектированного сигнала,Выход фильтра включен на вход компенсационного усилителя (КУ) 27 с задатчиком, выход которого подключен к входу регули ующего аналогового устройства (РУ) 28. На задатчике КУ 27 устанавливают напряжение, соответствующее оптимальной настройке контура 11 что обеспечивает автоматиовфческую настройку контура при измерениях в широком интервале температур. Это достигается следующим образом: пусть оптимальной настройке соответствует постоянная составляющая высокочастотного сигнала 0 в, При расстройке контура сигнал ПО 1 изменяется и на выходе компенсационного усилителя появится сигнал, пропорциональный разности Нов -Н . (РУ) 28 посредством подачи сигнала на компенсационный нагреватель 18 перемещает верхнюю пластину измерительного кон3 131889 денсатора 7, пока на входе КУ не установится напряжение, равное БИзмерение КТР проводится следующим образом. Нагреватель 19, питаемый от генератора 29, периодически (с частотой 0,01-0,1 Гц) изменяет температуру образца, Это вызывает периодическое изменение напряжения на кон 1 аРтуре на: 1 П = 2 ЧРОгде .й 1 - изменение длины образца;Й - величина зазора измерительного конденсатора,После предварительного усиления с помощью УД 2 ч сигнал выделяется с помощью узкополосного фильтра 25 и за.писывается самописцем 22.Темпетатура образца измеряется и регулируется с помощью термопар и блока нагрева образца, который включает потенциометр 30 и регулятор 31 температуры с усилителем мощности.Предлагаемый дилатометр позволяет измерять коэффициент теплового расширения в диапазоне температур 77- 800 К при постоянной чувствительности, что повышает точность измерения эа счет исключения дополнительной обработки измерительной информации. 5 4формула изобретенияЕмкостный дилатометр, содержащийкорпус, на котором закреплен нагреватель, связанный с блоком нагрева образца, катушка индуктивности, подключенная к измерительному конденсатору, первая обкладка которого связана во время измерений с образцом,генератор модуляций температуры образца, подключенный к нагревателюобразца, и блок компенсации, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью обеспечения постоянства чувствительности дилатометра во всем диапазоне температур, он дополнительносодержит два кварцевых толкателя итермокомпенсационный стержень с нагревателем, причем один толкатель соединен с первой пластиной измерительного конденсатора непосредственно, авторой толкатель - с второй пластиной измерительного конденсатора черезтермокомпенсационный стержень с нагревателем, а блок компенсации выполнен в виде последовательно соединенных фильтра, компенсирующего усилителя и регулирующего аналоговогоустройства, вход которого соединен сизмерительной схемой, а выход - снагревателем термокомпенсационногостержня,1318895 Составитель В,НемцевТехред Л.Олийнык Корректо Редактор А,Шанд ешетник Тираж 776 По Государственного комитета СС елам изобретений и открытий Москва, Ж, Раушская наб. каз 2503/37 ВН