CN85100656B - 一种石英示差膨胀计 - Google Patents
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Abstract
一种石英示差膨胀计，它主要由管状框架叠套拉杆机构组成，由于用拉杆代替顶杆传递试样的膨胀信息，并选用熔融石英为框架与拉杆材料，借助于弹簧或金属弹性波纹管的作用使试样与拉杆机构始终密接且处于弹性势能最低状态。本发明所提供的膨胀计可根据不同要求分别配用千分表、立式光学计或差动变压器进行膨胀量的测量，将它套入立式管状炉或低温容器中即可进行高温或低温测量。本发明的膨胀计不仅结构简单、具有很高的精度和准确度；而且其机械稳定性很高，从而克服了激光干涉膨胀仪和已知的石英示差膨胀计两者的局限性。
Description
本发明系对物理学领域中的一种测量仪器——膨胀仪的改进。
通常的膨胀仪由试样膨胀量传递装置、膨胀量测量装置、加热或冷却装置、温度控制装置等几部分组成，而其核心部分即试样膨胀量传递装置均系均用顶杆式石英示差结构，如早期的施文纳尔(chevenard)光杠杆放大型膨胀仪(1)和近期报导的美国专利3377838、苏联专利953540和587376所公布之膨胀计，均采用细长的石英棒顶杆来传递试样的膨胀信息，并采用导向轴孔来约束顶杆使它沿试样膨胀的方向作一维直线运动，这种结构，不仅在稍为偏心载荷的情况下，细长杆易于产生弯曲变形，而且也无法避免由于顶杆与轴孔间的间隙所引起的跳动和摩擦的影响。此外，由于石英杆无法进行精密的磨削加工，其外形不够均匀一致也会使膨胀信息传递失真。所有这些因素限制了石英示差膨胀计精度和准确度的提高。目前最好的石英示差膨胀计，它的不确定度也仅能达到0.2×10-6/℃，这对于研究超低膨胀材料在窄温区内的热膨胀性能来说，显然是不够的。另一方面，激光干涉膨胀仪虽然精度和准确度都很高，但它对震动极为敏感，试样制备、装样调试和测试数据处理又极为复杂，测试一个试样需要较长的时间，不适合于大量试样的性能测量，而且仪器本身造价高，因此也不适合于一般的科研和生产单位使用。
本发明的目的就是在现有的石英示差膨胀计的基础上作出改进，以得出一种结构较为简单而又具有较高精度、灵敏度和稳定性的膨胀计，使它能适合于一般科研和生产单位在研究超低膨胀材料时应用。本发明提供了一种拉杆式石英示差膨胀计，首先在设计原理上，本发明摈弃了精密仪器设计中通常遵循的机动设计原理而采用了最低势能原理。其次，在结构上采用拉杆代替顶杆来传递试样的膨胀信息。即在本发明中采用了管状框架叠套拉杆机构，它由可移动的叠套拉杆和外套管状固定框架组成，并采用熔融石英作上述框架和拉杆的材料，借助于弹性元件的作用使试样与管状框架和叠套拉杆机构始终紧密接触且处于弹性势能最低状态。试样膨胀即推动叠套拉杆运动，并可由测量仪器测量出其膨胀量的大小。基于上述结构使得本发明所提供的拉杆式石英示差膨胀计同已知的顶杆式石英示差膨胀计相比较，不仅具有很高的精度和准确度(如配合立式光学计时，不确定度可达0.09×10-6/℃)，而且有极高的稳定性和抗震性。
本发明所提供的拉杆式石英示差膨胀计其结构原理和实施例如图1所示。
附图说明：(1)叠套拉杆上段实心石英棒；(2)叠套拉杆中段石英管；(3)叠套拉杆下段石英托盘；(4)外套管状固定框架石英管；(5)管状固定框架条状石英压盘；(6)试样；(7)带漏斗状凹面的石英垫片；(8)固定框架的上法兰托架；(9)叠套拉杆的上自由浮动托帽；(10)弹簧；(1 1)金属弹性波纹管。
图1的中、下部即为管状框架叠套拉杆机构，它由叠套拉杆和外套管状固定框架组成，两者互不拉触。叠套拉杆由三部分熔烧而成，其上段为实心的石英棒(1)、中段为纵向剖开而带宽缝的石英管(2)，下段为圆盘而带球头的石英托盘(3)。外套管状固定框架则由外套的石英管(4)和带中心圆柱体的条状石英压盘(5)构成，两者熔烧为一体。外套管状固定框架的上端固接在用低膨胀合金制成的法兰托架(8)上，而叠套拉杆则穿过上述法兰托架的中心圆孔并同一个用低膨胀合金制成的自由浮动托帽(9)固接为一体。自由浮动托帽上部为一平面托盘，下部则稍为细
一些并呈管形，管的内径同叠套拉杆上段的实心石英棒相配合，石英棒的上端就固定在该管形部分的内壁上。自由浮动托帽的平面托盘其上平面在工作状态下系与千分表、立式光学计或差动变压器的测量杆端部相接触；而其下平面则通过一个弹簧(10)或一个金属弹性波纹管(1 1)同法兰托架相联接。上述弹簧和金属弹性波纹管的作用在于既平衡掉叠套拉杆机构的重力，又确保使试样与叠套拉杆机构始终紧密接触并处于弹性势能最低状态。
本发明所提供的拉杆式石英示差膨胀计可用来装配各种膨胀仪，采用本发明所提供的拉杆式石英示差膨胀计装配膨胀仪时，可根据用户的要求，分别选用千分表、立式光学计或差动变压器进行膨胀量的测量。将本发明所提供的拉杆式石英示差膨胀计套装入立式管状炉或低温容器中，即可实现高温或低温膨胀量的测量。为了防止试样高温氧化，还可在膨胀计外围安置一个充注惰性气体的保护套筒。作为物理学领域中的一种新型测量仪器，本膨胀计可以广泛地用于装备科研单位和工厂的实验室，并可作为学校用的实验教具。
本发明所提供的拉杆式石英示差膨胀计的制造安装过程如下：先将叠套拉杆的中、下段即纵向剖开而带宽缝的石英管和圆盘而带球头的石英托盘熔烧为一体，再将外套管状固定框架的两部分即外套石英管和带中心圆柱体的条状石英压盘熔烧为一体，将上述外套管状固定框架和叠套拉杆中、下段组装好后，再将叠套拉杆中段和其上段的实心石英棒熔烧为一体。这样整个管状框架叠套拉杆机构便熔烧而制造成功，可再用磷酸二氢铝和特殊的氧化铜粉制成的粘结剂分别将外套管状固定框架上端同法兰托架、叠套拉杆上段同自由浮动托帽粘接起来，自由浮动托帽在粘结前应先在其下部管壁外套上弹簧或金属弹性波纹管。上述石英件和金属件之间不能采用一般的有机粘结剂，以防止发生蠕变现象。
本发明所提供的拉杆式石英示差膨胀计工作时，将试样(6)夹持在外套管状固定框架的石英压盘和叠套拉杆的石英托盘之间，试样的上端与石英压盘之间为平面接触，而试样下端则通过带有漏斗状凹面的石英垫片(7)与石英托盘的球头部相接触；球头部与带凹面的石英垫片紧密接触不仅起到调心作用，更主要的是避免了在测试管状试样时球头和试样两者直径不同而带来的轴向膨胀信息失真和高温时由于压强过大可能引起的形变误差。试样安好后，由于弹簧或金属弹性波纹管的弹性力的作用，将使得试样由石英托盘和石英压盘予以固定住，然后再将试样和整个管状固定框架叠套拉杆机构装入管式炉或低温容器中，并使测量仪器(如千分表等)的测杆同叠套拉杆上端自由浮动托帽的平面托盘紧密接触，调整好测量仪器，即可升温(或降温)进行试样热膨胀性能的测试。
Claims (4)
1.一种石英示差膨胀计，由试样膨胀量传递装置、膨胀量测量装置、加热或冷却装置、温度控制装置器部分组成，其特征在于试样膨胀量传递装置采用管状框架叠套拉杆结构，它由可移动的叠套拉杆和外套管状固定框架组成。
2.按权利要求1所述的膨胀计，其特征在于所说的叠套拉杆由实心石英棒(1)、纵向剖开而带宽缝的石英管(2)和带有球头的石英托盘(3)构成，三者熔烧为一体，叠套拉杆上端穿过法兰托架(8)的中心圆孔同金属自由浮动托帽(9)固接。
3.按权利要求1所述的膨胀计，其特征在于所说的外套管状固定框架由石英管(4)和带中心圆柱体的条状石英压盘(5)构成，两者熔烧为一体，外套管状固定框架的石英管其上端与带中心圆孔的金属法兰托架相固接。
4.按权利要求2或3所述的膨胀计，其特征在于所说的法兰托架和自由浮动托帽之间用弹簧(10)或金属弹性波纹管(11)作软性接触。
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