CN103439355A - 嵌入式材料线热膨胀系数测定仪 - Google Patents

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周清春
陈雄
鞠玉涛
郑健
周长省
许进升
韦震
汪文强
胡少青
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Abstract

本发明公开了一种嵌入式材料线热膨胀系数测定仪，包括螺栓、夹持机构、密封盖、垫圈、玻璃棒、上端盖、玻璃管和下端盖；上端盖为圆柱形，中间有通孔，通孔的直径与玻璃管的外径配合，玻璃管固定连接在上端盖的通孔中，下端盖为圆柱形盖状结构，底面设有毛细通孔，玻璃管固定在下端盖的孔中，玻璃管内有玻璃棒，玻璃棒与玻璃管之间通过垫圈配合连接，垫圈与玻璃管的内壁摩擦连接，玻璃棒与垫圈固定连接，玻璃管的上端设置有密封盖，密封盖与玻璃管固定连接，玻璃棒穿过密封盖；上端盖上密封盖的一侧设置螺栓，夹持机构固连在螺栓上，夹持机构上固定有测距装置；本发明对待测试样的几何尺寸限制少，能测定较为柔软的材料，且能够加载复杂温度环境。

Description

嵌入式材料线热膨胀系数测定仪
技术领域
本发明属于材料热力学性质测量技术领域，特别是一种嵌入式材料线热膨胀系数测定仪。
背景技术
材料的线热膨胀系数是其重要热力学性质。目前有许多测定材料热膨胀系数的方法，如示差法（石英膨胀法）、双线法、光干涉法、重量温度计法等。其中，示差法使用得最为广泛。基于示差法的线膨胀测量仪，无论是卧式还是立式，大多适用于测量金属、无机非金属等材料，且对待测试样的尺寸有严格要求（如直径6mm，长度50±2mm）。对于一些较为柔软的材料，诸如HTPB推进剂，则不适合。一方面该材料线热膨胀系数较小，对系统精度要求很高；另一方面，它们的刚度与自重之比较小，不但很难制作为标准试样，而且在不合理的放置时试样会发生一定程度挠曲，进而影响实验结果准确性。
此外，已有的仪器都自带一加热设备，如专利201010237782中的嵌入式材料线热膨胀系数测定仪则配有一个含温度传感器的加热炉。但是受其条件限制，无法应用复杂的温度条件，例如让试样长时间的维持低温（高温），然后急剧改变到另一极端温度后再测定其热膨胀系数。而在许多研究领域内，材料在这种极端温度及其变化过程后的热力学性质又急需了解。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对待测试样的几何尺寸限制少，能够测定较为柔软的材料，且能够加载复杂温度环境的嵌入式材料线热膨胀系数测定仪。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种嵌入式材料线热膨胀系数测定仪，包括螺栓、夹持机构、密封盖、垫圈、玻璃棒、上端盖、玻璃管和下端盖；上端盖为圆柱形，中间有通孔，通孔的直径与玻璃管的外径配合，玻璃管固定连接在上端盖的通孔中，下端盖为圆柱形盖状结构，底面设有毛细通孔，玻璃管固定在下端盖的孔中，玻璃管内有玻璃棒，玻璃棒与玻璃管之间通过垫圈配合连接，垫圈与玻璃管的内壁摩擦连接，玻璃棒与垫圈固定连接，玻璃管的上端设置有密封盖，密封盖与玻璃管固定连接，玻璃棒穿过密封盖；上端盖上密封盖的一侧设置螺栓，夹持机构固连在螺栓上，夹持机构上固定有测距装置。
本发明与现有技术相比，其显著优点：
（1）本发明对待测试样的几何尺寸限制很少，可将柔软材料制作为短粗型试样，进而可以准确得测量它们的线热膨胀系数。
（2）本发明通过与材料试验机的保温箱配合，可以加载复杂的温度条件。
（3）本发明结构简易，易于拆卸、运输和安装。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
本发明一种嵌入式材料线热膨胀系数测定仪，包括螺栓1、夹持机构2、密封盖3、垫圈4、玻璃棒5、上端盖6、玻璃管7和下端盖8；上端盖5为圆柱形，中间有通孔，通孔的直径与玻璃管的外径配合，玻璃管7固定连接在上端盖6的通孔中，下端盖8为圆柱形盖状结构，底面设有毛细通孔，玻璃管7固定在下端盖8的孔中，玻璃管7内有玻璃棒5，玻璃棒5与玻璃管7之间通过垫圈4配合连接，垫圈4与玻璃管7的内壁摩擦连接，玻璃棒5与垫圈4固定连接，玻璃管7的上端设置有密封盖3，密封盖3与玻璃管7固定连接，玻璃棒5穿过密封盖3；上端盖6上密封盖3的一侧设置螺栓1，夹持机构2固连在螺栓1上，夹持机构2上固定有测距装置。
所述的上端盖6上部为环形凸台结构，环形凸台结构的下端面的形状与保温箱的上端面配合。
所述的上端盖6的环形凸台结构的上端面中心处设置环形凹槽，环形凹槽与上端盖6的通孔连通，密封盖3设置在环形凹槽中，且密封盖的外径小于环形凹槽的外径。
所述的密封盖3与玻璃管7之间设置密封垫圈。
所述的下端盖8采用胶木材质，下端盖8的孔由外向内直径逐渐变小。
所述的上端盖6为胶木材质，其通孔与玻璃管7是过盈配合且胶粘固化。
实施例1：
一种嵌入式材料线热膨胀系数测定仪，包括螺栓1、夹持机构2、密封盖3、垫圈4、玻璃棒5、上端盖6、玻璃管7和下端盖8；上端盖5为圆柱形，中间有通孔，通孔的直径与玻璃管的外径配合，玻璃管7固定连接在上端盖6的通孔中，下端盖8为圆柱形盖状结构，底面设有毛细通孔，玻璃管7固定在下端盖8的孔中，玻璃管7内有玻璃棒5，玻璃棒5与玻璃管7之间通过垫圈4配合连接，垫圈4与玻璃管7的内壁摩擦连接，玻璃棒5与垫圈4固定连接，玻璃管7的上端设置有密封盖3，密封盖3与玻璃管7固定连接，玻璃棒5穿过密封盖3；上端盖6上密封盖3的一侧设置螺栓1，夹持机构2固连在螺栓1上，夹持机构2上固定有测距装置。
将嵌入式材料线热膨胀系数测定仪上端盖6置于保温箱内，试样长度随温度变化而推动玻璃棒上下移动，通过夹持机构2固定的千分尺即可测量玻璃棒移动的位移变化，进而求得材料的线热膨胀系数。
实施例2：
结合图1：
一种嵌入式材料线热膨胀系数测定仪，包括螺栓1、夹持机构2、密封盖3、垫圈4、玻璃棒5、上端盖6、玻璃管7和下端盖8；上端盖5为圆柱形，中间有通孔，通孔的直径与玻璃管的外径配合，玻璃管7固定连接在上端盖6的通孔中，下端盖8为圆柱形盖状结构，底面设有毛细通孔，玻璃管7固定在下端盖8的孔中，玻璃管7内有玻璃棒5，玻璃棒5与玻璃管7之间通过垫圈4配合连接，垫圈4与玻璃管7的内壁摩擦连接，玻璃棒5与垫圈4固定连接，玻璃管7的上端设置有密封盖3，密封盖3与玻璃管7固定连接，玻璃棒5穿过密封盖3；上端盖6上密封盖3的一侧设置螺栓1，夹持机构2固连在螺栓1上，夹持机构2上固定有测距装置。上端盖6上部为环形凸台结构，环形凸台结构的下端面的形状与保温箱的上端面配合。上端盖6的环形凸台结构的上端面中心处设置环形凹槽，环形凹槽与上端盖6的通孔连通，密封盖3设置在环形凹槽中，且密封盖的外径小于环形凹槽的外径。密封盖3与玻璃管7之间设置密封垫圈。下端盖8采用胶木材质，下端盖8的孔由外向内直径逐渐变小。上端盖6为胶木材质，其通孔与玻璃管7是过盈配合且胶粘固化。
将待检测试样加工成小于玻璃管内径的圆柱试样或长方形试样，放置在玻璃棒5的下端。整个装置从上端盖6的环形凸台下端面以下都是内置于保温箱内，而环形凸台下端面则是接触保温箱的外壁，起到支撑和固定整个装置的作用。试样长度随温度变化而推动玻璃棒上下移动，通过夹持机构2固定的千分尺即可测量玻璃棒移动的位移变化，进而求得材料的线热膨胀系数。下面分别介绍仪器组装以及密封润滑等具体实施方式：
仪器组装：上端盖6、下端盖8的内孔和玻璃管7的外径设计为过盈配合，对其进行清理，在内孔处涂有胶水。将玻璃管分别旋入二者的孔内，胶水固化后即可形成稳定连接。再将夹持机构2与螺栓1通过螺纹连接，通过螺母确定其位置。随后将它们与上端盖通过螺纹连接，螺纹旋入深度可用来调整千分尺的高度。
密封润滑：下端盖8底面要贯穿一定数量的通孔，确保玻璃管7与保温箱内空气连通，进而温度一致。注意保证下端盖8具有一定刚度，不致影响实验准确性。垫圈4与玻璃棒5是过盈配合，而与玻璃管7则是间隙配合，在玻璃棺内壁涂抹润滑油来消除摩擦对实验准确性的影响。而密封盖3的作用很关键，采用玻璃材质，与玻璃管7之间可以通过垫圈来加强密封效果。密封盖3的外径要小于上端盖6种凹槽的外径，且它内孔与玻璃棒5的配合是间隙配合，便于安放试样。
为了准确的测量待测试样的表面温度，可在试样或者玻璃管7的内表面处贴附若干热电偶，接线由下端盖8的通孔引出，再穿过保温箱另一加载孔至外部温度测量设备。
试样的安装：首先利用镊子等工具取出上端盖3，再取出玻璃棒5和垫圈4的结合体，将整个测定仪水平放置。然后将试样水平缓缓推入至玻璃管7的底端，使其与下端盖接触后再推入玻璃棒5和垫圈4的结合体，接着竖直放置测定仪。最后调整试样和玻璃棒5在玻璃管7内的位置，再安装上端盖3。

Claims (10)

1.一种嵌入式材料线热膨胀系数测定仪，其特征在于：包括螺栓（1）、夹持机构（2）、密封盖（3）、垫圈（4）、玻璃棒（5）、上端盖（6）、玻璃管（7）和下端盖（8）；上端盖（5）为圆柱形，中间有通孔，通孔的直径与玻璃管的外径配合，玻璃管（7）固定连接在上端盖（6）的通孔中，下端盖（8）为圆柱形盖状结构，底面设有毛细通孔，玻璃管（7）固定在下端盖（8）的孔中，玻璃管（7）内有玻璃棒（5），玻璃棒（5）与玻璃管（7）之间通过垫圈（4）配合连接，垫圈（4）与玻璃管（7）的内壁摩擦连接，玻璃棒（5）与垫圈（4）固定连接，玻璃管（7）的上端设置有密封盖（3），密封盖（3）与玻璃管（7）固定连接，玻璃棒（5）穿过密封盖（3）；上端盖（6）上密封盖（3）的一侧设置螺栓（1），夹持机构（2）固连在螺栓（1）上，夹持机构（2）上固定有测距装置。
2.根据权利要求1所述的一种嵌入式材料线热膨胀系数测定仪，其特征在于：所述的上端盖（6）上部为环形凸台结构，环形凸台结构的下端面的形状与保温箱的上端面配合。
3.根据权利要求2所述的一种嵌入式材料线热膨胀系数测定仪，其特征在于：所述的上端盖（6）的环形凸台结构的上端面中心处设置环形凹槽，环形凹槽与上端盖（6）的通孔连通，密封盖（3）设置在环形凹槽中，且密封盖的外径小于环形凹槽的外径。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的一种嵌入式材料线热膨胀系数测定仪，其特征在于：所述的密封盖（3）与玻璃管（7）之间设置密封垫圈。
5.根据权利要求1～3任意一项所述的一种嵌入式材料线热膨胀系数测定仪，其特征在于：所述的下端盖（8）采用胶木材质，下端盖（8）的孔由外向内直径逐渐变小。
6.根据权利要求4所述的一种嵌入式材料线热膨胀系数测定仪，其特征在于：所述的下端盖（8）采用胶木材质，下端盖（8）的孔由外向内直径逐渐变小。
7.根据权利要求1、2、3、6任意一项所述的一种嵌入式材料线热膨胀系数测定仪，其特征在于：所述的上端盖（6）为胶木材质，其通孔与玻璃管（7）是过盈配合且胶粘固化。
8.根据权利要求4所述的一种嵌入式材料线热膨胀系数测定仪，其特征在于：所述的上端盖（6）为胶木材质，其通孔与玻璃管（7）是过盈配合且胶粘固化。
9.根据权利要求5任意一项所述的一种嵌入式材料线热膨胀系数测定仪，其特征在于：所述的上端盖（6）为胶木材质，其通孔与玻璃管（7）是过盈配合且胶粘固化。
10.根据权利要求7所述的一种嵌入式材料线热膨胀系数测定仪，其特征在于：所述的上端盖（6）为胶木材质，其通孔与玻璃管（7）是过盈配合且胶粘固化。
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