RU2071241C1

RU2071241C1 - Differential volumetric dilatometer

Info

Publication number: RU2071241C1
Application number: RU94038645A
Authority: RU
Inventors: А.Д. Дикун; В.Я. Фишман; М.А. Суханов; И.Н. Нагорняк
Original assignee: Дикун Алла Давыдовна
Priority date: 1994-11-04
Filing date: 1994-11-04
Publication date: 1997-01-10

Abstract

FIELD: instrumentation engineering. SUBSTANCE: case of differential volumetric dilatometer houses two closed chambers for sample and standard, each being filled with working fluid and fitted with bellows and meter of translation converter. Each chamber of converter is equipped with its meter of translation converter and is filled with kerosine. Axes of instrumentation bellows are arranged in parallel and meters are rigidly joined via threaded bushings with working ends of bellows. Meters of translation converter are manufactured in the form of block and are enclosed in container. Outer diameters of bellows, bushing and thread pitch are coupled by relation (1-12):(1-2):(0.1-0.5). EFFECT: enhanced functional reliability. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для измерения объемных измерений материалов, преимущественно биологического происхождения и может быть использовано при биологических исследованиях. The invention relates to devices for measuring volumetric measurements of materials, mainly of biological origin and can be used in biological research.

Известен объемный дилатометр, содержащий ячейку с рабочей жидкостью для исследуемого образца, соединенную с сильфоном и измеритель перемещения сильфона, который дополнительно содержит ячейку для эталона с рабочей жидкостью, соединенную со вторым сильфоном, центрирующие шарики, соединенные с противоположными торцами сильфонов и помещенные в направляющие втулки, нижние концы которых жестко соединены с ячейками, а верхние с механизмами нагружения сильфонов, при этом, центрирующие шарики расположены с возможностью упора в неподвижно закрепленные на корпусе дилатометра штоки. Known volume dilatometer containing a cell with a working fluid for the test sample, connected to a bellows and a bellows displacement meter, which further comprises a cell for a standard with a working fluid, connected to a second bellows, centering balls connected to the opposite ends of the bellows and placed in the guide bushings, the lower ends of which are rigidly connected to the cells, and the upper ends with the loading mechanisms of the bellows, while the centering balls are located with the possibility of abutment rods replicated on the dilatometer case.

Основным недостатком этой конструкции является то, что она создана в виде уникальной лабораторной установки, имеющей малую эффективность работы при низких температурах из-за наличия в конструкции механотропных и емкостных датчиков, которые не работают при низких температурах, а также сложность конструкции и ее высокая стоимость. The main disadvantage of this design is that it was created in the form of a unique laboratory setup that has low efficiency at low temperatures due to the presence of mechanotropic and capacitive sensors in the design that do not work at low temperatures, as well as the complexity of the design and its high cost.

Известен также объемный дилатометр, содержащий две ячейки для образцов, заполненные дилатометрической жидкостью, каждая из которых соединена трубкой с датчиком перемещений, при этом, он дополнительно снабжен тремя парами сильфонов, причем полость каждого сильфона первой пары соединена с одной стороны с полостью трубки, а с другой с мембраной датчика перемещения, полости второй пары сильфонов посредством каналов соединены параллельно соответственно с полостями первой пары сильфонов и последовательно соответственно с третьей пары, при этом каждый сильфон второй и третьей пар снабжен фиксатором. Also known is a volumetric dilatometer containing two sample cells filled with dilatometric liquid, each of which is connected by a tube to a displacement sensor, while it is additionally equipped with three pairs of bellows, the cavity of each bellows of the first pair being connected on one side to the tube cavity, and with another with the membrane of the displacement sensor, the cavities of the second pair of bellows through channels are connected in parallel respectively with the cavities of the first pair of bellows and sequentially respectively from the third pair, with each bellows of the second and third pairs is provided with a latch.

Кроме того, в качестве рабочей жидкости использованы две несмешивающиеся жидкости с разным удельным весом. In addition, two immiscible liquids with different specific gravities were used as the working fluid.

Основным недостатком этой конструкции является ее сложность и недостаточная точность измерений, получаемая на ней. The main disadvantage of this design is its complexity and insufficient measurement accuracy obtained on it.

Наиболее близким к заявляемому является дифференциальный объемный дилатометр, содержащий две камеры для образца и эталона и измерительный преобразователь перемещения, каждая камера снабжена двумя сильфонами - компенсационным и измерительным, причем, оси компенсационных сильфонов параллельны, их концевые подвижные элементы соединены между собой с возможностью синхронного возвратно-поступательного движения, а измерительный преобразователь перемещения соединен с концевым подвижным элементом одного из измерительных сильфонов, причем, измерительные сильфоны расположены соосно, а их концевые подвижные элементы обращены навстречу друг другу и жестко связаны между собой. Closest to the claimed one is a differential volumetric dilatometer containing two chambers for a sample and a reference and a displacement transducer, each chamber is equipped with two bellows - compensation and measuring, moreover, the axes of the compensation bellows are parallel, their end movable elements are interconnected with the possibility of synchronous reciprocating translational motion, and the measuring transducer displacement is connected to the end movable element of one of the measuring bellows, , Measuring bellows arranged coaxially, and their end movable elements face each other and are rigidly interconnected.

Основным недостатком этой конструкции является ее сложность и невозможность осуществления тонкой исходной регулировки, что не позволяет обеспечить сохранение высокой точности измерения в течении длительного времени, т.е. имеется дрейф нуля, т.е. указанный дилатометр не позволяет получить достаточную надежность работы при всевозможных измерениях, причем, измерениях в широком температурном диапазоне и длительном временном интервале проведения измерений. The main disadvantage of this design is its complexity and the inability to make fine initial adjustment, which does not allow maintaining high measurement accuracy for a long time, i.e. there is a zero drift, i.e. the specified dilatometer does not allow to obtain sufficient reliability during various measurements, moreover, measurements in a wide temperature range and a long time interval for measurements.

Задачей, положенной в основу создания изобретения, является повышение надежности и сохранение высокой точности измерения в течении длительного времени. The task underlying the creation of the invention is to increase reliability and maintain high measurement accuracy for a long time.

Поставленная задача решается дифференциальным объемным дилатометром, содержащим в корпусе две замкнутые камеры для образца и эталона каждая из которых заполнена рабочей жидкостью и оборудована измерительным сильфоном и измерителем перемещения, в котором каждая камера оборудована измерителем преобразователя перемещения и заполнена керосином, причем оси измерительных сильфонов расположены параллельно друг другу и измерители преобразователей перемещения жестко соединены с рабочими концами сильфонов, а измерители преобразователя перемещения выполнены в виде отдельного блока, заключены в контейнер и соединены с сильфонами через резьбовые переходные втулки, при этом наружные диаметры сильфона, втулки и шаг резьбы имеют соотношение (10-12): (1-2):(0,1-1,5) соответственно. The problem is solved by a differential volumetric dilatometer, containing two closed chambers for sample and standard in the housing, each of which is filled with a working fluid and equipped with a measuring bellows and a displacement meter, in which each camera is equipped with a displacement transducer and filled with kerosene, and the axes of the measuring bellows are parallel to each other friend and measuring transducers of displacement are rigidly connected to the working ends of the bellows, and measuring transducers p movements are made in the form of a separate block, enclosed in a container and connected to bellows through threaded adapter sleeves, while the outer diameters of the bellows, bushings and thread pitch have the ratio (10-12): (1-2): (0,1-1, 5) respectively.

При этом в качестве эталона в дилатометре используют алюминий и медь. At the same time, aluminum and copper are used as a reference in the dilatometer.

Особенность предлагаемой конструкции технический результат, получаемый при использовании дифференциального объемного дилатометра состоит в том, что каждая замкнутая камера оборудована одним измерительным сильфоном и одним преобразователем перемещения, а также заполнена рабочей жидкостью, в качестве которой используется керосин. A feature of the proposed design, the technical result obtained by using a differential volumetric dilatometer is that each closed chamber is equipped with one measuring bellows and one displacement transducer, and is also filled with a working fluid, which is used as kerosene.

Подобная компоновка сильфонов и измерителей преобразователей перемещения обеспечивает возможность простой и эффективной настройки каждой камеры, снабженной сильфоном и измерителем преобразователя перемещения, которая осуществляется путем первоначальной установки датчика перемещения на требуемую рабочую точку. В результате этого получаем возможность осуществить точное вычитание измерительных сигналов, поступающих с датчиков двух камер, и тем самым повысить точность измерения, обеспечивая ее на уровне 10-5, что для промышленного использования является очень высоким показателем. Кроме того, предлагаемое устройство эффективно может быть использовано в широком интервале плюсовых и минусовых температур. A similar arrangement of bellows and displacement transducer meters provides the ability to easily and efficiently configure each camera equipped with a bellows and displacement transducer meter, which is done by first setting the displacement transducer to the desired operating point. As a result of this, we get the opportunity to accurately subtract the measuring signals from the sensors of two cameras, and thereby increase the accuracy of the measurement, providing it at a level of 10-5, which is very high for industrial use. In addition, the proposed device can be effectively used in a wide range of plus and minus temperatures.

Использование в качестве рабочей жидкости керосина, который является инертом, не взаимодействующим с рабочими образцами и не меняющего своих свойств, в частности вязкости во всем рабочем интервале температур, позволяет обеспечить высокую степень измерения и надежность работы аппаратуры. Принципиальное значение имеет подсоединение измерительных сильфонов друг к другу. The use of kerosene as a working fluid, which is inert, not interacting with working samples and not changing its properties, in particular viscosity in the entire working temperature range, allows to provide a high degree of measurement and reliability of the equipment. Of fundamental importance is the connection of the measuring bellows to each other.

Согласно изобретению оси измерительных сильфонов расположены вертикально и параллельно друг другу. According to the invention, the axes of the measuring bellows are arranged vertically and parallel to each other.

Измерители преобразователей перемещения жестко соединены с рабочими концами сильфонов через резьбовые переходные втулки. Втулки изготовлены из алюминия или его сплавов с шагом резьбы 0,5 мм. Это жесткое соединение позволяет максимально повысить надежность конструкции за счет устранения боковых колебаний сердечников датчиков. При этом для обеспечения надежности конструкции и точности измерений было экспериментально установлено, что наружные диаметры сильфона, втулки и шаг резьбы должны иметь соотношение размеров (10-12):(1-2):(0,1-1,5) соответственно. Displacement transducer meters are rigidly connected to the working ends of the bellows through threaded adapter sleeves. The bushings are made of aluminum or its alloys with a thread pitch of 0.5 mm. This rigid connection allows you to maximize the reliability of the design by eliminating lateral vibrations of the sensor cores. At the same time, to ensure the reliability of the design and the accuracy of the measurements, it was experimentally established that the outer diameters of the bellows, the bushings and the thread pitch should have a size ratio of (10-12) :( 1-2) :( 0.1-1.5), respectively.

Измерители преобразователей перемещения, согласно настоящему изобретению, выполнены в виде отдельного блока и заключены в контейнер, изготовленный из алюминия или его сплавов. Такая компоновка позволяет осуществлять предварительную одноразовую регулировку измерителей перемещения с точностью до 100 мкм и после установки контейнера в дилатометр и закрепления его над камерами дальнейшей регулировки не требуется и сохраняется высокая точность измерения в течение более 1 года. Displacement transducers according to the present invention are made in the form of a separate unit and are enclosed in a container made of aluminum or its alloys. Such an arrangement allows preliminary one-time adjustment of displacement meters with an accuracy of 100 μm, and after installing the container in the dilatometer and fixing it above the cameras, no further adjustment is required and high measurement accuracy is maintained for more than 1 year.

В качестве материала эталона в предлагаемом дилатометре используют алюминий или медь. Эти металлы обладают свойствами стабильными свойствами, в частности коэффициентом температурного расширения и обеспечивают эффективную работу устройства во всем диапазоне рабочих температур. As the reference material in the proposed dilatometer use aluminum or copper. These metals possess stable properties, in particular, thermal expansion coefficient and ensure the effective operation of the device in the entire range of operating temperatures.

Принципиальная блок-схема дифференциального объемного дилатометра представлена на чертеже. A schematic block diagram of a differential volumetric dilatometer is shown in the drawing.

Дилатометр состоит из корпуса 1, измерительной камеры 2 с исследуемым образцом 3 и опорной камеры 4 с исследуемым образцом 5. Камеры 2 и 4 смонтированы на общем основании 6 и снабжены крышками 7 и 8 и заливочными кранами 9 и 10. Камера 3 снабжена измерительным сильфоном 11 и измерителем преобразователя перемещения 12, изготовленным в виде линейного дифференциального трансформатора. Камера 4 также оборудована измерительным сильфоном 13 и измерителем преобразователя перемещения 14, аналогично выполненным в виде линейного дифференциального трансформатора. Сильфоны 11 и 13 расположены параллельно друг другу. Рабочий конец сильфона 11 жестко, через переходную втулку 15, с резьбой 16 соединен с преобразователем перемещения 12. Аналогично рабочий конец сильфона 13 жестко, через переходную втулку 17, с резьбой 18, соединен с преобразователем перемещения 14. Преобразователи перемещения 12 и 14 заключены в контейнер 19. The dilatometer consists of a housing 1, a measuring chamber 2 with a test sample 3 and a support chamber 4 with a test sample 5. Chambers 2 and 4 are mounted on a common base 6 and are equipped with covers 7 and 8 and filling valves 9 and 10. Chamber 3 is equipped with a measuring bellows 11 and measuring transducer 12, made in the form of a linear differential transformer. The chamber 4 is also equipped with a measuring bellows 13 and a measuring transducer 14, similarly made in the form of a linear differential transformer. The bellows 11 and 13 are parallel to each other. The working end of the bellows 11 is rigidly connected to the displacement transducer 12 through the adapter sleeve 15 with the thread 16. Similarly, the working end of the bellows 13 is connected to the displacement converter 14 through the adapter 17, threaded 18. The transducers 12 and 14 are enclosed in a container 19.

Дифференциальный объемный дилатометр работает следующим образом. В измерительную камеру 2 и опорную камеру 4 помещают образец исследуемого материала 5 и медный или алюминиевый эталон 3 того же объема и заливают в камеры через заливочные краны 9 и 10 рабочую жидкость-керосин. Краны 9 и 10 перекрывают. Предварительно контейнер 19 с датчиками перемещения 12 и 14 через резьбовые втулки 15 и 17 соединяют с рабочими концами сильфонов 11 и 13 и сердечники датчиков устанавливаются в рабочую точку. Контейнер устанавливают на корпус 1. Готовый к работе прибор устанавливают в морозильную камеру и начинают процесс измерения. Процесс измерения заключается в измерении разностных объемных деформаций. Differential volume dilatometer works as follows. A sample of the test material 5 and a copper or aluminum standard 3 of the same volume are placed in the measuring chamber 2 and the reference chamber 4 and the working liquid-kerosene is poured into the chambers through the filling valves 9 and 10. Cranes 9 and 10 overlap. Previously, the container 19 with displacement sensors 12 and 14 through threaded sleeves 15 and 17 are connected to the working ends of the bellows 11 and 13 and the sensor cores are installed in the working point. The container is installed on the housing 1. Ready-to-use device is installed in the freezer and the measurement process begins. The measurement process consists in measuring differential volumetric deformations.

Относительная точность измерений в предложенной конструкции составляет 10-5. По прототипу этот показатель составляет 10-4. The relative accuracy of the measurements in the proposed design is 10-5. According to the prototype, this figure is 10-4.

Предлагаемая конструкция дифференциального объемного дилатометра обеспечивает высокую надежность работы и высокую точность измерений в течение не менее 1 года. The proposed design of a differential volumetric dilatometer provides high reliability and high measurement accuracy for at least 1 year.

Данные по надежности работы дилатометра представлены в таблице. Data on the reliability of the dilatometer are presented in the table.

Из таблицы следует, что использование заявленного дилатометра позволяет обеспечить следующие преимущества: простоту конструкции, высокую надежность в работе, высокую точность измерений в течение не менее 6 месяцев без дополнительной регулировки, возможность эффективной работы устройства в широком диапазоне температур. From the table it follows that the use of the claimed dilatometer allows you to provide the following advantages: simplicity of design, high reliability, high measurement accuracy for at least 6 months without additional adjustment, the ability to efficiently operate the device in a wide temperature range.

Claims

1. A differential volume dilatometer containing two closed chambers for the sample and standard in the housing, each of which is filled with a working fluid and equipped with a measuring bellows, and also containing a displacement transducer, characterized in that each chamber is equipped with a displacement transducer and filled with kerosene, this axis of the measuring bellows are arranged vertically and parallel to each other, the meters are rigidly connected through threaded adapter sleeves with the working ends of the bellows s, and the displacement transducer meters are made in the form of a block and enclosed in a container, while the outer diameters of the bellows, the bushings, and the thread pitch have the ratios (10 12) (1 2) (0.1 0.5), respectively.

2. The dilatometer according to claim 1, characterized in that copper or aluminum is used as the standard material.