CN101354364A - 膨胀仪测量值的校正方法 - Google Patents

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CN101354364A CNA2007100441447A CN200710044144A CN101354364A CN 101354364 A CN101354364 A CN 101354364A CN A2007100441447 A CNA2007100441447 A CN A2007100441447A CN 200710044144 A CN200710044144 A CN 200710044144A CN 101354364 A CN101354364 A CN 101354364A
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孙时秋
蔡士达
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Abstract

本发明公开了一种膨胀仪测量值的校正方法，A)选择与试样特征相近且尺寸相同的标准样品，在选定的温度变化条件下测量其在不同温度的热膨胀值并记录；B)在同样的条件下测量试样在不同温度的热膨胀值并记录；C)根据公式计算试样在不同温度的平均线膨胀系数。该方法保证了检测结果的准确性，提高了仪器的灵敏度。

Description

膨胀仪测量值的校正方法
技术领域
本发明涉及金属材料物理性能的精确测量，尤其涉及一种材料膨胀测量值的校正方法。
背景技术
膨胀仪是用于金属材料物理性能检测的仪器，为保证膨胀仪检测数据的准确性，在进行膨胀仪测量时应进行校正。
曾经普遍采用的、传统的、机械的或光学传感器的载体式膨胀仪的载体校正法，目前已不适用。
程控式膨胀仪采用的是先进的示差法测量原理。膨胀系统由被测试样、推杆、试样载体等三部分组成，其膨胀位移是“试样-推杆”与“试样载体”间热膨胀的差值，系统输出的位移信号被传感器接受，始有热膨胀显示值。
高灵敏度的程控式热膨胀检测仪，配合计算机的应用，可显示千万分之一量级的样品长度变化。这既为与样品组织结构转变有关的几何尺寸变化的判别带来了方便，也因“过分灵敏”而带来了多种随机因素的混杂，造成测量结果重现性的降低，给测量值的使用带来了一定的困难。
一方面由于所采用的差动变压器式位移传感器也象所有的的指示仪表一样，存在着相对于零点的示值漂移(偏移)问题。受传感器零位偏移的影响，存在“零位偏移”包括传感器“起始位置(零位)的漂移”和“当前示值位置的偏移”。所以，示值漂移的存在是必需要进行校正的一个原因。
另一方面，程控式膨胀仪测得的膨胀曲线是试样、推杆和试样载体热膨胀，所以，显示器示值是上述三者的矢量和。若设推杆与试样载体的膨胀系数任何时候均相同，则在升、降温循环过程中，因试样-推杆与试样载体间横向温度梯度的影响，即使试样的膨胀系数亦与载体的系数恒等，测得的膨胀曲线仍会出现温度梯度等于零时的情况。实际上，当开始加热时，遵从机械运动的规律，差动变压器启动时也有一个不稳定的非线性区，处于系统中的“试样-推杆”的温度必然滞后于较接近加热体的试样载体，即发生“膨胀滞后”的现象；当降温时，则产生“收缩滞后”，上述现象将随着变温速率的增加而变得更加显著。若速率趋近于零，由于热交换时间足够，也无显著温度差异；否则，高速率必与大的偏差相伴。所以，温度梯度的存在是必需要进行校正的另一个原因。
由于示值漂移和温度滞后是影响程控式膨胀仪测量结果的主要因素，因此，任何时候均不应直接将膨胀仪的原始数据作为试样的热膨胀值报出，要得到试样热膨胀的真实结果，必须对测量的原始数据进行校正。对程控式膨胀仪的校正已成为目前保证测量准确性、可靠性和有效性的关键。
发明内容
本发明的目的是通过提供一种膨胀仪测量值的校正方法，可以方便、快捷、正确的校正膨胀仪的测量数据，保证检测结果的准确性、可靠性和有效性。
本发明的技术构思为：当温度变化速率较快或试样热膨胀系数较大时，载体的影响可以忽略不计，由此可以利用与被测试样相近的标准样品的测量数据对测量结果进行校正。首先假定在全部温度历程中所选定的标准样品与被测试样的温度滞后完全相同，且标准样品的热膨胀值已精确得知，由此可准确得出试样热膨胀值。
需要注意膨胀仪校正时的测量条件：为了消除温度变化速率、样品室气氛、试样尺寸对热膨胀测量值的影响，要求测量中的所有可控参数，如试样长度、温度程序、试样载体与推杆的尺寸及材质等尽可能与实际校正条件相匹配，从而保证在理想情况下标准样品与试样的热膨胀和导热系数的温度关系显示同样的行为。
本发明实现上述目的的技术方案为：一种膨胀仪测量值的校正方法，A)选择与试样特征相近且尺寸相同的标准样品，在选定的温度变化条件下测量其在不同温度的热膨胀值并记录；B)在同样的条件下测量试样在不同温度的热膨胀值并记录；C)根据下式计算试样在不同温度的平均线膨胀系数：
ΔL L o , c ( t , T 1 ) = ΔL - O tm L o , m + O tsL ( t , T 1 ) - ΔL - O tcal L o , cal ( t , T 2 ) + ΔL L o , std ( T 1 )
式中：
t——当前的累计时间，s
T1——t时刻试样的当前温度，℃
T2——校正测量时，t时刻标准样品的温度值，无量纲
Figure A20071004414400051
——校正测量时，t时刻标准样品热膨胀的测量值，无量纲
Figure A20071004414400052
——T1温度下校正用标准样品热膨胀的“基准”值，无量纲
Otm——测量试样时，在t时刻由温度To至T1位移传感器零位的偏移量
Otcal——测量标准样品时，在t时刻由起始温度偏离基准温度而产生的位移传感器零位的偏移量
OtsL——转移试样长度起点值的长度修正量。
优选地，所述标准样品和试样之间的膨胀特征、热容量、导热系数相近。首先，为了消除膨胀位移传输与检测装置的影响，要求标准样品的膨胀特征与被测试样相近，以尽可能消除位移传输中的损失与干扰。其次，为进一步减小温度滞后，选择热容量与被测试样尽可能接近的标准样品。因为，由标准样品校正计算公式可知：若T1＜T2，则将引致校正值偏低；若T1＞T2，则校正值将偏高。若要降低系统偏差，必须遵守“彼此接近”的原则，即标准样品与试样的导热系数彼此应尽量接近。
优选地，所述温度变化速率为250-300℃/小时。在该速率范围的热交换比较平稳，避免了因温度变化过大而产生的材料膨胀突变。对温度变化速率的选择亦是关键因素。若速率趋近于零，由于热交换时间足够，也无显著温度差异；否则，高速率必与大的偏差相伴。
优选地，所述标准样品和试样所受的加载压力为25～35cN。在该压力范围内两者与石英推杆的接触比较紧密稳定。
本发明由于采用了以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下优点和积极效果：保证了检测结果的准确性，提高了仪器的灵敏度。
附图说明
图1为本发明第一个具体实施例的线膨胀系数曲线图；
图2为本发明第二个具体实施例的线膨胀系数曲线图；
图3为本发明第三个具体实施例的线膨胀系数曲线图。
具体实施方式
在程控式膨胀仪上，本发明的具体实施过程如下：
(A)由被测试样特征与检测要求，选择标准样品并建立与上述要求相应的校正文件。
1.建立标准样品测量状态；
2.设置标准样品测量模式：校正
3.输入标准样品的长度：25mm；
4.输入对标准样品加载的压力：25～35cN；
5.选择标准样品测量时的支架材质：石英；
6.选择标准样品的材质：三氧化二铝；
7.设置初始温度：20℃；
8.设置终了温度：800℃；
9.设置安全保护温度：810℃；
10.设置加热速率：5℃/min；
11.设置加热模式：用炉子控制升温；
12.建立标准样品测量文件名；
13.选择测量范围：500μm；
14.对测量系统进行零位校准；
15.标准样品开始测量。
(B)选择相应的校正文件，在校正模式下以与标准样品测量时相同的温度程序完成试样的采样测量，建立试样数据文件。
1.建立试样测量状态；
2.选择与标准样品膨胀系数彼此相近的能够匹配校正的试样文件名：
3.设置试样测量模式：样品+校正
4.输入试样的长度：25mm；
5.输入对试样加载的压力：25～35cN；
6.输入试样的牌号、炉号；
7.设置初始温度：20℃；
8.设置终了温度：800℃；
9.设置安全保护温度：810℃；
10.设置加热速率：5℃/min；
11.设置加热模式：用炉子控制升温；
12.建立试样测量文件名；
13.选择测量范围：500μm；
14.对测量系统进行零位校准；
15.试样开始测量。
下面给出三个不同试样的线膨胀系数计算结果，该结果已根据本发明的校正公式作了校正。如图1、2、3所示，三个试样均为因瓦合金，加载的压力为35cN，温度变化速率为300℃/小时。图1、2、3中试样的长度分别为24.72mm、24.6mm、24.76mm，起始测量温度分别为24.1℃，24.6℃，23.3℃。采用此方法可以计算出任意一个温度空间的平均线膨胀系数。如图1中，24.1~100℃范围的平均线膨胀系数为5.5349E-06。同时可以参见图2、3。

Claims (4)

1.一种膨胀仪测量值的校正方法，其特征在于：
A)选择与试样特征相近且尺寸相同的标准样品，在选定的温度变化条件下测量其在不同温度的热膨胀值并记录；
B)在同样的条件下测量试样在不同温度的热膨胀值并记录；
C)根据下式计算试样在不同温度的平均线膨胀系数：
ΔL L o , c ( t , T 1 ) = ΔL - O tm L o , m + O tsL ( t , T 1 ) - ΔL - O tcal L o , cal ( t , T 2 ) + ΔL L o , std ( T 1 )
式中：
t——当前的累计时间，s
T1——t时刻试样的当前温度，℃
T2——校正测量时，t时刻标准样品的温度值，无量纲
Figure A2007100441440002C2
——校正测量时，t时刻标准样品热膨胀的测量值，无量纲
Figure A2007100441440002C3
——T1温度下校正用标准样品热膨胀的“基准”值，无量纲
Otm——测量试样时，在t时刻由温度To至T1位移传感器零位的偏移量
Otcal——测量标准样品时，在t时刻由起始温度偏离基准温度而产生的位移传感器零位的偏移量
OtsL——转移试样长度起点值的长度修正量。
2.如权利要求1所述的膨胀仪测量值的校正方法，其特征在于：所述标准样品和试样之间的膨胀特征、热容量、导热系数相近。
3.如权利要求2所述的膨胀仪测量值的校正方法，其特征在于：所述温度变化速率为250-300℃/小时。
4.如权利要求3所述的膨胀仪测量值的校正方法，其特征在于：所述标准样品和试样所受的加载压力为25～35cN。
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