CN2807254Y - 热膨胀实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种热膨胀实验装置，它包括有机箱、在其上面设有氦氖激光器光源、无补偿板迈克耳孙干涉光路、加热炉和温控系统及被加热的试件，在所述无补偿板迈克耳孙干涉光路上设有动镜，该动镜是干涉光路与所述被加热的试件的结合部，所述动镜的背面中央粘接有一个石英管，该管的另一端粘接有一个带螺纹的连接件，该连接件的外螺纹与所述被加热的试件一端设有的内螺纹相配合。本实用新型热膨胀实验装置与同类仪器相比，将同类仪器待测材料长度由几十至一百厘米，缩短到13～15厘米，并为进一步缩短准备了有利条件。测得的线膨胀率与标准值相比，相对误差普遍＜2.5％，大多＜1.5％，对其他应用也极具参考使用价值。

Description

热膨胀实验装置

技术领域

本实用新型涉及一种教学仪器，特别是一种热膨胀实验装置。

背景技术

为求得材料的线膨胀率，须测量出一定适当范围内温度变化引起的材料长度微小变化。在科研生产中对这项物性测量，一般采用光干涉法，例如专利公告号为CN2053326U的实用新型专利等。在干涉法中多见采用等厚干涉法。从该实用新型来看，检测中所使用的仪器设备较多，成本也较高，不宜在物理实验教学中推广普及。而在高等院校物理实验教学中，线膨胀的长度测量仪器仍在使用指针式百分表，为此，需要很长的待测金属管，技术手段比较原始。在所选仪器和技术市场上，目前，尚缺少技术含量较高，而又适合教学使用的热膨胀实验仪器。

发明内容

为解决上述技术中存在的问题，本实用新型的目的是提供一种热膨胀实验装置，以实现该仪器测量准确且制造成本低的效果。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是提供一种热膨胀实验装置，它包括有机箱、在其上面设有氦氖激光器光源、无补偿板迈克耳孙干涉光路、加热炉和温控系统及被加热的试件，其中：在所述无补偿板迈克耳孙干涉光路上设有动镜，该动镜是干涉光路与所述被加热的试件的结合部，所述动镜的背面中央粘接有一个石英管，该管的另一端粘接有一个带螺纹的连接件，该连接件的外螺纹与所述被加热的试件一端设有的内螺纹相配合。

所述加热炉是一个电加热炉，它包括有炉外壳、炉膛、炉底，在炉膛的周围纵向交错均匀设置套有绝缘瓷管的多根电阻丝并嵌入炉膛的凹槽内，在所述炉膛与外壳之间通过胶木板连接。

所述加热炉的炉底是在其中央设有一个圆盘，在该圆盘中央设有的槽内竖直装有一个石英柱，所述石英柱以其半圆形的顶端托顶直立的所述被加热的试件，所述石英柱周围与所述圆盘粘接固定。

所述所述温度测控器件中设有测温探头，该测温探头包括有热敏电阻、限位套及塑料手柄，在热敏电阻外敷有导热硅脂并插入护套内，在所述测温探头的中段接有胶木管，通过所述定位套与所述塑料手柄螺纹连接。

所述加热炉的炉膛是用铝合金制作的。

所述加热炉的外壳是用薄钢板制作的。

本实用新型热膨胀实验装置与同类仪器相比，将同类仪器待测材料长度由几十至一百厘米，缩短到13～15厘米，并为进一步缩短准备了有利条件。测得的线膨胀率与标准值相比，相对误差普遍＜2.5％，大多＜1.5％，对其他应用也极具参考使用价值。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的加热炉炉底结构示意图；

图3是本实用新型的测温探头的结构示意图。

具体实施方式

结合附图及实施例对本实用新型的热膨胀实验装置加以说明。

如图1、2、3所示，本实用新型的热膨胀实验装置是以简化的、无补偿板的迈克耳孙干涉光路产生等倾干涉条纹测量膨胀伸长量，以电热炉做加热装置，以PID温控仪(88量浙字02000019号产品)做温度测控器件组合而成的一体化的热膨胀实验装置。所述温控系统的核心部件是市售专利号为91216737.8的产品——带有周期性均衡器的位式PID温控仪。为了本实用新型的需要，我们将其简易密封式热电阻改制成测温探头，即将温控仪13的温度传感器改制成适合本实用新型使用的测温探头12。该装置既能做测量棒状材料的线膨胀率实验，也能做测绘该材料伸长量与温度变化关系曲线的实验。

该热膨胀实验装置，它包括有机箱，设在机箱顶部的光路系统，贴靠在机箱一侧，可锁定，可移开的电热炉。而激光电源和温度测控的电路部分都安置在机箱内部。具体来说，即，在机箱上面设有氦氖激光器光源、迈克耳孙干涉光路、机箱侧面有可移动的加热炉及被加热的试件9和温度测控器件组合，所述简化的、不加补偿板的迈克耳孙干涉光路是以小功率的氦氖激光器(含扩束器2)做光源的光路系统。所述干涉光路的动镜6是干涉光路与所述被加热的试件9的结合部，所述动镜6的背面中央粘接有一个石英管7，该管的另一端粘接有一个不锈钢的螺纹连接件，该连接件的外螺纹与所述被加热的试件9一端设有的内螺纹相配合。在实验前，将该连接件旋入立在炉膛内的被加热的试件9上端的螺纹内。

所述加热炉是一个电加热炉，它包括有炉外壳、炉膛8、炉底，在炉膛8的周围纵向交错均匀设置套有白绝缘瓷管的6根电阻丝并嵌入炉膛8的凹槽内，在所述炉膛8与外壳之间通过胶木板连接。所述加热炉的炉底是在其中央设有一个圆盘11，在该圆盘11中央设有的槽内竖直装有一个石英柱10隔热，所述石英柱10以其半圆形的顶端托顶直立的所述被加热的试件9，所述石英柱10周围与所述圆盘11粘接固定。所述加热炉的炉膛8是用LY12铝合金制作的，所述加热炉的外壳是用薄钢板制作的。

所述温度测控器件中设有测温探头，该测温探头包括有热电阻15、限位套18及塑料手柄19，在Pt100热电阻15外敷有导热硅脂并插入紫铜护套16内，在所述测温探头的中段接有胶木管17，在所述紫铜护套16与手柄19之间，用所述胶木管17隔热。在所述胶木管17和手柄19之间有定位套18，通过所述定位套18与所述塑料手柄19螺纹连接。

本实用新型的热膨胀实验装置是这样实现的。

如图1所示，仪器设计成两层箱式结构，在顶部平台上安装带调节架的激光管1、扩束器2、分束器3、固定镜4、转向镜5和毛玻璃屏14，迈克耳孙干涉光路中的动镜6是干涉光路与加热炉的结合部。在该镜的背面居中粘接一段石英管7，石英管7内粘接一个带螺纹的不锈钢连接件，将它旋进事先用提拉螺丝送进炉膛8的被加热的试件9的螺纹孔内，加热炉下部承接直立被加热的试件9的是一个半圆头的石英柱10，它置入圆形不锈钢底盘11的圆槽中，以托顶直立的被加热的试件9，所述石英10周围与所述底盘11粘接固定。

加热炉的炉膛是用铝合金制成的腔体，周围纵向交错均布套着绝缘瓷管的电阻丝6根，嵌入炉膛8的凹槽，用铜丝绑牢，瓷管外涂敷适量导热硅脂。

测温探头12内置一个Pt100热敏电阻15，在它的周围涂有导热硅脂，插入紫铜护套16，在铜套和手柄19之间是一段胶木管17，起隔热作用。在胶木管17和手柄之间有定位套18。

本实用新型的热膨胀实验装置的加热温度宜控制在60℃以内。

实验方法：先用M4长螺钉旋入被加热的试件9一端的螺纹孔内，从所述试件9仓内提出来，横放在实验台上，用卡尺测长度(l₀)，再将加热炉从仪器左侧台板上平移出来，手提螺钉把试件送进炉内，将动镜6螺纹旋入被加热的试件9，在炉体复位后，将测温探头穿过炉孔插入试棒的测温孔。在调出正常的等倾干涉条纹后即可按升高一定温度，例如：10℃，测量被加热的试件9伸长量的方法或按被加热的试件9一定的伸长量，例如：由测得50或100个干涉环变化，计算出的光程差，测出所需升高温度的方法，而获得有关数据，根据公式，线膨胀率

$\mathrm{\α}=\frac{l-l_0}{l_0(t-t_0)}$

式中 $l-l_0=\mathrm{\Δl}=N\frac{\mathrm{\λ}}{2},$ 是温度从t₀升至t时，被测材料的伸长量，用N个干涉环变化来度量，λ为实验使用的光波长。

此外，利用本实用新型的热膨胀实验装置作线膨胀伸长量与温度变化关系曲线实验时，可任选一5℃温度范围，每1℃或0.5℃读取1次干涉条纹变化量，计算出长度，手绘或利用计算机作出Δl-t变化关系曲线。

Claims (6)

1、一种热膨胀实验装置，它包括有机箱、在其上面设有氦氖激光器光源、无补偿板迈克耳孙干涉光路、加热炉和温度测控器件及被加热的试件，其特征是：

在所述无补偿板迈克耳孙干涉光路上设有动镜(6)，该动镜(6)是干涉光路与所述被加热的试件(9)的结合部，所述动镜(6)的背面中央粘接有一个石英管(7)，该管的另一端粘接有一个带螺纹的连接件，该连接件的外螺纹与所述被加热的试件(9)一端设有的内螺纹相配合。

2、根据权利要求1所述热膨胀实验装置，其特征是：所述加热炉是一个电加热炉，它包括有炉外壳、炉膛(8)、炉底，在炉膛(8)的周围纵向交错均匀设置套有绝缘瓷管的多根电阻丝并嵌入炉膛(8)的凹槽内，在所述炉膛(8)与外壳之间通过胶木板连接。

3、根据权利要求1所述热膨胀实验装置，其特征是：所述加热炉的炉底是在其中央设有一个圆盘(11)，在该圆盘(11)中央设有的槽内竖直装有一个石英柱(10)，所述石英柱(10)以其半圆形的顶端托顶直立的所述被加热的试件(9)，所述石英柱(10)周围与所述圆盘(11)粘接固定。

4、根据权利要求1所述热膨胀实验装置，其特征是：所述温度测控器件中设有测温探头(12)，该测温探头包括有热敏电阻(15)、限位套(18)及塑料手柄(19)，在热敏电阻(15)外敷有导热硅脂并插入护套(16)内，在所述测温探头的中段接有胶木管(17)，通过所述定位套(18)与所述塑料手柄(19)螺纹连接。

5、根据权利要求1所述热膨胀实验装置，其特征是：所述加热炉的炉膛(8)是用铝合金制作的。

6、根据权利要求1所述热膨胀实验装置，其特征是：所述加热炉的外壳是用薄钢板制作的。

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