CN104677929A - 壳体体膨胀系数的测量方法 - Google Patents

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吴越
幸奠明
李超
罗群生
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Abstract

本发明公开了一种壳体体膨胀系数的测量方法，以环境温度为20℃、湿度为20％RH～60％RH为基准，在壳体的内表面和外表面上设置多个测点，再通过外径测量仪和内径测量仪对不同温度下壳体的外径变化和内径变化进行测量，最后通过公式对测得的数据进行计算得出壳体的尺寸变化。本发明壳体体膨胀系数的测量方法通过位移传感器与三坐标仪的配合，测量不同环境温度下壳体内外表面的尺寸变化，并通过计算获得各测点的线膨胀系数，用其表征壳体膨胀系数。

Description

壳体体膨胀系数的测量方法
技术领域
本发明涉及一种测量方法，尤其涉及一种壳体体膨胀系数的测量方法。
背景技术
热膨胀是固体材料受热以后晶格振动加剧而引起的容积膨胀，该值目前只能定性地从理论上给以解释,而不能从理论上给以定量计算，因此，材料热膨胀计算仍用实验方法确定试件膨胀值。对于材质热膨胀系数较大(如材质为聚乙烯、铝)且结构形式为壳体的批量生产的产品，由于材料和成型工艺参数的差异，每个加工成型后的壳体体膨胀系数略有不同，如作为精密仪器中的一个零件，需要了解每个壳体的体膨胀系数。三坐标仪可以测量复杂形体尺寸，但其本身要求的测量环境为20℃左右，在其它温度环境下工作测量误差较大。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种壳体体膨胀系数的测量方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种壳体体膨胀系数的测量方法，包括以下步骤：
A1、在所述壳体上标定多条沿其半径方向的母线，并在所述壳体的内表面和外表面上设置多个测点；
A2、在温度为20℃和湿度为20％RH～60％RH条件下，用三坐标仪测量步骤A1中所述测点位置的所述壳体的尺寸R(即内径和外径)，标定测点位置所述外径传感器支架的尺寸R1，内径传感器支架尺寸R2，如果进行外径测量则跳转至步骤A3，如果进行内径测量则跳转至步骤A6；
A3、将外径测量仪设置在所述壳体的外表面，所述外径测量仪包括外径位移传感器和外径传感器支架，所述外径位移传感器通过所述外径传感器支架固定在所述壳体外侧，将所述外径位移传感器与所述壳体外表面上的多个测点一一对应，然后转至步骤A4；
A4、将所述外径测量仪和所述壳体置于温度为20℃和湿度为20％RH～60％RH的环境中，待温度平衡后，将所述外径位移传感器基准调零，然后跳转至步骤A5；
A5、改变环境温度为T，待温度平衡后，记录所述外径位移传感器示值△RT，获得各个所述测点的数据后，改变环境温度至20℃，如果所有所述外径位移传感器示值均为零则进行下一个温度环境的壳体外径尺寸测量，测量完成后跳转至A9，如果存在示值不为零的外径位移传感器，则跳转至步骤A4；
A6、将内径测量仪设置在所述壳体的内表面，所述内径测量仪包括内径位移传感器和内径传感器支架，所述内径位移传感器通过所述内径传感器支架固定在所述壳体内侧，将所述内径位移传感器与所述壳体内表面上的多个测点一一对应，然后转至步骤A7；
A7、将所述内径测量仪和所述壳体置于温度为20℃和湿度为20％RH～60％RH的环境中，待温度平衡后，将所述内径位移传感器基准调零，然后跳转至步骤A8；
A8、改变环境温度为T，待温度平衡后，记录所述内径位移传感器示值△RT，获得各个所述测点的数据后，改变环境温度至20℃，如果所有所述内径位移传感器示值均为零则进行下一个温度环境的壳体内径尺寸测量，测量完成后跳转至A9，如果存在示值不为零的内径位移传感器，则跳转至步骤A7；
A9、采用下述公式对步骤A5或者步骤A7中获得的数据进行分析：
△RT＝(R+△R)-(Rx+△Rx)＝(R-Rx)+(△R-△Rx)
△Rx＝α基×(T-20)×Rx
即，△R＝△RT-(R-R1)+△Rx＝△RT-(R-Rx)+α基×(T-20)×Rx
完成计算后，跳转至A10；
式中：T—壳体尺寸测量时的温度；
△RT—T温度下壳体尺寸与外径传感器支架或内径传感器支架的尺寸差，此为测量数据，mm；
Rx—为R1或R2,R1—20℃时外径传感器支架的尺寸，R2—20℃时内径传感器支架的尺寸，mm；
△Rx—为△R1或△R2，△R1—T温度下外径传感器支架的尺寸与20摄氏度时的相对变化量，△R2—T温度下内径传感器支架的尺寸与20℃时的相对变化量，mm；
R—20℃时壳体尺寸，mm；
△R—T温度下壳体尺寸与其20℃时尺寸的相对变化量，mm；
α基—外径传感器支架或内径传感器支架的膨胀系数，℃-1。
A10、对A9中得到的多个测点的线膨胀系数取平均值，可得到某一温度时壳体外型面或内型面的平均热膨胀系数；对于不同温度时壳体外型面或内型面的平均热膨胀系数取平均值，可得到不同温度跨度下的壳体热膨胀系数。
具体地，所述母线的条数为13条，第一条所述母线与水平面的夹角为3°，其余所述母线沿壳体的中心逆时针依次分布，且与上一条所述母线之间的夹角依次为15°、15°、15°、15°、15°、12°、12°、15°、15°、15°、15°、15°，多个所述测点沿所述母线的方向设置在所述壳体的内表面和外表面上。
具体地，所述外径传感器支架和所述内径传感器支架均由45#钢制成，其线膨胀系数α基为11.59×10-6℃-1。
本发明的有益效果在于：
本发明壳体体膨胀系数的测量方法通过位移传感器与三坐标仪的配合，测量不同环境温度下壳体内外表面的尺寸变化，并通过计算获得各测点的线膨胀系数，用其表征壳体各型面的热膨胀系数。
附图说明
图1是本发明所述壳体体膨胀系数的测量方法的母线分布图；
图2是本发明所述壳体体膨胀系数的测量方法的外径测量仪安装示意图；
图3是本发明所述壳体体膨胀系数的测量方法的内径测量仪安装示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
本发明一种壳体体膨胀系数的测量方法，包括以下步骤：
如图1所示，在上标定13条沿其半径方向的母线2，第一条母线2与水平面的夹角为3°，其余母线2沿壳体1的中心逆时针依次分布，且与上一条母线2之间的夹角依次为15°、15°、15°、15°、15°、12°、12°、15°、15°、15°、15°、15°，多个测点沿母线2的方向设置在壳体1的内表面和外表面上，在温度为20℃和湿度为20％RH～60％RH条件下，用三坐标仪测量测点位置的壳体1的尺寸R；
如图2所示的壳体1外径尺寸变化测量方法，将外径测量仪设置在壳体1的外表面，将外径位移传感器3与壳体1外表面上的多个测点一一对应，然后将外径测量仪和壳体1置于温度为20℃和湿度为20％RH～60％RH的环境中，待温度平衡后，标定外径传感器支架4的尺寸R1，再将外径位移传感器3基准调零，然后，改变环境温度为T，待温度平衡后，记录外径位移传感器3示值△RT，获得各个测点的数据后，改变环境温度至20℃，如果所有外径位移传感器3示值均为零则进行下一个温度环境的壳体1外径尺寸测量，如果存在示值不为零的外径位移传感器3，则将外径位移传感器3调零后重新测量壳体1外径尺寸变化；
如图3所示的壳体1内径尺寸变化测量方法，将内径测量仪设置在壳体1的内表面，将内径位移传感器6与壳体1内表面上的多个测点一一对应，然后将内径测量仪和壳体1置于温度为20℃和湿度为20％RH～60％RH的环境中，待温度平衡后，标定内径传感器支架5的尺寸R2，再将内径位移传感器6基准调零，然后改变环境温度为T，待温度平衡后，记录内径位移传感器6示值△RT，获得各个测点的数据后，改变环境温度至20℃，如果所有内径位移传感器6示值均为零则进行下一个温度环境的壳体1内径尺寸测量，如果存在示值不为零的内径位移传感器6，则将内径位移传感器6调零后重新测量壳体1内径尺寸变化；
每次测量时，以环境温度为20℃的壳体1内径或外径为基准将位移传感器调零，测量数据为壳体1内径或外径在某温度下与环境温度为20℃时的尺寸差值，即△RT＝(R+△R)-(Rx+△Rx)＝(R-Rx)+(△R-△Rx)
△Rx＝α基×(T-20)×Rx
即，△R＝△RT-(R-R1)+△Rx＝△RT-(R-Rx)+α基×(T-20)×Rx
完成计算后，跳转至A10；
式中：T—壳体1尺寸测量时的温度；
△RT—T温度下壳体1尺寸与外径传感器支架4或内径传感器支架5的尺寸差，此为测量数据，mm；
Rx—为R1或R2,R1—20℃时外径传感器支架4的尺寸，R2—20℃时内径传感器支架5的尺寸，mm；
△Rx—为△R1或△R2，△R1—T温度下外径传感器支架4的尺寸与20摄氏度时的相对变化量，△R2—T温度下内径传感器支架5的尺寸与20℃时的相对变化量，mm；
R—20℃时壳体1尺寸，mm；
△R—T温度下壳体1尺寸与其20℃时尺寸的相对变化量，mm；
α基—外径传感器支架4或内径传感器支架5的膨胀系数，外径传感器支架4和内径传感器支架5均由45#钢制成，则α基为11.59×10-6℃-1。
对上述公式计算得到的多个测点的线膨胀系数取平均值，可得到某一温度时壳体1外型面或内型面的平均热膨胀系数；对于不同温度时壳体1外型面或内型面的平均热膨胀系数取平均值，可得到不同温度跨度下的壳体膨胀系数。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种壳体体膨胀系数的测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
A1、在所述壳体上标定多条沿其半径方向的母线，并在所述壳体的内表面和外表面上设置多个测点；
A2、在温度为20℃和湿度为20％RH～60％RH条件下，用三坐标仪测量步骤A1中所述测点位置的所述壳体的尺寸R(即内径和外径)，标定测点位置所述外径传感器支架的尺寸R1，内径传感器支架尺寸R2，如果进行外径测量则跳转至步骤A3，如果进行内径测量则跳转至步骤A6；
A3、将外径测量仪设置在所述壳体的外表面，所述外径测量仪包括外径位移传感器和外径传感器支架，所述外径位移传感器通过所述外径传感器支架固定在所述壳体外侧，将所述外径位移传感器与所述壳体外表面上的多个测点一一对应，然后转至步骤A4；
A4、将所述外径测量仪和所述壳体置于温度为20℃和湿度为20％RH～60％RH的环境中，待温度平衡后，将所述外径位移传感器基准调零，然后跳转至步骤A5；
A5、改变环境温度为T，待温度平衡后，记录所述外径位移传感器示值△RT，获得各个所述测点的数据后，改变环境温度至20℃，如果所有所述外径位移传感器示值均为零则进行下一个温度环境的壳体外径尺寸测量，测量完成后跳转至A9，如果存在示值不为零的外径位移传感器，则跳转至步骤A4；
A6、将内径测量仪设置在所述壳体的内表面，所述内径测量仪包括内径位移传感器和内径传感器支架，所述内径位移传感器通过所述内径传感器支架固定在所述壳体内侧，将所述内径位移传感器与所述壳体内表面上的多个测点一一对应，然后转至步骤A7；
A7、将所述内径测量仪和所述壳体置于温度为20℃和湿度为20％RH～60％RH的环境中，待温度平衡后，将所述内径位移传感器基准调零，然后跳转至步骤A8；
A8、改变环境温度为T，待温度平衡后，记录所述内径位移传感器示值△RT，获得各个所述测点的数据后，改变环境温度至20℃，如果所有所述内径位移传感器示值均为零则进行下一个温度环境的壳体内径尺寸测量，测量完成后跳转至A9，如果存在示值不为零的内径位移传感器，则跳转至步骤A7；
A9、采用下述公式对步骤A5或者步骤A7中获得的数据进行分析：
△RT＝(R+△R)-(Rx+△Rx)＝(R-Rx)+(△R-△Rx)
△Rx＝α基×(T-20)×Rx
即，△R＝△RT-(R-R1)+△Rx＝△RT-(R-Rx)+α基×(T-20)×Rx
完成计算后，跳转至A10；
式中：T—壳体尺寸测量时的温度；
△RT—T温度下壳体尺寸与外径传感器支架或内径传感器支架的尺寸差，此为测量数据，mm；
Rx—为R1或R2,R1—20℃时外径传感器支架的尺寸，R2—20℃时内径传感器支架的尺寸，mm；
△Rx—为△R1或△R2，△R1—T温度下外径传感器支架的尺寸与20摄氏度时的相对变化量，△R2—T温度下内径传感器支架的尺寸与20℃时的相对变化量，mm；
R—20℃时壳体尺寸，mm；
△R—T温度下壳体尺寸与其20℃时尺寸的相对变化量，mm；
α基—外径传感器支架或内径传感器支架的膨胀系数，℃-1。
A10、对A9中得到的多个测点的线膨胀系数取平均值，可得到某一温度时壳体外型面或内型面的平均热膨胀系数；对于不同温度时壳体外型面或内型面的平均热膨胀系数取平均值，可得到不同温度跨度下的壳体体膨胀系数。
2.根据权利要求1所述的壳体体膨胀系数的测量方法，其特征在于：所述母线的条数为13条，第一条所述母线与水平面的夹角为3°，其余所述母线沿壳体的中心逆时针依次分布，且与上一条所述母线之间的夹角依次为15°、15°、15°、15°、15°、12°、12°、15°、15°、15°、15°、15°，多个所述测点沿所述母线的方向设置在所述壳体的内表面和外表面上。
3.根据权利要求1所述的壳体体膨胀系数的测量方法，其特征在于：所述外径传感器支架和所述内径传感器支架均由45#钢制成，其线膨胀系数α基为11.59×10-6℃-1。
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