Устройство для измерения объемных эффектов

(56 бе илатометрия 1973, с. 101, етельство ССй 25/16, 198 ДЛЯ ИЗМЕРЕ аствор СР6.НИЯ О М 4 (54) ЕМ (57) мерител рить фун 4439735/31-2513.06,8823.11.90, Бюл. М 43Институт проблем криобиоицины АН УССРА,И. Осецкий, А,С. Снурниа и В.И, Аненко536.6(088,8)Замятин А.А. Дков. - М.: Наука,Авторское свид48259, кл. 6 01УСТРОЙСТВОЫХ ЭФФЕКТОВИзобретение относится ктехнике и позволяет расш циональные возможности устройства в условиях невесомости. Устройство обеспечивает трансформацию объемных эффектов в продольную деформацию упругого элемента, которую осуществляют в режиме релаксации внешних напряжений, и измерение величины этой деформации с помощью тензометрических датчиков. Устройство содержит рабочую и эталонную ячейки с установленными в них сильфонными вставками, механизм нагружения, состоящий из подвижного силового вина и двух упругих элементов, дифференциально связанных с ячейками, и систему регистрации, включающую динамометр и тензометрические датчики, 1 з.п. ф-лы, 1 ил.прмос а чертеже предс ого устройства. стройство содер ижней части кот я 2 и эталонная ки, имеющие ци соответственно,сильфонные вс 9, Корпуса 4 и 5 по тах 10 и 11 так, ч тавлена схема предлагае жит опо орой рас 3 дилат линдриче внутри ко тавки 6 и двешень ную колонну оложены раметрические кие корпуса че торых раз с заглушка- подвижных щен ми 8 о смонтированные на Изобретение относится к технике измея теплофизических характеристик и мобыть использовано для измерения нений объема охлаждаемых, нагреваеили находящихся при постоянной темтуре жидкостей, газов, биологических риалов и твердофазных веществ.Целью изобретения является уменьшепогрешности измерений и возможность едения измерений в условиях невесоопорнои колонне неподвижные толкатели 12 и 13 упираются в заглушки 8 и 9 сильфонных вставок 6 и 7. Для измерения температуры растворов или находящихся в ампулах 14 и 15 твердофазных образцов и тканей ячейки 2 и 3 снабжены термометрами 16 и 17 сопротивления, Программируемое изменение или стабилизация температуры образцов производится с помощью терморегулируемой камеры 18. В верхней части устройства расположен механизм 19 нагружения, состоящий из электропривода, редуктора и вертикально перемещающегося силового винта 20. Нагрузка от последнего передается ячейкам 2 и 3 с помощью захва 1 тов 10 и 11 через нагрузочную цепочку, состоящую из верхнего упругого элемента 21, штока 22 и нижнего упругого элемента 23, При этом эталонная ячейка 3 связана кронштейном 24 непосредственно с нижним упругим элементом 23, а рабочая ячейка 2включена в нагрузочную цепь через динамолетр 25. Приложение нагрузки к ней осуществляется за счет контакта втулки 26 с опорным диском 27, который может перемещаться вдоль штока 22 и устанавливаться на нем перед. экспериментом в одно из требуемых положений. Для поддержания рабочей ячейки 2 в полностью разгруженном состоянии в устройстве предусмотрен перемещающийся по опорной колонне фиксатор 28.Измерение объемных эффектов производится как с помощью динамометра 25, так и с помощью датчика 29 малых перемещений, включаемого так, что его корпус связан с одним концом динамометра 25, а сердечник - с другим. Сигнал от динамометра 25 и датчика 29 регистрируется двухкоординэтным графопостроителем, на вторую коор- динату которого подается сигнал от термометра 16 сопротивления. Для предотвращения выхода датчика 29 перемещения из линейной зоны, что характерно для измерения с высокой чувствительностью, в приборе предусмотрен автоматический сброс нуля, Он реализуется с помощью связанного с корпусом датчика 29 дифференциального микрометрического винта 30, вращаемого шаговым двигателем 31,Устройство работает следующим образом,Дилэтометрические ячейки 2 и 3 на специальном вакуумном стенде заполняют исследуемым и эталонным растворами соответственно, При исследовании твердофазных материалов или биологических тканей их помещают в рабочую ячейку 2 в эластичных ампулах 14. Одновременно в эталонную ячейку 3 в таких же ампулах 15 помещают образцы из кварца, объем которых равен объему исследуемого материала, После этого ячейки 2 и 3 заполняют дилатометрической жидкостью по стандартной методике. Заполненные ячейки 2 и 3 подвешивают на захватах 10 и 11 так, чтобы толкатели 12 и 13 упирались в заглушки 8 и 9, Упругие элементы 21 и 23 при этом не напряжены, а связанная с рабочей ячейкой втулка 26 соприкасается с фиксатором 28. В этот момент производится установка опорного диска 27. Его положение определяется условиями эксперимента, в частности величиной нагрузки, которую необходимо приложить к рабочей ячейке 2 в данном опыте, Затем монтируется терморегулируемая камера 18, устанавливается необходимая начальная температура образца и эталона и начинается процесс нэгружения ячеек. Этот процесс состоит из двух этапов. На первом этапе происходит непрерывное растяжениеЛЬ 1 =фЧо ЛТlЯ =0,2 см, (2) 45где Р - коэффициент теплового объемного расширения исследуемого раствора. который в случае водных растворов биомолекул 10 град50Я - площадь эффективного поперечногосечения сильфонной вставки (Я - 0,5 см ),В случае применения обычных схем нагружения с помощью одного упругого элемента, даже имеющего весьма низкие значения 55 коэффициента жесткости К 1 1 кг/см, изменение нагрузки в измерительной цепи за счет смещения ЛЬ равно Л Гя = К 1 Ь Ь 1=0,2 кг.(3) связанных с силовым винтом упругих элементов 21 и 23, и нагрузка воспринимается толька эталонной ячейкой 3, Это происходит до тех пор, пока поднимающийся в про цессе нагружения опорный диск 27 некоснется находящейся на фиксаторе 28 втулки 26, связанной через кронштейн с рабочей ячейкой 2. С этого момента начинается нагружение рабочей ячейки, причем 10 действующую в ее цепи силу Ря можно определить какГк = К 1 Х 1 - КгХг, (1)где К 1 и Кг - коэффициенты жесткости верхнего и нижнего упругих элементов соответ ственно;Х 1 и Хг - натяжение (упругая деформация) упругих элементов.После достижения заданного уровня нагрузки Рв = Ев 1, который фиксируется дина мометром 25, механизм 19 нагруженияостанавливается, производится стабилизация устройства в течение нескольких минут и начинается процесс измерения.Конструкция устройства позволяет про водить измерения двух типов; в изотермических условиях и при сканировании температуры с заданной скоростью, Реализация второго типа измерений в приборах, работающих в режиме релаксации, крайне 30 затруднительна. Это связано с тем, что изменение температуры деталей прибора, в том числе и температуры дилатометриче-.ской жидкости, приводит к изменению начальной длины нагрузочной цепочки из 35 упругих элементов и, как следствие, к изменению нагрузки в этой цепи. В результате возникают погрешности за счет эффектов сжимаемости исследуемых растворов. Так, например, при изменении температуры 40 ячейки объемом Чо= 10 см на ЛТ= 100 Ссмещение ее корпуса относительно неподвижного тол кателя (фиг. 1) равно1608545 ющей силы Гв в процессе измерений при переменных температурах крайне незначительно. Амплитуды колебания нагрузки в измерительной цепи здесь определяются 5 возможными отклонениями от условий (8) или(9), возникающими за счет возможных погрешностей при изготовлении ячеек или подборе эталонных растворов, и при изменении температуры исследуемых образцов на де сятки градусов лежат в пределах0,1 г,Это позволяет повысить разрешающую способность прибора до 10и создать объемные дилатометры качественно нового уровня.15 Таким образом, предлагаемое устройство исключает свойственное обычным дилатометрам трение в системах измерения и нагрузки, предотвращая тем самым погрешности за счет механических затиров и 20 уменьшая инерционность прибора. Оно делает процесс измерения объемных эффектов независящим от веса элементов установки и исследуемых образцов, что позволяет проводить объемную дилатомет рию в условиях невесомости,леду емос гдевда н1зсобнотрад цгруж н стве ноп для где жени изме ного туры,В нижн двух где элем следу ках 2 П ловия1. Устройство для измерения объемных 30 эффектов, содержащее рабочую и эталонную ячейки с установленными в них сильфонными вставками, связанными с механизмом нагружения и системой регистрации продольной деформации этих вста вок, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что. с цельюрасширения функциональных возможностей прибора путем обеспечения его работы в условиях невесомости, механизм нагружения выполнен в виде винта, жестко связан ного с цепочкой иэ двух упругих элементов,соединенных штоком с укрепленным на нем опорным диском, причем конец второго упругого элемента связан с сильфонной вставкой эталонной ячейки, а сильфонная 45 вставка рабочей ячейки соединена через регистрирующую систему с расположенной над опорным диском втулкой, через отверстие которой проходит шток.2. Устройство по и. 1, отл и ч а ю ще е с я тем, что площади эффективного поперечного сечения сильфонных вставок в рабОЧЕй зураб И ЭтаЛОННОй Яэт ЯЧЕйКаХ ИЛИ ОбЪЕМЫ РабОЧЕй Чраб И ЭтаЛОННОй Чэт ЯЧЕЕК и коэффициенты жесткости К 1 и Кг упругих 5 элементов связаны соотношением Ивияпусанепод(К 1+ КщениябочейЭтогорабочэффекния ихудовле Чэт Яраб К 2 + К 1 8 5Чраб С М 2логичный результат можно получитьом же соотношении коэффициентовго объемного расширения рабочегонного растворов, т.е, 5 Ан при та теплов и этал т К 2+К 1раб К 2(9) Чра 6 2 то приводит к изменению объема иссмого раствора за счет эффекта сжимаи на величину ЛЧуЛ ЕВ 1. - 5=у =10, (4)коэффициент сжимаемости, равный ом случае 5 10 атм(4) следует, что разрешающая спость дилатометров, использующих ионную схему релаксационного наия, ограничена значением 10 з . рименяемая в предлагаемом устрой- хема нагружения позволяет значительвысить эту величину. На основании (1) еличины Л Ер 1 имеем Ея 1 = К 1 ЛХ 1 - Кг ЛХ г, (5) Х 1 = Л й 1 и ЛХг - изменения натяупругих элементов 21 и 23 за счет ения объемов исследуемого и эталонастворов при изменении их темпераданНом случае изменение натяжения го упругого элемента 23 состоит из оставляющихЛ Х 2 = - Л п 1 + Л пг, (б) 1 и Л Ьг - изменения натяжения нта 23 за счет изменения объемов исмого и эталонного растворов в ячей соответственно,дставляя (б) и (5) для выполнения ус- Л Ев 1= О, получим соотношение(7) следует, что для выполнения услоЕв 1= 0 вертикальное смещение корэталонной ячейки 3 относительно ижного толкателя 13 должно быть в I Кг больше соответствующего смев процессе измерения корпуса 4 рачейки 2 относительно толкателя 12, можно добиться, подбирая объемы й (Чраб) И ЭтаЛОННОй (Чэт). ЯЧЕЕК ИЛИ ивные площади поперечного сечесильфонных вставок так, чтобы они воряли условию В с стеме, удовлетворяющей одному изуслови (8) или (9), изменение результируФормула изобретения СБРаб) Чэт К 2 + К 11608545 78 аэ 3612 Тираж 491 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул.Гагарина 1 бСоставитель В. Ои Редактор И. Горная Техред М. Моргент това Корректор Н. К