CN106353360A - 一种低温下不规则形状材料热膨胀系数测试装置 - Google Patents

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宋云涛
张之荣
吴欢
商明明
沈光
吴维越
陆坤
卫靖
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/16—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating thermal coefficient of expansion

Abstract

本发明公开了一种低温下不规则形状材料热膨胀系数测试装置，包括液氮罐、截止阀、杜瓦外壁、隔热真空腔、杜瓦内壁、支撑架、L形试样、工作应变片、补偿应变片、SiO2石英片、温度计、温控仪、电力调整器、电加热器、应变采集器、应变转换器和带有应变控制软件的计算机。本发明通过对应变采集器所采集的应变数据进行整理，同时结合试样降温曲线，计算出试样低温下材料的热膨胀系数。

Description

一种低温下不规则形状材料热膨胀系数测试装置
技术领域
本发明涉及材料膨胀系数的测试装置，具体是一种低温下不规则形状材料热膨胀系数测试装置。
背景技术
物体的体积或长度随温度的改变而发生变化的现象称为热膨胀现象。其膨胀程度用热膨胀系数来表示，材料的热膨胀系数是材料主要物理性质之一，它是衡量材料的热稳定性好坏的重要标志。
对于不同材料和尺寸的试样在各种温度范围内热膨胀系数测量的方法有很多，其中比较常见测量方法主要有顶杆法、光干涉法、电容法以及电阻测量法等机械、光学和电学的测量方法，通常这些方法都在室温下进行且所测量的试样大多数均为外形较为规则的试样。目前，在低温环境下对于形状不规则的试样材料热膨胀系数测量装置及方法的介绍相对较少。然而对于不规则形状试样的热膨胀系数的测量在一些特殊应用领域的特殊材料（如超导磁体中一些不规则形状的复合材料填充块）而言，其低温下热膨胀系数的准确测量对超导磁体的装配关系有一定的影响。因此，对于低温下不规则形状材料热膨胀系数的测量具有一定的现实意义。
发明内容 本发明提供了一种低温下不规则形状材料热膨胀系数测试装置，实现低温下不规则形状材料热胀系数测量。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：
一种低温下不规则形状材料热膨胀系数测试装置，其特征在于：包括有由杜瓦外壁、杜瓦内壁以及位于杜瓦外壁和杜瓦内壁之间的隔热真空腔形成的一个测试所需的隔热低温容器，隔热低温容器底部通过液氮管道与液氮罐连接，液氮管道上设有截止阀、电加热器，所述隔热低温容器中设有支撑架，支撑架上放置有待测试样、SiO2石英片，待测试样上粘贴有工作应变片，SiO2石英片上粘贴有补偿应变片，工作应变片与补偿应变片均连接到应变采集器，应变采集器连接到应变转换器，应变转换器连接到计算机；所述待测试样表面还粘贴有温度计，温度计连接到温控仪上，温控仪与电力调整器相连，电力调整器与所述的电加热器相连。
所述的一种低温下不规则形状材料热膨胀系数测试装置，其特征在于：所述工作应变片、补偿应变片的数量均为2个。
本发明的原理是：
粘贴于待测试样表面的工作应变片和粘贴于SiO2石英片表面的补偿应变片形成一半桥测试桥路，利用SiO2石英片本身热涨系数极其微小的特性，对工作应变片应变测试值进行自补偿，确保所测量的应变值更加准确可靠；同时，温度计、温控仪、电力调整器和电加热器构成单一负反馈闭环控制回路，温度计实时采集试样表面温度，将其与温控仪中预先设定值进行比较，将所得控制信号反馈到电力调整器上，通过调节电加热器的功率来调节进口冷氮气的温度；通过对粘贴于待测试样表面的工作应变片应变的测量，结合试样降温曲线，计算出待测试样在降温过程中材料的热膨胀系数。
本发明的优点是：
本发明通过对粘贴于不规则形状的试样表面的应变片应变值的测量，进而计算出试样降温过程中材料的热膨胀系数。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
具体实施方式
参考图1所示，一种低温下不规则形状材料热膨胀系数测试装置，包括液氮罐1、截止阀2、 杜瓦外壁3、隔热真空腔4、杜瓦内壁5、支撑架6、L形试样7、工作应变片8、SiO2石英片9、补偿应变片10、温度计11、温控仪12、电力调整器13、电加热器14、应变采集器15、应变转换器16和带有应变控制软件的计算机17。杜瓦外壁3、杜瓦内壁4以及隔热真空腔5形成一个测试所需的隔热低温容器；L形试样7和SiO2石英片9放置在支撑架6上，2个工作应变片8粘贴到L形试样7表面，2个应变补偿片10粘贴于SiO2石英片9表面，同时将工作应变片8与补偿应变片10均连接到应变采集仪15，应变采集仪15连接到应变转换器16，应变转换器16连接到带有应变控制软件的计算机17。温度计11粘贴于L形试样件7表面，并将温度计11连接到所述的温控仪12上，温控仪12与所述的电力调整器13相连，电力调整器13与所述的电加热器14相连。
实验具体实施步骤如下：
检查应变片粘贴质量和应变片桥路（半桥）连接方式是否正确，对计算机中应变测试软件界面参数进行设置，同时调试应变测试桥路，并对所有应变测点的应变值清零。
同时开启应变测试仪与温控仪分别对应变片的应变与温度计的温度进行监控，打开液氮罐输出管路上截止阀。向隔热容器内通入液氮。温控仪对温度计所采集到的试样表面实时温度与其内部预设值进行分析比较，电力调整器根据温控仪输出的控制信号调节电加热器，进而控制进气口冷氮气的温度。控制试样表面的降温速率在10 K/h以内。
当试样表面温度降至77 K时，稳定试样温度在77 K状态下时常不低于20 min。确保试样完全降温至77 K.
关闭所述液氮罐输出管路上截止阀，关闭应变测试仪，停止采集应变片的应变值，关闭温控仪与电加热器，停止对进口冷氮气温度的调控。
对测试所采集的应变数据进行整理。结合试样降温曲线，计算出所测试样材料热膨胀系数。

Claims (2)

1.一种低温下不规则形状材料热膨胀系数测试装置，其特征在于：包括有由杜瓦外壁、杜瓦内壁以及位于杜瓦外壁和杜瓦内壁之间的隔热真空腔形成的一个测试所需的隔热低温容器，隔热低温容器底部通过液氮管道与液氮罐连接，液氮管道上设有截止阀、电加热器，所述隔热低温容器中设有支撑架，支撑架上放置有待测试样、SiO2石英片，待测试样上粘贴有工作应变片，SiO2石英片上粘贴有补偿应变片，工作应变片与补偿应变片均连接到应变采集器，应变采集器连接到应变转换器，应变转换器连接到计算机；所述待测试样表面还粘贴有温度计，温度计连接到温控仪上，温控仪与电力调整器相连，电力调整器与所述的电加热器相连。
2.根据权利要求1所述的一种低温下不规则形状材料热膨胀系数测试装置，其特征在于：所述工作应变片、补偿应变片的数量均为2个。
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