DE2304693A1

DE2304693A1 - Dilatometer

Info

Publication number: DE2304693A1
Application number: DE19732304693
Authority: DE
Inventors: Michel Oudot
Original assignee: APP DE MESURE ET DE LABORATOIR
Current assignee: APP DE MESURE ET DE LABORATOIR
Priority date: 1972-01-31
Filing date: 1973-01-31
Publication date: 1973-08-09
Also published as: FR2170680A5; CH541141A

Description

Dipl.-lng. G. Sdiliebs 61 Darmstadt Claudiusweg 17A

Patentanwalt Telefon {06151) 46753

Postscheckkonto: Frankfurt a. M. 111157 Bankverbindung: Deutsche Bank AG., Dannstadt An das Telegramme: inventron

Deutsche Patentamt

8 München 2
Zweibrückenstr. 12

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D169 31. 1. 1973

BMrHRt

SOCIETE ANOMME DES APPAEEILS DE MESUEE ET DE LABOEATOIEE

(SADAMEL) La Chaux-de-Fonds, Schweiz

Dilatometer

Die Erfindung betrifft ein Dilatometer zur Messung der Wärmeausdehnung einer Probe mit einer Einrichtung zur Heizung und mit einer Einrichtung zur Kühlung der Probe und mit einer Einrichtung zur Messung und zur Eegistrierung der Ausdehnung der Probe als Funktion der Temperatur.

Bei bekannten Dilatometern dieser Art ist es erforderlich, zwei Öfen zu verwenden, und zwar einen ersten zum Aufheizen der Probe und einen zweiten zum Abkühlen und Halten einer konstanten Temperatur der Probe. Dies führt dazu, daß die Wärmeausdehnungsmessungen aufwendig sind und einen großen Zeitaufwand erfordern.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, unter Vermeidung dieser Nachteile ein Dilatometer zu schaffen, welches es

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Brief vom 31· 1· 1973 Blatt 5 Dipl.-Ing. G. Schlieb*

an das Deutsche Patentamt Patentanwalt

ermöglicht, rasch, und genau zu messen, und zwar unter exakten Meßbedingungen und nach einem Heiz- und einem Kühlpr.ogramm, welches vom Experimentator wählbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung ein Dilatometer vor, welches sich dadurch auszeichnet, daß die Heizeinrichtung aus einem einzigen Ofen besteht, welcher wenigstens einen Zylinderreflektor mit elliptischem Querschnitt aufweist und eine Infrarotstrahlungsquelle, welche in einer JFokusachse des Reflektors angeordnet ist, daß die Probe in der anderen Brennachse des Reflektors angeordnet ist, daß eine Regeleinrichtung vorgesehen ist, welche zur Betätigung der Heiz- und der Kühleinrichtung dient, daß die Regeleinrichtung zugleich durch ein vorgebbares Programm und durch die Temperatur der Probe ansteuerbar ist und daß eine Schnellkühl einrichtung vorgesehen ist.

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Brief vom 31. 1. 1973 Blati 3 Dipl.-Ing. G. Schliebs

das Deutsche Patentamt . Patentanwalt

Die Erfindung wird "beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:

Fig. 1 eine stark vereinfachte schematische Darstellung eines Dilatometers im Längsschnitt,

ig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 der Fig. 1,

Fig. 3 in schematischer Darstellung die Verbindungen zwischen den Steuer- und den Programmeinrichtungen sowie den Heiz- und den Kühleinrichtungen und

Fig. 4 ein Beispiel für Kurven, wie sie sich mit dem erfindungsgemäßen Dilatometer erreichen lassen.

Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Dilatometer weist einen (einzigen) Ofen 1 auf, welcher im Inneren von zwei Metallblöcken 2 und 3 angeordnet ist, die in der Achse 4- drehbar sind. Der Block 3 läßt sich nach oben schwenken, um freien Zugang zum Ofen 1 zu gewähren.

Der Ofen 1 weist drei zylindrische Reflektoren 5a, 5b und 5c auf, die einen elliptischen Querschnitt haben. Die drei Schnitt eilip s en sind in symmetrischer Weise in Winkeln von 120° um eine Fokusachse ϊ* (Brennlinienachse) angeordnet, welche den drei Reflektoren 5a» 5h und. 5c gemeinsam ist. Die 2?robe 6, welche die Form eines zylindrischen Rohres aufweist, ist in der Fokusachse f.* angeordnet. In der anderen Fokusachse fpa' ^£2h ^{un(i f}2c ^der Reflektoren 5a» 5b und 5c befindet sich jeweils eine Infrarotstrahlungsquelle 7a, 7b und 7c. Diese drei Quellen bestehen vorzugsweise aus einem Quarzrohr, welches einen elektrisch geheizten Faden einschließt, und eine Strahlung im Rotbereich und Infrarotbereich aussendet. Es ist offensichtlich,

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daß die von den Quellen 7a, 7b und 7c ausgesandten Strahlungen in die Fokusachse f., konzentriert werden, wo sich die Probe 6 befindet.

Ein Trägerrohr 8 aus Quarz ist durch eine Öffnung hindurchgeführt, welche in dem Block 3 angeordnet ist. Dieses Bohr 8 ist mit zwei Halterungen 9 und 10 ausgestattet, die ebenfalls aus Quarz oder aus einem keramischen Material hergestellt sind. Diese zwei Halterungen 9 und 10 tragen die Probe 6. Das Trägerrohr 8 weist noch eine Ausnehmung 11 auf, die es ermöglicht, die Probe auf die Halterungen 9 und 10 zu legen, wenn der Block 3 nach oben geschwenkt ist.

Die Probe 6 stützt sich gegen eine Vorderwand 12 des Rohres 8 und kann sich frei gegen einen Stift 13 ausdehnen. Dieser wird gegen die Kraft einer (nicht dargestellten) Feder verschoben, und seine Verlagerung wird in eine elektrische Größe umgewandelt und zwar durch einen Aufnehmer 14 bekannter Art, beispielsweise durch einen induktiven Verlagerungsaufnehmer.

Der Stift 13 ist von einem Schutzrohr 15 aus Quarz umgeben, welches es ermöglicht, der Probe 6 ein Kühlgas zuzuleiten.

Auf der Probe 6 sind zwei Thermoelemente 16 und 17 angeordnet, um in bekannter Weise die Probentemperatur 6 zu messen.

Die Fig. 3 zeigt, daß der Ofen 1 mit einer Steuereinrichtung 20 und mit einer Registriereinrichtung 21 verbunden ist. Zwischen der Steuereinrichtung 20 und der Registriereinrichtung 21 ist eine Programmiereinrichtung 22 vorgesehen. Die Regeleinrichtung 20 wirkt auf den Of en 1 durch einen elektrischen Leiter 23 ein, welcher die Quellen 7a, 7t> und 7c speist, weiterhin über eine Leitung 24 für ein Kühlgas wie Luft, Stickstoff oder Wasserstoff.

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Die Temperatur der Probe 6 wird durcJi die Thermoelemente 16 und 17 in ein elektrisches Signal umgewandelt, welches über einen Leiter 26 der Eegistriereinrichtung 21 zugeführt wird und in gleicher Weise über einen Leiter 25 der Regeleinrichtung 20. Die Ausdehnung der Probe 6 wird in gleicher Weise durch den Aufnehmer 14 in ein elektrisches Signal umgewandelt, welches über einen Leiter 27 der Registiereinrichtung 21 zugeführt wird. Die Programmiereinrichtung 22 ist über ein Kabel 28 mit der Regeleinrichtung 20 verbunden.

Die Arbeitsweise des dargestellten Dilatometers ist folgende: Eine Probe 6, welche mit zwei Thermoelementen 16 und 17 ausgestattet ist, wird auf den Halterungen 9 und 10 angebracht.

Die Programmiereinrichtung 22 , welche bekannter Art ist, wirkt auf die Regeleinrichtung 20 nach einem gewählten Programm ein, um die Probe 6 im Ofen 1 aufzuheizen oder abzukühlen. Es ist offensichtlich, daß die Heizung erfolgt, indem die Quellen 7 mit elektrischem Strom versorgt werden und zwar über einen Leiter, und daß die Kühlung erfolgt, indem man einen Gasstrahl einströmen läßt, beispielsweise Luft, und zwar durch die Leitung 24 in den Raum zwischen dem Schutzrohr 15 und dem Rohr 8. Während des Aufheizens und des Kühlens der Probe 6 wird die in ein elektrisches Signal umgewandelte Probentemperatur ständig der Regeleinrichtung zugeführt, um erforderlichenfalls die Temperatur der Probe 6 nach den Programmdaten verändern zu können.

Die 3Pig. 4 zeigt eine gleichzeitige Aufzeichnung der Temperatur T (Kurve I) und der Ausdehnung (Kurve II) als Funktion der Zeit t. Es ist ersichtlich, daß sich die Regeleinrichtung 20 derart beeinflussen läßt, daß die Temperatur auf einem beliebigen

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gewählten Pegel konstant "bleibt. Es ist weiterhin ersichtlich, daß das Einströmen von Kühlgas einen sehr plötzlichen Temperaturabfall bewirkt, wodurch es ermöglicht wird, mit der sehr raschen Aufheizung Messungen mit sehr schnellen thermischen Zyklen auszuführen.

Um eine Differentialmegsung auszuführen, läßt sich von der Programmiereinrichtung 22 eine Spannung 29 abgreifen, welche dem programmierten Wert proportional ist. Diese Spannung 29 wird der Registiereinrichtung 21 zugeführt und der Spannung des Aufnehmers 14 entgegengesetzt.

In dem in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiel weist der Ofen drei Reflektoren 5 auf. Es ist offensichtlich, daß nur ein einziger Zylinderreflektor mit elliptischen Querschnitt vorgesehen werden kann. Die Infrarotstrahlungsquelle wäre dann in der einen Fokusachse angeordnet, während die rohrförmige Probe in der anderen 3?okusachse angeordnet wäre. Es ließen sich auch zwei Reflektoren vorsehen oder sogar vier oder noch mehrere. Die Anordnung mit drei Reflektoren ermöglicht eine sehr gleichmäßige Aufheizung der Probe, wobei zugleich eine aufwendige Konstruktion vermieden ist.

- Patentansprüche -

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Claims

Brief vom J1. 1. I973 Blatt ■; . Dipl.-Ing. O. Schlfebs an das Deutsche Pater>tan?i; Patentanwalt Pat entansprüche

1. \Dilatometer zur Messung der Wärmeausdehnung einer Probe ' mit einer Einrichtung zur Heizung und einer Einrichtung zur Kühlung der Probe und mit einer Einrichtung zur Messung und zur Registrierung der Ausdehnung der Probe als Funktion der Temperatur, dadurch gek ennz e Lehnet, daß die Heizeinrichtung aus einem einzigen Ofen (1) besteht, welcher wenigstens einen Zylinderreflektor (5a» 5b, 5c) mit elliptischem Querschnitt aufweist und eine Infrarotstrahlungsquelle (7a, 7b, 7c), welche in einer Fokusachse (f_2a, f^k* £₂c^ ^{des Eeflek-fco:rs} C5a, 5b, 5c) angeordnet ist, daß die Probe (6) in der anderen Brennachse (f,,) des Eeflektors (5a, 5b, 5c) angeordnet ist, daß eine Regeleinrichtung (20) vorgesehen ist, welche zur Betätigung der Heiz- und der Kühleinrichtung dient, daß die Regeleinrichtung (20) zugleich durch ein vorgebbares Programm und durch die Temperatur der Probe (6) ansteuerbar ist und daß eine Schnellkühleinrichtung vorgesehen ist.

2. Dilatometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei Zylinderreflektoren (5a, 5b, 5c) mit elliptischem Querschnitt symmetrisch in Winkeln von 120° um eine den drei Reflektoren gemeinsame Brennachse (f^) angeordnet sind, daß in dieser gemeinsamen Achse die Probe (6) angeordnet ist und daß eine Infrarotstrahlungsquelle (7a, 7b, 7c) in jeder der anderen Fokusachsen (f_2a' ^f2b» ^f2c^ der drei Reflektoren (5a, 5b, 5c) angeordnet ist.

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Brief vom 31. 1. 1973 ^Blatt S Dipl.-Ing. G. Schliebi

an das Deutsche Patentamt; Patentanwalt

3. Dilatometer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung mit einer Vorrichtung ausgestattet ist, welche dazu dient, einen Gasstrahl wie einen Luftstrahl, einen Stickstoffstrahl oder einen Wasserstoffstrahl gegen die Probe (6) zu richten.

4-, Dilatometer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennz eichnet, daß die Probe (6) rohrförmig ausgebildet ist.

5. Dilatometer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn ζ ei chnet, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, welche dazu dient, der Programmiereinrichtung (22) eine Spannung (29) zu entnehmen, welche dem programmierten Wert proportional ist und daß diese Spannung einer Registriereinrichtung (21) zuführbar ist, um sie derjenigen Spannung entgegenzusetzen, welche durch einen Ausdehnungsaufnehmer (14) gemessen ist derart, daß eine Differentialmessung ermöglicht ist.

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