CN101900699B - 线热膨胀系数测定仪,测定系统及测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种线热膨胀系数测定仪，测定系统及测定方法，主要是为了解决现有仪器只能测定特定几何尺寸的棒状体以及一次只能同时测定一个样品等问题而设计。本发明包括机架，加热炉和温度传感器，温度传感器设置在加热炉内，机架由底座和立柱构成，立柱的上部设有一横梁；横梁的上方设有位移传感器支架，下方设有样品支撑座；位移传感器支架上设有位移传感器支撑座，并在其上设有位移传感器；横梁上设有导向通孔，其内设有传导杆；传导杆的上端面与位移传感器的感应端相接触，下端面与样品的上端面相接触；加热炉的底端设有一升降装置，并设置在机架底座上。采用上述结构，本发明可将样品整体放入测定仪中进行测定，且能够同时测定多个样品。
Description
技术领域
本发明涉及一种实验室用测试仪器，尤其涉及一种线热膨胀系数测定仪，测定系统及测定方法。
背景技术
按照国际和国内的标准，目前测定玻璃的线热膨胀系数的仪器，要求被测品的几何尺寸较为严格，通常情况下，被监测的样品都需做成统一定几何尺寸的棒状体。对于那些由于无法将样品制成棒材的，就不能使用该仪器测定其热膨胀系数。另外，现有测定仪器一次只能测定一件样品，且测定完成后加热设备降温速度较慢，一般一天只能测定一个样品的线热膨胀系数。这样就给测定带来了很多的不便。
发明内容
为了克服上述的缺陷，本发明提供一种无需将样品制成统一定几何尺寸的棒状体，对供试样品的形状皆容性强，且能够同时测定多个样品的线热膨胀系数测定仪，测定系统及测定方法。
为达到上述目的，本发明线热膨胀系数测定仪，包括机架，加热炉，位移传感器和温度传感器，所述温度传感器设置在所述加热炉内，其特征在于，
所述机架由固定连接的底座和立柱构成，所述立柱的上部设有一位置可相对其上下可调的横梁，并经锁紧螺钉与所述立柱固连；
所述横梁的上方设有至少一个与其固连的位移传感器支架，下方设有样品支撑座；
所述样品支撑座由样品底座和支撑杆构成，所述支撑杆的上端与所述横梁固定连接，下端与所述样品底座固连；
所述位移传感器支架上设有位置可相对其上下可调的位移传感器支撑座，并经锁紧螺钉与所述位移传感器支架固连，所述位移传感器支撑座上设有所述位移传感器；
在所述横梁上对应于每一个所述位移传感器位置处均设有导向通孔，所述的导向通孔内设有传导杆；
所述位移传导杆的上端面与所述位移传感器的感应端相接触，下端面与放置在所述样品底座上的被检测样品的上端面相接触；
所述加热炉底部设有一升降装置，该升降装置设置在所述机架底座上；所述加热炉上端对应所述样品底座位置处设有与所述样品底座的形状和尺寸相当的进出口。
进一步地，为保证所述位移传导杆轴向移动的直线度，在所述支撑杆上和/或所述位移传感器支架上设有至少一个导向支撑。
进一步地，为了提高所述位移传感器的灵敏度，在所述位移传感器支架上还设有微震荡发生器。
进一步地，为加快所述加热炉的散热速度，所述加热炉由炉体和炉盖构成，所述的炉盖上对应所述样品底座位置处设有与所述样品底座的形状和尺寸相当的进出口。
本发明线热膨胀系数测定系统，包括
测定装置，包括机架，位移传感器支架，样品支撑座，加热炉，升降装置和位移传导杆；其中，所述机架由固定连接的底座和立柱构成，所述立柱的上部设有一位置可相对其上下可调的横梁，并经锁紧螺钉与所述立柱固连；所述横梁的上方设有至少一个与其固连的位移传感器支架，下方设有样品支撑座；所述样品支撑座由样品底座和支撑杆构成，所述支撑杆的上端与所述横梁固定连接，下端与所述样品底座固连；所述位移传感器支架上设有位置可相对其上下可调的位移传感器支撑座，并经锁紧螺钉与所述位移传感器支架固连；在所 述横梁上设有导向通孔，其内设有所述位移传导杆；所述位移传导杆的下端面与放置在所述样品底座上的被检测样品的上端面相接触；所述加热炉底部设有所述升降装置，该升降装置设置在所述机架底座上；所述加热炉上端对应所述样品底座位置处设有与所述样品底座的形状和尺寸相当的进出口；
传感器单元，包括至少一个位移传感器和温度传感器；所述位移传感器设置在所述位移传感器支撑座上，所述位移传感器的感应端与所述位移传导杆的上端面相接触，所述温度传感器的感温端设置在所述加热炉内；
控温仪，其输入端与所述温度传感器的信号输出端相连接，其控制信号输出端与所述加热炉的控制信号输入端相连接；以及，
采样计算单元，由信号采集器和计算机构成；所述信号采集器的信号输入端分别与所述位移传感器和所述控温仪的信号输出端相连接，所述信号采集器的信号输出端与所述计算机相连。
进一步地，为了提高所述位移传感器的灵敏度，在所述位移传感器支架上还设有微震荡发生器。
进一步地，为保证所述位移传导杆轴向移动的直线度，在所述支撑杆上和/或所述位移传感器支架上设有至少一个导向支撑。
进一步地，为加快所述加热炉的散热速度，所述加热炉由炉体和炉盖构成，所述的炉盖上对应所述样品底座位置处设有与所述样品底座的形状和尺寸相当的进出口。
本发明线热膨胀系数测定系统的测定方法，包括以下步骤：
(1)将至少一个样品放置在样品支撑座的底座上，调整样品的上端面与位移传导杆的下端面使两端面相接触，并调整样品使其与位移传导杆同轴；
(2)启动升降装置，使加热炉上升至被测样品全部处于加热炉的恒温区内即停止；
(3)温度传感器监测加热炉内的初始温度，并将此时的位移传感器的输出信号置零或作为初始值；
(4)加热炉开始加热，同时开启控温仪以控制加热炉的升温速度；
(5)位移传感器开始监测样品被测端的位移变化并输出位移信号，同时，温度传感器开始监测加热炉内的温度值并通过控温仪输出温度信号；
(6)所述信号采集器采集来自各位移传感器的位移信号，以及来自控温仪的温度信号，并将位移信号和温度信号传输到计算机中，计算出每个样品的线热膨胀系数。
进一步地，步骤(1)完成后，开启设置在所述位移传感器支架上的微震荡发生器。
本发明具有以下几点有益效果：
(1)无需将被测样品制成特定几何尺寸的棒状体再进行测定；本发明对供试样品的形状皆容性强，可以是棒状、异性类棒状、管状、条状、片状乃至将样品整体放入测定仪中进行测定，且能够同时测定多个样品的线热膨胀系数。
(2)本发明可直接将样品放置在样品支撑座的底座上，并调整各样品的上端面和与其对应的传导杆的下端面相接触，以及样品和传导杆的同轴度；调整好后，启动升降装置即可使加热炉上升至样品完全处于加热炉的恒温区内，这样的设计保证了调整好后的样品和传导杆之间的相对位置不发生变化。
(3)可同时测定多个样品的线膨胀系数；本发明对应每一个样品设置了一个位移传感器，用于监测温度发生变化时样品的伸长量，通过信号采集器将各位移传感器的位移信号和温度传感器的温度信号传输到计算机中，并经计算机中的计算软件能够同时得出多个样品的线热膨胀系数和膨胀曲线。
(4)可在较短的时间内测定下一组样品；本发明在测量完上一组样品后，可取下加热炉上的炉盖，加快加热炉的散热速度。
附图说明
图1为本发明线热膨胀系数测定仪的一实施例结构示意图；
图2为本发明线热膨胀系数测定仪的另一实施例结构示意图；
图3为本发明线热膨胀系数测定系统的实施例结构示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细描述。
如图1和图2所示所述线热膨胀系数测定仪，所述机架由固定连接的底座1和立柱2构成，所述立柱2的上部设有一位置可相对其上下可调的横梁3，并经锁紧螺钉4与所述立柱2固连；
所述横梁3的上方设有两个与其固连的位移传感器支架51和52，下方设有样品支撑座；
所述样品支撑座由样品底座7和支撑杆6构成，所述支撑杆6的上端与所述横梁3固定连接，下端与所述样品底座7固连；
所述位移传感器支架51上设有位置可相对其上下可调的位移传感器支撑座81，并经锁紧螺钉9与所述位移传感器支架51固连，所述位移传感器支撑座81上设有位移传感器11，如图1和图2所示位移传感器10的安装结构同位移传感器11；
在所述横梁3上对应于每一个所述位移传感器10和11位置处均设有导向通孔，并在其内设有位移传导杆12和13；
所述位移传导杆12和13的上端面分别与所述位移传感器10和11的感应端相接触，下端面分别与放置在所述样品底座7上的被检测样品18和19的上端面相接触；
所述升降装置的上端通过子母连接方式与所述加热炉的底部固连；该升降装置设置在所述机架底座1上；所述升降装置可以为齿轮和齿条装置，或蜗轮 和蜗杆装置，或气缸，或液压缸。图1中所示的升降装置为齿轮和齿条装置15，图2中为液压缸或气压缸21；
所述加热炉由炉体140和炉盖141构成，在所述加热炉盖141上对应所述样品底座7的位置处设有与所述样品底座7的形状和大小相当的进出口142；
本实施例中为保证传导杆轴线运动的直线度，在所述支撑杆6上和所述位移传感器支架51上分别设置了传导杆导向支撑200，201和203；为提高所述位移传感器的灵敏度，在所述位移传感器支架51和位移传感器支架52上分别设置了微震荡发生器211和212。另外，还在所述位移传感器支架51上设置了微调装置161，所述微调装置161可对所述传感器11进行上下位置的微调，同样，所述位移传感器支架52上也安装了一个微调装置162，所述微调装置162可对所述传感器10进行上下位置的微调，用于减小各接触面间的微小间隙。
如图3所示所述线热膨胀系数测定系统，包括测定装置，传感器单元，控温仪和采样计算单元；其中，
测定装置，包括机架，位移传感器支架5，样品支撑座，加热炉，升降装置和位移传导杆12和13构成；其中，所述机架由固定连接的底座1和立柱2构成，所述立柱1的上部设有一位置可相对其上下可调的横梁3，并经锁紧螺钉4与所述立柱2固连；所述横梁3的上方设有两个与其固连的位移传感器支架51和52，下方设有样品支撑座；所述样品支撑座由样品底座7和支撑杆6构成，所述支撑杆6的上端与所述横梁3固定连接，下端与所述样品底座7固连；所述位移传感器支架51上设有位置可相对其上下可调的位移传感器支撑座81，并经锁紧螺钉9与所述位移传感器支架51固连；所述位移传感器支架52上也设有位置可相对其上下可调的位移传感器支撑座82，并经锁紧螺钉与所述位移传感器支架52固连；在所述横梁3上设有导向通孔，其内设有所述位移传导杆12和13；所述位移传导杆12和13的下端面分别与放置在所述样品底座上的被检测样品18和19的上端面相接触；所述加热炉底部通过子母连接方式与所述升降装置的上端固连，该升降装置为液压缸或气缸21，其设置在所述机架底座上； 本实施例中所述加热炉是由炉体140和炉盖141构成，所述炉盖上对应所述样品底座7位置处设有与所述样品底座7的形状和尺寸相当的进出口142；
传感器单元，包括两个位移传感器10和11，以及温度传感器17；所述位移传感器10和11分别设置在所述位移传感器支撑座82和81上，所述位移传感器10和11的感应端分别与所述位移传导杆12和13的上端面相接触，所述温度传感器17的感温端设置在所述加热炉内；
控温仪24的信号输入端与所述温度传感器17的信号输出端相连接，所述控温仪具有升温速度控制功能以及恒温功能，其控制信号输出端与所述加热炉的控制信号输入端相连接；
采样计算单元，由22信号采集器和计算机23构成；所述信号采集器22的信号输入端分别与所述位移传感器10和11以及所述控温仪24的信号输出端相连接，所述信号采集器22的信号输出端与所述计算机23相连。
本实施例中，为提高所述位移传感器的灵敏度，在所述位移传感器支架51和位移传感器支架52上还分别设置了微震荡发生器211和212。
下面结合图3对本发明所述线膨胀系数测定系统的测定方法进行详细地说明。
步骤1，当所述加热炉处于最低位置处时，将样品18和19放置在所述样品支撑座的底座7上；对于不同尺寸的被测样品，可以通过调整所述横梁3和/或位移传感器支撑座82和81的上下位置，使得所述位移传导杆12和13分别与样品18和19的上端面相接触，同时所述位移导向杆12和13的上端面分别与所述位移传感器10和11的感应端相接触；再调整样品8和9使其分别与位移传导杆12和13同轴；最后还可通过微调装置161和162进行微调，减小各接触面之间可能存在的微小间隙；调整好后分别开启设置在所述位移传感器支撑架51和52上的微震荡发生器211和212，以提高所述位移传感器的灵敏度。
步骤2，启动升降装置21，使加热炉上升至被测样品18和19全部处于加 热炉的恒温区内即停止。
步骤3，温度传感器17监测加热炉内的初始温度T0，并将该初始温度T0通过控温仪24传输给信号采集器22，并通过信号采集器22传输到计算机23中；同时监测样品18和19的位移传感器10和11的输出信号即初始值L10，L20，并将该输出信号经信号采集器22传输到计算机23中。
步骤4，加热炉开始以一定的升温速度对被测试样品18和19进行加热。
步骤5，在加热炉温度不断升高的过程中，被测试样品18和19受热开始膨胀，此时位移传感器10和11实时感应被测试品18和19的膨胀变化并输出位移信号，同时温度传感器17实时监测加热炉内的温度并输出温度信号。
步骤6，信号采集器22实时的采集位移传感器10和11输出的位移信号以及控温仪24输出的温度信号，并实时的将采集到的位移信号和温度信号输入到计算机23中，再经计算机软件根据温度变化量(T1-T0)和被测样品18和19的伸长量(L’1-L10)，(L’2-L20)即可分别计算出被测式样品18和19在该温度下的线热膨胀系数α1和α2。
计算公式如下：
α＝(L1-L0)/L0(T1-T0)+αQ
其中，α-热膨胀系数，×10-6K-1；
L0、L1-分别为样品起始温度T0时所对应的长和T1时所对的长度，mm；
T0、T1-分别为加热炉内的初始温度和加热后监测的温度值，℃；
αQ-样品托架的热膨胀系数。
测定时需注意被测样品与传导杆的下端面相接触的上端面需平整，且与传导杆的轴线相垂直；另外，样品托架的热膨胀系数应小于样品的热膨胀系数。
本发明线热膨胀系数测定仪，测定系统利用位移传感器测定样品的伸长量，利用温度传感器监测加热炉内的温度，根据这些参数即可计算出样品的线热膨 胀系数；或由计算机中的程序软件计算出被测样品的线热膨胀系数，自动画出膨胀曲线，并实时的显示出来。
以上，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种线热膨胀系数测定仪，包括机架，加热炉，位移传感器和温度传感器，所述温度传感器设置在所述加热炉内，其特征在于，
所述机架由固定连接的底座和立柱构成，所述立柱的上部设有一位置可相对其上下可调的横梁，并经锁紧螺钉与所述立柱固连；
所述横梁的上方设有至少一个与其固连的位移传感器支架，下方设有样品支撑座；
所述样品支撑座由样品底座和支撑杆构成，所述支撑杆的上端与所述横梁固定连接，下端与所述样品底座固连；
所述位移传感器支架上设有位置可相对其上下可调的位移传感器支撑座，并经锁紧螺钉与所述位移传感器支架固连，所述位移传感器支撑座上设有所述位移传感器；
在所述横梁上对应于每一个所述位移传感器位置处均设有导向通孔，所述的导向通孔内设有位移传导杆；
所述位移传导杆的上端面与所述位移传感器的感应端相接触，下端面与放置在所述样品底座上的被检测样品的上端面相接触；
所述加热炉底部设有一升降装置，该升降装置设置在所述机架底座上；所述加热炉上端对应所述样品底座位置处设有与所述样品底座的形状和尺寸相当的进出口。
2.根据权利要求1所述线热膨胀系数测定仪，其特征在于，在所述支撑杆上和/或所述位移传感器支架上设有至少一个导向支撑。
3.根据权利要求1所述线热膨胀系数测定仪，其特征在于，在所述位移传感器支架上还设有微震荡发生器。
4.根据权利要求1所述线热膨胀系数测定仪，其特征在于，所述加热炉由炉体和炉盖构成，所述的炉盖上对应所述样品底座位置处设有与所述样品底座的形状和尺寸相当的进出口。
5.一种线热膨胀系数测定系统，其特征在于，包括：
测定装置，包括机架，位移传感器支架，样品支撑座，加热炉，升降装置和位移传导杆；其中，所述机架由固定连接的底座和立柱构成，所述立柱的上部设有一位置可相对其上下可调的横梁，并经锁紧螺钉与所述立柱固连；所述横梁的上方设有至少一个与其固连的位移传感器支架，下方设有样品支撑座；所述样品支撑座由样品底座和支撑杆构成，所述支撑杆的上端与所述横梁固定连接，下端与所述样品底座固连；所述位移传感器支架上设有位置可相对其上下可调的位移传感器支撑座，并经锁紧螺钉与所述位移传感器支架固连；在所述横梁上设有导向通孔，其内设有所述位移传导杆；所述位移传导杆的下端面与放置在所述样品底座上的被检测样品的上端面相接触；所述加热炉底部设有升降装置，该升降装置设置在所述机架底座上；所述加热炉上端对应所述样品底座位置处设有与所述样品底座的形状和尺寸相当的进出口；
传感器单元，包括至少一个位移传感器和温度传感器；所述位移传感器设置在所述位移传感器支撑座上，所述位移传感器的感应端与所述位移传导杆的上端面相接触，所述温度传感器的感温端设置在所述加热炉内；
控温仪，其输入端与所述温度传感器的信号输出端相连接，其控制信号输出端与所述加热炉的控制信号输入端相连接；以及
采样计算单元，由信号采集器和计算机构成；所述信号采集器的信号输入端分别与所述位移传感器和所述控温仪的信号输出端相连接，所述信号采集器的信号输出端与所述计算机相连。
6.根据权利要求5所述线热膨胀系数测定系统，其特征在于，在所述位移传感器支架上还设有微震荡发生器。
7.根据权利要求5所述线热膨胀系数测定系统，其特征在于，在所述支撑杆上和/或所述位移传感器支架上设有至少一个导向支撑。
8.根据权利要求5所述线热膨胀系数测定系统，其特征在于，所述加热炉由炉体和炉盖构成，所述的炉盖上对应所述样品底座位置处设有与所述样品底座的形状和尺寸相当的进出口。
9.如权利要求5所述的线热膨胀系数测定系统的测定方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将至少一个样品放置在样品支撑座的底座上，调整样品的上端面与位移传导杆的下端面使两端面相接触，并调整样品使其与位移传导杆同轴；
(2)启动升降装置，使加热炉上升至被测样品全部处于加热炉的恒温区内即停止；
(3)温度传感器监测加热炉内的初始温度，并将此时的位移传感器的输出信号置零或作为初始值；
(4)加热炉开始加热，同时开启控温仪；
(5)位移传感器开始监测样品被测端的位移变化并输出位移信号，同时，温度传感器开始监测加热炉内的温度值并通过控温仪输出温度信号；
(6)所述信号采集器采集来自各位移传感器的位移信号，以及来自控温仪的温度信号，并将位移信号和温度信号传输到计算机中，计算出每个样品的线热膨胀系数。
10.根据权利要求9所述线热膨胀系数测定系统的测定方法，其特征在于，步骤(1)完成后，开启设置在所述位移传感器支架上的微震荡发生器。
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