SU1161854A1

SU1161854A1 - Dilatometer

Info

Publication number: SU1161854A1
Application number: SU823491170A
Authority: SU
Inventors: Валерий Павлович Попов; Борис Михайлович Валиев; Ирина Николаевна Рыбалко
Priority date: 1982-09-15
Filing date: 1982-09-15
Publication date: 1985-06-15

Abstract

1.ДИЛАТОМЕТР, содержащий регистрирующее устройство, кварцевьй цилиндр, по центру которого помещен поршень, центрируеьйй шайбами, выполненный из кварца, и исследуемый образец, отличающийс тем, что, с целью повьпаени точности измерений, поршень вьшолнен притертым по всей своей длине, а верхние концы поршн и цилиндра снабжены резиновой манжетой. 2. Дилатометр по п.1, отличающийс тем, что резинова манжета установлена в раст нутом положении. (Л1. A DILATOMETER containing a recording device, a quartz cylinder centered on a piston, centrifugal washers made of quartz, and a test specimen, characterized in that, in order to measure the measurement accuracy, the piston is completed ground in its entire length, and the upper ends piston and cylinder fitted with a rubber cuff. 2. A dilatometer according to claim 1, wherein the rubber cuff is installed in a stretched position. (L

Description

0000

сдsd

4four

Изобретение относитс к теплофизическим исследовани м твердых тел при низких температурах и мржет быть использовано при измерении коэффициента теплового расширени (КТР) в, услови х невесомости, а также в подвижных лаборатори х (например, на исследовательских судах, подводных судах, батискафах и т.д.), .The invention relates to thermophysical studies of solids at low temperatures and may be used when measuring the coefficient of thermal expansion (CTE) under weightless conditions, as well as in mobile laboratories (for example, on research vessels, submarines, bathyscaphs, etc. .),

Известен дилатометр, содержащий кварцевую трубку с конической опорой дл исследуемого образца (цилиндр или параллелепипед по форме), на верхнюю плоскую грань которого опираетс кварцевый шток. В верхних кон цах трубки и поршн имеютс отшлифованные плоскости, где нанесены р д тонких рисок. При охлаждении или нагревании такой дилатометрической чейки риски на штоке перемещаютс относительно рисок, нанесенных на трубке, на величину удлинени испытуемого образца СОНедостатком данного устройства вл етс возможное вли ние на регист рируемые показани поперечных колебаний , возникаклцих в перпендикул рном к оси образца направлении (например , случайные толчки от кипени криогенных жидкостей).A dilatometer is known which contains a quartz tube with a conical support for the sample under investigation (a cylinder or parallelepiped in shape), on the upper flat face of which a quartz rod rests. At the upper ends of the tube and the piston, there are polished planes where a number of thin scratches are applied. When such a dilatometric cell is cooled or heated, the risks on the rod move relative to the marks on the tube, by the amount of elongation of the test specimen by the SONED of this device is the possible effect on the recorded transverse oscillations in the direction perpendicular to the sample axis (for example, random shocks from boiling cryogenic liquids).

Наиболее близок по технической сущности к изобретению дилатометр, содержащий регистрирующее устройство , кварцевьм цилиндр, по центру которого помещен поршень, центрируемьй шайбами, выполненный из кварца, и исследуемый образец 2 J.The closest in technical essence to the invention is a dilatometer containing a recording device, a quartz cylinder, in the center of which a piston is placed, was centered with washers, made of quartz, and the sample under study 2 J.

Диаметры кварцевых поршн и трубки выбраны так, что поршень может свободно без трени перемещатьс вдоль оси симметрии всей дилатометрической чейки, однако в верхнеи нижней части кварцевого поршн имеютс выступы, вьшолненные из молибденовых шайб, ограничивающих поперечные перемещени кварцевого поршй относительно исследуемого образца. Размеры образца и кварцевого поршн отличаютс на пор док, поэтому если ось симметрии дилатометрической чейки совпадает (с точностью 1-2) с вертикалью, то разность удлинений образца и кварцевой трубки однозначно передаетс регистрирующему устройству. Если отклонение от вертикали превышает на пор док (20-40°) или имеют место попере чные силы, действук цие на среднюю часть кварцевого поршн , например от кипени криогенных зкидкостей, то точность передачи удлинени образца относительно кварцевой трубки существенно снижаетс .The diameters of the quartz pistons and tubes are chosen so that the piston can freely move without friction along the symmetry axis of the entire dilatometric cell, however, in the upper lower part of the quartz piston there are protrusions made of molybdenum washers that limit the transverse displacement of the quartz piston relative to the sample under study. The dimensions of the sample and the quartz piston differ in order, so if the axis of symmetry of the dilatometric cell coincides (with an accuracy of 1-2) with the vertical, then the difference between the elongations of the sample and the quartz tube is unambiguously transmitted to the recording device. If the deviation from the vertical exceeds by an order of magnitude (20-40 °) or transverse forces occur on the middle part of the quartz piston, for example, from boiling cryogenic drops, then the accuracy of the transfer of the elongation of the sample relative to the quartz tube is significantly reduced.

Увеличение количества шайб вдоль кварцевого поршн должно лишь смещать возможную критическую частоту поперечных колебаний нагруженного поршн , создава смещение максимума интенсивности механических шумов в сторону высоких частот. Эта резонансна ситуаци реализуетс , например, при замене жидкого азота, используемого в качестве криогенной жидкости, жидким гелием, частота колебаний механических шумов (за счет кипени ) которого на стенки контейнера повышаетс и приближаетс к собственной частоте колебаний кварцевого поршн , что снижает точность измерений КТР.Increasing the number of washers along the quartz piston should only shift the possible critical frequency of transverse oscillations of the loaded piston, creating a shift in the maximum intensity of mechanical noise towards the high frequencies. This resonant situation is realized, for example, when liquid nitrogen used as a cryogenic liquid is replaced with liquid helium, the frequency of mechanical noise (due to boiling) oscillations on the walls of the container rises and approaches the natural frequency of the quartz piston, which reduces the accuracy of CTE measurements.

Кроме того, на точность измерений КТР вли ет стабильность температур кварцевой трубки и поршн с шайбами. В случае выполнени измерений КТР в вакууме возможен нежелательный градиент температур между поршнем и кварцевой трубкой, что также снижает точность определени КТР, особенно в динамическом режиме охлаждени или нагрева исследуемого образца, претерпевающего фазовый переход например , с вьщелением или поглощением тепла.In addition, the accuracy of the CTE measurements is influenced by the temperature stability of the quartz tube and the piston with washers. In the case of measurements of the CTE in vacuum, an undesirable temperature gradient between the piston and the quartz tube is possible, which also reduces the accuracy of determination of the CTE, especially in the dynamic cooling or heating mode of the sample undergoing a phase transition, for example, with heat absorption or absorption.

Когда поршень с шайбами свободно перемещаетс внутри кварцевой трубки существует также проблема герметизации дилатометрической чейки, котора в прототипном устройстве решаетс с помощью дополнительного иглообразного штока с минимальным КТР и системой фланцевых уплотнений. Введение дополнительного штока дл передачи удлинени от кварцевого поршн регистрирующему прибору создает дополнительный.источник погрешности определени КТ-Р.When the piston with washers moves freely inside the quartz tube, there is also the problem of sealing the dilatometric cell, which in the prototype device is solved with the help of an additional needle-like rod with minimal CTE and a system of flange seals. The introduction of an additional rod for transmitting the extension from the quartz piston to the registering device creates an additional source of error in determining the CT-P.

Цель изобретени - повьш1ение точг ности измерений.The purpose of the invention is to improve the measurement accuracy.

Поставленна цель достигаетс тем, что в дилатометре, содержащем регистрируклцее устройство, кварцевый цилиндр, по центру которого помещен поршень, центрируемый шайбами, выполненный из кварца, и исследуемый образец, поршень вьшолнен притертым по всей своей длине, а верхние концы поршн и цилиндра снабжены резиновой манжетой..Дл обеспечени устойчивого соединени поршн с образцом резинова манжета установлена в раст нутом положении. Выполнение поршн притертым по всей своей длине обеспечивает повышение точности измерений за счет устранени колебаний в кварцевом цилиндре при передаче термических удлинений от образца к регистрирующему устройству, так как поршень за нимает весь объем цилиндра над обра цом. В случае измерени КТР в вакууме однородность температурного пол ди латометрической чейки достигаетс за счет контактной теплопередачи притертых поверхностей цилиндра и поршн , что уменьшает собственньй ход дилатометра и повьш1ает точность измерений. . Резинова манжета в процессе измерений находитс .в раст нутом состо нии , действу с посто нной (регу лируемой) силой через поршень на образец, которьш не може колебатьс в таком подн том состо нии при сдви Товых внешних толчках,например при кипении криогенных жидкостей,служащих передающей средой, или в состо ник невесомости. Непосредственное соединение порш н с регистрирующим устройством, ис ключающее промежуточные зьень в от личие от аналогов и прототипа, такж повьш1ает точность измерений. На чертеже приведена структурна схема предлагаемого дилатометра. Дилатометр включает регистрирующее устройство 1, кварцевьй цилиндр 2, поршень 3, исследуемьм образец 4 резиновую манжету 5. Образец 4 опираетс на дно кварцевого цилиндра 2 и поджимаетс поршнем 3, притертым по всей своей длине к внутренней поверхности цилиндра 2. Поршень 3 выполнен с конической нижней частью. На торцах образца 4 вьшолнены конические выступы дл устойчивого соединени с поршнем 3. Верхние концы цилиндра 2 и поршн 3 снабжены резиновой манжетой 5. Регистрирукицее устройство 1 соединено непосредственно с поршнем 3 и находитс вне зоны нагрева или охлаждени . В качестве регистрирующего устройства 1 в конкретном примере реализации выбран оптикатор, головка которого непосредственно соединена с поршнем 3. Устройство работает следующим образом. При изменении температуры (например , при охлаждении криогенными жидкост ми или при нагревании с помощью электрического нагревател ) удлине ние исследуемого образца передаетс с помощью притертого кварцевого поршн 3 непосредственно регистрирующему устройству 1, наход щемус при комнатной температуре. Регистрирующее устройство 1 фиксирует изменение длины образца 4. При изменении длины образца 4 резинова манжета 5 раст гиваетс , а при сжатии образца 4 указанна манжета 5 прижимает поршень 3 к исследуемому образцу 4, предотвраща его смещение относительно цилиндра 2 в услови х, например, невесомости или в 3 емных услови х при внешних .услови х . . Предлагаема конструкци позвол ет увеличить точность дилатомет- рических измерений за счет исключени погрешностей, возникающих при вибраци х, и за счет более строго обеспечени однородного распределе- , ни темпе1ратуры по различным част м илатометрической системы.The goal is achieved by the fact that in a dilatometer containing a registering device, a quartz cylinder, in the center of which is placed a piston centered by washers, made of quartz, and the sample under study, the piston is filled with ground across its length, and the upper ends of the piston and cylinder are fitted with a rubber cuff ..To ensure a stable connection of the piston with the rubber cuff specimen is set in the extended position. Making the piston ground over its entire length provides an increase in the accuracy of measurements by eliminating oscillations in the quartz cylinder during the transfer of thermal extensions from the sample to the recording device, since the piston overlaps the entire volume of the cylinder above the sample. In the case of measuring the CTE in vacuum, the uniformity of the temperature field of the dilatometric cell is achieved due to the contact heat transfer of the ground surfaces of the cylinder and piston, which reduces the proper course of the dilatometer and increases the accuracy of measurements. . In the process of measurement, the rubber cuff is in a stretched state, acting with a constant (regulated) force through the piston on the sample, which cannot oscillate in such a raised state when shifting external shocks, such as boiling cryogenic liquids serving medium, or in the state of weightlessness. Direct connection of the piston with the recording device, which excludes intermediate particles, as distinct from analogs and prototypes, also increases the accuracy of measurements. The drawing shows the structural scheme of the proposed dilatometer. The dilatometer includes a recording device 1, a quartz cylinder 2, a piston 3, test sample 4 rubber cuff 5. Sample 4 rests on the bottom of the quartz cylinder 2 and presses piston 3, ground over its entire length, to the inner surface of cylinder 2. The piston 3 is made with a conical bottom part. At the ends of sample 4, conical protrusions are made for stable connection with piston 3. The upper ends of cylinder 2 and piston 3 are equipped with a rubber cuff 5. The recording device 1 is connected directly to piston 3 and is outside the heating or cooling zone. As a recording device 1 in the specific example of implementation, an opticator is selected, the head of which is directly connected to the piston 3. The device operates as follows. When the temperature changes (for example, when cooled with cryogenic liquids or when heated using an electric heater), the elongation of the sample under study is transmitted using the ground quartz piston 3 directly to the recording device 1 located at room temperature. The recording device 1 fixes a change in the length of the sample 4. When the length of the sample 4 changes, the rubber cuff 5 expands, and when the sample 4 is compressed, the indicated cuff 5 presses the piston 3 to the sample 4, preventing it from shifting relative to the cylinder 2 under conditions such as zero gravity or in 3 dim conditions under external conditions. . The proposed design makes it possible to increase the accuracy of dilatometric measurements by eliminating errors arising from vibrations and by more strictly ensuring uniform distribution of temperature on different parts of the illatometric system.

Claims

1.DILATOMETER, containing a recording device, a quartz cylinder, in the center of which is placed a piston centered by washers made of quartz, and an investigated sample, characterized in that, in order to increase the accuracy of measurements, the piston is ground throughout and its upper ends the piston and cylinder are equipped with a * rubber sleeve.

2. The dilatometer according to claim 1, characterized in that the rubber cuff is installed in a stretched position.

(/)>