Дифференциальный дилатометр

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциапистическихРеспубпик(53)М. Кл. С 01 М 25/1 б 3 Ъеударственный квинтет ССьр по двлзи нзабретеннй и открытнй(72) Авторы изобретения П. Т. Козырев и Оф. Ронжин Завод-ВТУЗ при Производственном обьединений турбострдения(54) ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ДИЛАТОМЕТР Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам, 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 11.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 расположениемна образце другой. В этом дилатометре не достигнута надежность работыустройства.Ближайшим техническим решениемявляется автоматический кварцевыйдилатометр, содержащий печь, на осикоторой расположен регистратор, толкатель со штоком, и опорную трубку,в нижней части которой имеется днои опора для образца 21.Существенным недостатком этогодилатометра является большая погрешность измерения, обусловленная 15 различием теплового расширения толка"теля и опорной трубки вследствиенеоднородности распределения температуры по диаметру печи, особеннопри выходе из зоны высоких температур к холодным частям устройства.Другим источником погрешности является дрейф нуля регистратора приразличных режимах работы печи. ВеРаботу устройства рассмотрим в предположении, что ТКЛР эталонного материала меньше, чем ТКЛР исследуемого образца. 3личина дрейфа нуля в диапазоне температур 20-900 С составляет ф ч мкм. Указанные два источника погрешности имеют различное происхождение, но причина их одна - малая величина смещения толкателя, на фоне которой нельзя пренебречь этими погрешностяЦель изобретения - повышение надежности измерений за счет значительО ного увеличения смещения толкателя.Указанная цель достигается тем, что в дифференциальном дилатометресодержащем печь, на оси которой расположен регистратор, толкатель со 15 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, 20 соосно установленной на дно опорной трубки с отверстием и ориентированной наибольшим диаметром конической поверхности, вверх внутреннего элемента, выполненного в виде усечен ного конуса с цилиндрической нижней Мастью 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 в рабочем положении внутреннего элемента, общий вид; на фиг. 2 - дифференциальный дилато 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 плоо кое дно с отверстием 3. В нижней части опорной трубки размещена опора, состоящая из двух элементов - внешнего и внутреннего. Внешний элемент50 4 выполнен в виде втулки с конической гладкой внутренней поверхностью 5, свободно расположен в опорной трубке 1 и опирается на ее дно. Внут" ренний элемент 6 выполнен.в верхнейчасти в виде усеченного кЬнуса, с гладкой поверхностью 7, а в нижней части - в виде цилиндра с плоским основанием и жестко установлен на ЬОподвижном плоском диске 8. Диск Цимеет возможность осевого перемещения элемента 6 в отверстии 3 припомощи траверс 9. Над опорой расположен толкатель 10, выполненныйв виде глухого полого цилиндра сзакраинами в нижней части для центрирования образца. Для устранениярадиальных термических напряженийв нижней части толкателя прорезаны продольные сквозные пазы11. Опорная трубка 1, толкатель 10и элементы 1 и 6 опоры выполнены изодного .и того же эталонного материала, например из поликора. Толкатель10 в верхней части соединен со штоком 12 и подпружинен пружиной 13.Шток 12 в наружной части связан срегистратором 11, измеряющим изменение отрезка 5, т.е. смещение толкателя 10, Головка 2 своей внешней поверхностью плотно посажена в гнездо,термостатированной плиты 15 печи 16.Исследуемый образец 17 выполнен ввиде цилиндра и без зазора посаженв гнездо толкателя и прижат подпружиненной подвеской 18. Образец 17 своей внутренней торцовой окружностью плотно прижат подпружиненным толкателем 10 к конической рабочей поверхности 7 внутреннего элемента б. 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 у и диаметром внутренней окружности образца, а линейное разностное удлинение по высоте образца является лишь малой поправкой, которая учтена в приведенной ниже формуле 11, 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 Ц конической поверхности и диаметром (внешним) образца. Наличие двух элементов обеспечивает измерения толкателя в обоих направлениях изменения температуры. При изменении температуры от йо до 1 смещение толкателя равно разности отсчетов толкателя Яо и 5, т,е. Ь 5=5 о- .5. По измеренному смещению Ь 5 величина относительного удлинения Я исследуемого образца определяется по Формуле;.ч Ь 5+ фогде ЯЗ - оТносительное удлинениеэталонного материала;Ь - высота образца при 1=о)при изменении на внутреннем элементе;00- при измерении на внешнем е,.( элементе;. д и О - внутренний и внешний диа 0метры образца при3 - постоянная величина, определяемая Формулой21(угде ф - угол наклона конической поверхности,Измерения производят, например,в такой последовательности (фиг. 1),Образец 17 устанавливают на толкателе 10, затем при помощи траверс9 прижимают плотно площадку 8 к нижнему краю опорной трубки 1. Послеэтого приводят в контакт внутреннююторцовую окружность образца 17 с конической поверхностью 7 элемента 6при помощи осевого смещения толкателя 10 и включают печь 16 на режимповышения температуры, фиксируя тем"пературу и отсчеты регистратора 14до выбранного максимального значениятемпературы. Далее либо заканчиваютизмерения, либо, если необходимо,- производят измерения в сторону понижения температуры. В последнемслучае фиг. 1) при максимальной тем З 540 6 5 торцовой окружности образца 17 с конической ( внутренней) поверхностью 5 Дифференциальный дилатометр, содержащий печь, на оси которой расположен толкатель со штоком, регистратор, и опорную трубку, в нижней части которой имеется дно и опора дляобразца, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения надежности измерений, опора состоит извнешнего элемента, выполненного ввиде втулки с конической внутреннейповерхностью, соосно установленной 45на дйо ойорной трубки с отверстиеми ориентированной наибольшим диаметром конической поверхности, вверхвнутреннего элемента, выполненного 50 55 15 20 25 30 пературе при помощи траверс 9 опус" кают внутренний элемент 6 вниз ивключают в работу внешний элемент,4путем приведения в контакт внешней элемента 4. После этого, Фиксируя значения температуры и показаний регистратора; медленно снижают температуру до комнатной. Полученныеданные обрабатывают при помощи Формулы 1). При равных размерах образца смещение толкателя в данном устройстве для реального случая йд=0,1 величина равна 50 т.е. на фоне больших смещений толкателя всегда можно прет"небречь указанными выше погрешностями и радикально снизить требование к чувствительности регистратора. В предлагаемом устройстве достаточно использовать обычный инструментальный часовой индикатор. Благодаря простоте и портативности регистратора возникает возможность размещения боль" шого количества дилатометров в единой нагревательной системе (печи). Формула изобретения в виде усеченного конуса с цилиндрической нижней частью сплоским основанием, и подвижного плоского диска, жестко соединенного с основанием внутреннего элемента и расположенного соосно под дном опорнойтрубки с возможностью осевого перемещения, а толкатель выполнен в видеудлиненного опрокинутого стакана с продольными сквозными пазами по об953540 раэующей и установлен в опорной трубке. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе8 1. Авторское свидетельство СССР Ю 545909, кл. 6 01 й 25/16, 191. 2. Дифференциальный дилатометр ДКВА. Техническое описание (прото 5 тип),