CN102866173A - 用于测量金属样品的膨胀计 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测量金属样品的膨胀计（1），包括：样品保持器（4、14），样品（3）能够固定在该样品保持器上；至少一个设置在样品（3）上的感应线圈（5），用于加热样品（3）；和至少一个测量感应器（11），用于测量样品（3）的温度，其中，设有光学测量装置（6、9），用于测定样品（3）的长度变化。由此能够精确地测定样品的与温度相关的长度变化。

Description

用于测量金属样品的膨胀计

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于测量金属样品的膨胀计。

背景技术

存在这样的膨胀计，其中金属样品沿纵向方向夹紧在两个支柱之间。通过感应线圈加热样品，并且借助于两个支柱测量长度变化。此外测定在样品的中心区域中的样品温度。这样的膨胀计的缺点是，在与支柱的接触面上热量从样品中散出，并且由此在样品内形成温度梯度，从而已测量的温度和长度变化之间的相关性受到影响。特别是在待研究的相变的情况下，这能够导致在样品内的相变不同时进行，因为例如在中心区域中的相变已经结束，而在样品的边缘区域中的相变才开始。感应场的不均匀性对所述温度梯度造成附加的不利影响。在这样的膨胀计中，因为不能毫无问题地检测所述相变，因此测量具有错误，这尤其在高的加热速度和冷却速度的情况下可以察觉到。

发明内容

因此本发明的目的是，完成一种用于测量金属样品的膨胀计，借助于所述膨胀计能够精确地测量与温度相关的长度变化。

所述目的借助于具有权利要求1所述的特征的膨胀计得以实现。

根据本发明，膨胀计包括用于测定样品的长度变化的光学测量装置。由此可以无接触地测量长度变化。由于所述无接触的测量，没有热量在测量位置上散出。此外，长度变化能够借助光学测量装置以高精度测量。

光学测量装置优选测定在测量平面中的长度变化，并且用于测量样品温度的测量感应器测量在所述平面的区域中的温度。由此即使在沿纵向方向存在温度梯度的情况下这也能够实施精确的长度变化测量，因为温度的测量在纵向变化的测量区域中发生。在本文中，“长度变化”的测量不一定意味着沿样品的纵向方向的测量，而是沿样品的任一方向、优选横向于样品的纵向方向的测量。测量感应器能够测定在光学测量装置的测量平面的区域中的温度，其中在所述区域中还应测定测量感应器与测量平面的微小的距离，该距离不利地影响测量。

根据本发明的另一构造方案，光学测量装置具有发送器和接收器以及用于测量温度的至少一个测量感应器，所述测量感应器位于样品的朝向接收器或背离接收器的一侧上的光学测量装置的阴影中。因此，温度测量能够在测量平面中精确地进行，其中测量感应器不干扰所述光学测量装置，因为所述测量感应器位于阴影中或位于朝向发送器的一侧上。仅样品的通过光学测量装置测量的边缘区域应与测量感应器保持分隔开。

在所述光学测量装置中，作为发送器能够使用具有用于生成平行光路的准直仪的光源。作为接收器能够使用测定样品的阴影图像的传感器，例如高速线性CCD（Charge Coupled Device，电荷耦合元件）传感器。因此，用于测量温度的测量感应器能够在光学测量装置的“阴影区域”中接触样品，并因此不阻碍长度变化的测量。

优选的是，测量感应器构造为热电偶，所述热电偶借助尖端固定在样品上。由于热电偶的导体的小的横截面，所述热电偶不会持久地影响样品的温度。

至少一个感应线圈在中心区域中优选具有间隙，并且光学测量装置的测量平面设置在所述间隙的区域中。由此，测量平面能够垂直于样品的纵向方向定向，其中仅微小地提高感应线圈的在间隙的区域中的节距，以便提供用于光学测量装置的测量平面的空间。至少一个感应线圈能够具有任意的形状。优选使用圆形线圈，但是也使用扁平线圈和特殊适配的线圈，所述线圈为了光学测量装置在中心区域中具有间隙，因此测量光束能够不受阻碍地测定样品的长度变化。此外还可能的是，设有具有均匀的绕组的螺旋形感应线圈，并且所述测量平面与所述绕组的节距基本上平行地定向，从而能够不必在感应线圈的区域中设置较宽的间隙。

样品保持器优选包括两个支柱或传动杆，所述样品能够沿纵向方向夹紧在所述支柱或传动杆之间。在此，通过所述传动杆也能够测定沿样品的纵向方向的长度变化。在该情况下附加地，光学测量装置能够基本上垂直于纵向方向地进行测量。

附图说明

下面借助于实施例参考附图详细解释本发明。在附图中：

图1示出根据本发明的膨胀计的示意图；

图2示出图1的膨胀计的在样品的区域中的放大细节图；

图3示出样品的在具有温度分布的样品保持器的区域中的放大图；

图4示出具有改装的样品保持器的图1的膨胀计的视图；并且

图5示出图4的膨胀计的在样品的区域中的视图。

具体实施方式

膨胀计1包括在壳体内的样品室2，其中金属样品3夹紧在样品保持器中，所述样品保持器通过第一支柱4和第二支柱14形成。样品3能够是圆柱形杆、管、长方体、多边形或其它几何形状的物体。下文中，沿着支柱4和14延伸的方向被视为纵向方向。

样品室2能够借助保护气体和/或真空而热隔离，并具有在此未详细说明的其它功能。

为了测量样品3的长度变化，设有带有发送器6和接收器9的光学测量装置。发送器6包括光源，例如高功率GaN发光二极管（LED），所述高功率GaN发光二极管射出具有恒定波长的光，然后所述光通过光学系统（例如借助于准直仪和漫射器）对准样品3。由此由发送器6发射带状光路7，所述带状光路射在样品3的中心区域中，亦即射在样品3的整个长度的约30%和70%之间的区域中。

在背离样品3的一侧上带状光路8射到接收器9上，其中带状光路8将样品3的阴影图像投影到接收器9中。用于精确地测定样品3的长度的光学传感器作为接收器可以设置在测量平面的区域中，其中测量平面通过带状光路7和8形成。在此，光学测量装置的测量平面基本上垂直于样品保持器4和14的纵向方向定向。

在样品室2中，在样品3周围设置感应线圈5，所述感应线圈沿纵向方向延伸超过样品3。通过感应线圈5，样品3能够以高速、例如以超过1000K/s的速度被加热。

此外，在加热或冷却样品3时能够测定沿样品3的纵向方向的长度变化，因为设有位移传感器10，所述位移传感器与第二支柱14连接，其中测量第二支柱14的运动。第一支柱4固定不动地构成。

如在图2的放大图中所示，在样品3上存在具有热电偶的形式的测量感应器11，所述热电偶借助尖端例如通过点焊固定在样品3上。热电偶11包括第一导体12和第二导体13，各导体的横截面与样品3相比非常小地构成，从而通过导体12和13的散热是可忽略的。

热电偶11的尖端设置在样品3的在光学测量装置的测量平面的区域中的阴影区域中，所述测量平面朝向接收器9。由此，样品3的温度相对精确地在也通过光学测量装置测量长度变化的位置上测定。优选的是，热感应器11精确地设置在测量平面的区域中。

为了加热样品3，感应线圈5缠绕在样品3周围，其中也能够使用扁平线圈或其它与情况相匹配的线圈形状。在光学测量装置或测量平面的区域中、在感应线圈5的两个相邻的绕组之间构成有间隙L。在所述间隙L中绕组的节距选择为略大的，由此光路7能够在一平面中射到样品3上，并且此外光路8能够在不影响绕组的情况下由接收器9接收。还可能的是，光学测量装置的测量平面通过光路7和8轻微倾斜地定向，以便缩小在感应线圈5的两个绕组之间的间隙L。在该情况下，测量平面不再精确地垂直于样品保持器的纵向方向定向。

在图3中，样品3夹紧在样品保持器的第一支柱4和第二支柱14之间。样品3通过感应线圈5加热，并且如所见，样品3在中心区域中具有1000℃的温度，而在边缘区域中可见在第一支柱4和第二支柱14上散热，从而在边缘区域仅具有995℃的温度。在该膨胀计中，温度差dT不会导致不精确的测量，因为光学测量装置的测量平面和用于测量样品的温度的测量感应器设置在样品3的中心区域中，在所述中心区域中在样品保持器4和14上不再存在温度减小。由此尤其是在金属样品例如在高温相（奥氏体）和低温相（马氏体）之间相变时能够实现精确的与温度相关的长度变化测量。

膨胀计1在图1和2中以淬火模式示出，其中样品3由于温度变化而膨胀或收缩，而在图4中图1的膨胀计1以变形模式示出。在此，相同的构件标有相同的附图标记。在变形模式中，使用第一支柱4’和第二支柱14’作为样品保持器，所述第一支柱和第二支柱具有相对于样品3明显较大的横截面。由此，样品3能够在任意温度下墩锻，然后迅速冷却，以便例如产生时间-温度转变图表。通过感应线圈5能够加热样品3，而通过用气体包围冲刷样品3冷却该样品。通过具有发送器6和接收器9的光学测量装置能够测量与温度相关的长度变化。

在测量平面的区域中设有温度感应器11，所述温度传感器对应于图2构造，并设置在发送器6的一侧上，但是设置在样品3的中心区域中，并且不设置在由光学测量装置测定的边缘区域中。

Claims (8)

1.一种用于测量金属样品的膨胀计（1），包括：

a）样品保持器（4、14），样品（3）能够固定在该样品保持器上；

b）至少一个设置在样品（3）上的感应线圈（5），用于加热样品（3）；

c）至少一个测量感应器（11），用于测量样品（3）的温度，

其特征在于，

d）设有光学测量装置（6、9），用于测定样品（3）的长度变化。

2.如权利要求1所述的膨胀计，其特征在于，光学测量装置（6、9）测定在测量平面中的长度变化，并且测量感应器（11）测量样品（3）的尤其是在所述平面的区域中的温度。

3.如权利要求1或2所述的膨胀计，其特征在于，光学测量装置具有发送器（6）和接收器（9），并且用于测量温度的测量感应器（11）在朝向接收器（9）的一侧上接触样品（3）。

4.如上述权利要求之一所述的膨胀计，其特征在于，测量感应器（11）构成为热电偶，该热电偶的尖端固定在样品（3）上。

5.如上述权利要求之一所述的膨胀计，其特征在于，所述至少一个感应线圈（5）在中心区域中具有间隙（L），并且光学测量装置的测量平面设置在所述间隙（L）的区域中。

6.如上述权利要求之一所述的膨胀计，其特征在于，样品保持器包括两个支柱（4、14；4’、14’），样品（3）能够沿纵向方向夹紧在所述两个支柱之间。

7.如权利要求6所述的膨胀计，其特征在于，光学测量装置（6、9）的测量平面基本上垂直于纵向方向定向。

8.如上述权利要求之一所述的膨胀计，其特征在于，通过样品保持器（4、14）也能够测定沿样品（3）的纵向方向的长度变化。

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