Claims (2)
№обретение относитс к конструкци м устройств дл измерени теш10в.го расширени твердых тел, Известны различные дилатометрические устройства в которых реализуютс абсолютные и относительные методы измерений. Известны кварцевые дилатометры, у которых измерительна чейка содержит столик дп установки образца и толкатель, которым изменение размеров образца передаетс изме гтельному датчику линейных перемещений 1 Такие далатометры, выпускаемые нашей промыишенвостью (например, УДВ-1, ДКС-900, ДКВ-1 и др.) отличает простота конструк ции, удобство в обслужзшании, достаточна точность и надежность результатов измерений. Основным недостатком этих приборов вл етс относительно низкий температурный предел исследований (1100-1400 К), так. как основные детали измерительной чейки ливают из кварца, хорошо поддающегос различным технологическим операци м и обладающего низким и стабильным значением температурного коэффициента линейного расширегат (ТКЛР), величина которого входит в расчетную формулу дл определени ,ТКЛР исслепуемого материала. Создание более высокотемпературных дилатометров подобного типа, работающих до 2000 К и выше, и особенно освоение их се{Яйного выпуска метрологически и технологически еще достаточно не обеспечено. В этом отнощении определенными преимуществами могут обладать дилатометры рычажного типа, так как в них реализуетс абсолютный метод измерени JKJIP, а изготовление основных деталей измерительной чейки не вызывает технологических трудностей. Ближайщим техническим решением к предлагаемому изобретению вл етс рычажный дилатометр 2 , измерительна чейка которого содержит основание, несущее вертикальные неподвижную опорную и поворотную измерительные щтанги. Поворотна штанга выполнена в виде двзошечего рычага, взаимодействующего с подвижны:, элементом датчика линейных перемещений. Исследуемый образец устанавливают между измерительными цггангами. Д1Я чего на. опорной штанге предусмотрена спедаальна кронштейно закрепленна площадка , а дл обеспечени посто нного поджима образца к измерительным штангам поворотна штанга снабжена регулируемой пружиной. Температурный предел измерений до 1400° К. Эта конструкци обладает р дом недостатков снижающих точность измерений. Снижение точности происходит прежде всего вследствие деформации измерительных штанг под деистВием пружины, за счет которой в измерени вноситс ошибка, измен юща с при изменении температуры штанг. Также нестационарные ошибки внос тс в измерени за счет расширени и удлинени измерительных штанг Еще большее вли ние на точность измерений будут оказывать указанные источники ошибок при работе в области более высоких (свыше 1400° К) температур, так как в этом случае измерительные штанги следует изготавливать из тугоплавких материалов, собственный темп ратурный коэффициент линейного расширени которых может быть достаточно большим, а определен с недостаточной точностью. Целью изобретени вл етс повышение точности измерений, в том числе в услови х высоких температур. Целы достигаетс тем, что предлагаемый рычажный дилатометр снабжен установленной на основании измерительной чейки, и св занной с датчиком линейных перемещений подвижной кареткой, в которой жестко закреплена опорна штанга, верхнему рабочему концу которой придана форма ребра призмы, и индикатором нулевого положени нижнего конца йоворотной штанги, верхнему рабочему концу которой придана форма конуса. На фиг. 1 показана измерительна чейка и нагревательное устройство предлагаемого дилатометра; на фиг. 2 - то же, разрез А-А фиг. 1, Измерительна чейка содержит охлаждаемое основание 1, в котором выполнены отверсти дл прохождени вертикально расположенных измерительных штанг 2 и 3. На основании 1 в опорах скольжени 4 (см. фиг. 2) закрепл на подвижна каретка 5, в которой жестко закреплена опорна измерительна штанга 2. Подвижна каретка 5 кварцевым толкателем 6 св Жна (Г ПоД) элементом датчика линейных перемещений 7, например индуктивным преобразователем, который закреплен на основании 1. Пружина 8 обеспечивает пбст нное поджатие каретки 5 к микровинту 9. Поворотна измерительна - штанга 3 своей осью 10 закреплена в опорах вращени 11 на основании 1, на котором установлена также.. стойка 12 (см. фиг, 1), срдержаща индика4 тор 13 нулевого положени нижнего конца поворотной штанги 3, соответствующего ее вертикальному положению. В качестве такого индикатора может быть использован ц например , дифференциальный емкостный или индуктивный датчик перемещений. Измерительные штанги могут: быть выполнены, например, из стержней искусственного корунда диаметром 5-7 мм. Верхнему концу одной из штанг придана форма ;призмы, ребро которой направлено перпендикул рно плоскости, проход щей через геометрические оси измерительных штанг, а второй - форма конуса. Ребропризмы и вершина конуса образуют опоры дл установки исследуемого образца. Дилатометр работает следуютцим образом. Исследуемый образец должен содержать дат бы одну плоскую опорную поверхность шириной 6-10 мм, на которой. нанос т поперечно две параллельные канавки пр моугольного профил , шириной и глубиной, например, 1 мм, которыми образец устанавливают на опоры измерительных штанг сверху. Рассто ние между продольньгми ос ми симметрии канавок, измеренное при комнатной температуре , вл етс контролируемой длиной образца и равно например 20-25 мм., После установки исследуемого образца на опоры измерительных штанг его помещают в нагревательное устройство 14. Затем, враща микровинт 9, перемещают каретку 5 до тех пор, пока нижний конец поворотной цгганги 3 займет по отсчету индикатора 13 нулевое положение. Данное положение каретки 5 фиксируют системой показаний датчика линейных перемещений 7 и принимают за начальную точку отсчета. При изменении температуры образца на установленную величину ЛТ измен етс длина образца на соответствующую величину Д й- , что вызьгоает отклонение поворотной штанги 3 от исходного (вертикального ) положени на определённый угол, на что указьтает изменение показаний отсчетного устройству индикатора 13. Дл определени величины изменени длины образца перемещают микровинтом каретку 5 в новое положение, при котором поворотна штанга 3 снова: занимает исходное нулевое положение. При этом каретка 5 перемещаетс также на величину, равную изменению длины образца, т.е. Д и , что фиксируетс изменение показаний регистрирующей системы датчика Линейных перемещений 7. Затем температуру образца довод т до следующего требуемого значени и вновь повтор ют описанный цикл измерений, проход таким образом весь температурный диапазон , и вычисл ют по полученным данным температурные коэффициенты линейного расширени исследуемого материала в установленных интервалах. Поскольку опоры дл установки образца на шгангах практически совпадают с продольными ос ми последних, поперечное расширение штанг не оказывает вли ни на точность измерений. Отсутствие изгибающих усилий, приложенных к штангам, также повьпиает точность измерений по сравнению с прототипом . Вли ние теплового удлинени штанг, ведущее к изменению плеч рычага, не сказываетс на точности измерений, так как отсче показаний датчика линейных перемещений производитс в момент установки каретки в положение, при котором измерительные штанги параллельны. Таким образом, предложенна конструкци рьпажного дилатометра обеспечивает повышение точности, измерений теплового расшире ни , в том числе при высоких температурах (свыше 1400К), что позвол ет значительный экономический эффект от ее применени в : дилатометрах, замен ющих используемые ньт 6 серийно выпускаемые дилатометры УДВ-1, кс-900 и др.; Формулаизобретени Рычажный дилатометр, содержащий нагревате ьное устройство, основание, вертикальные опорную и поворотную штанги и датчик линейных перемещений, отличающийс тем, что, с целью повышени точности измерений, он снабжен установленной на основании и св занной с датчиком линейных перемещений подвижной кареткой, в которой жестко закреплена, однаиз штанг, верхнему рабочему концу которой придана форма ребра призмы, и индикатором нулевого положени {«жнего конца поворотной штанги, верхнему . рабочему которой придана форма конуса. Источники информации, прин тые во.внимание при экспертизе / 1. Техническое описание дилатометра УДЬ-1 The invention relates to the design of devices for measuring tensile expansion of solids. Various dilatometric devices are known in which absolute and relative measurement methods are implemented. Quartz dilatometers are known, in which the measuring cell contains a table of sample installation and a pusher, by which the sample size change is transmitted to the measuring sensor of linear displacements 1 Such dalatometers produced by our industry (for example, UDV-1, DKS-900, DKV-1, etc. ) is distinguished by simplicity of design, ease of maintenance, sufficient accuracy and reliability of measurement results. The main disadvantage of these devices is the relatively low temperature limit of research (1100-1400 K), so. As the main parts of the measuring cell, they are cast from quartz, which is well suited to various technological operations and has a low and stable temperature coefficient of linear expansion coefficient (TCLE), the value of which is included in the calculation formula for determining the TEC of the material under investigation. The creation of higher-temperature dilatometers of this type, operating up to 2000 K and above, and especially their mastering of the {Nuclear output, is not sufficiently metrologically and technologically. In this regard, lever-type dilatometers may have certain advantages, since they use the absolute JKJIP measurement method, and the manufacture of the main parts of the measuring cell does not cause technological difficulties. The closest technical solution to the present invention is a lever dilatometer 2, the measuring cell of which contains a base carrying vertical fixed support and rotary measuring bars. Swivel rod is made in the form of a two-lever lever that interacts with movable :, element of the sensor linear movement. The sample is set between the measuring chgangs. For what. The support rod is provided with a spedal bracket fixed platform, and to ensure constant pressing of the sample to the measuring rods, the swivel rod is equipped with an adjustable spring. The temperature limit of measurements is up to 1400 ° K. This design has a number of drawbacks that reduce the accuracy of measurements. The decrease in accuracy occurs primarily due to the deformation of the measuring rods under the spring deformation, due to which an error is introduced in the measurements, which varies with the temperature of the rods. Non-stationary errors are also made in measurements due to expansion and extension of the measuring rods. Even greater influence on the measurement accuracy will be indicated by these sources of error when working in the region of higher (above 1400 ° K) temperatures, since in this case the measuring rods should be made of refractory materials whose linear linear expansion coefficient can be quite large and determined with insufficient accuracy. The aim of the invention is to improve the measurement accuracy, including under high temperature conditions. The purpose is achieved by the fact that the proposed lever dilatometer is equipped with a movable carriage mounted on the basis of the measuring cell and connected to the linear displacement sensor, in which the support bar is rigidly fixed, the upper edge of the working end is shaped like a prism edge, and an indicator of the zero position of the lower end of the rotation rod. the upper working end of which is shaped like a cone. FIG. 1 shows the measuring cell and the heating device of the proposed dilatometer; in fig. 2 - the same, section A-A of FIG. 1, the measuring cell contains a cooled base 1, in which holes for passing vertically arranged measuring rods 2 and 3 are made. On the basis of 1, in the slide supports 4 (see Fig. 2), it is fixed to the movable carriage 5 in which the reference measuring rod is rigidly fixed 2. A movable carriage 5 by a quartz pusher 6 is connected with an element of a linear displacement sensor 7, for example, by an inductive transducer, which is fixed on the base 1. The spring 8 provides a preload preload of the carriage 5 to the micro-screw 9. The swivel and Measuring - rod 3 with its axis 10 is attached to supports 11 at the rotation base 1 on which is also installed .. rack 12 (see Fig., 1), srderzhascha indika4 13 Torr zero position of the lower end of the rotary rod 3, corresponding to its vertical position. As such an indicator, for example, a differential capacitive or inductive displacement transducer can be used. Measuring rods can: be made, for example, from rods of artificial corundum with a diameter of 5-7 mm. The upper end of one of the rods is shaped, a prism, the edge of which is perpendicular to the plane passing through the geometric axes of the rods, and the second is the shape of a cone. Rebroprisms and the top of the cone form supports for the installation of the sample under study. Dilatometer works as follows. The test sample should contain a single flat bearing surface with a width of 6-10 mm, on which. transversely two parallel grooves of a rectangular profile are applied transversely, with a width and depth of, for example, 1 mm, with which the sample is mounted on the supports of the measuring rods from above. The distance between the longitudinal axes of symmetry of the grooves, measured at room temperature, is a controlled length of the sample and is, for example, 20-25 mm. After installing the sample under test onto the supports of the measuring rods, it is placed in the heating device 14. Then, rotating the microscrew 9, move the carriage 5 until the lower end of the rotary chgang 3 takes the zero position from the reading of the indicator 13. This position of the carriage 5 is fixed by the system readings of the sensor linear displacement 7 and take for the starting point of reference. When the sample temperature changes by the set LT value, the sample length changes by the corresponding value D Y-, which causes the rotation bar 3 to deviate from the initial (vertical) position by a certain angle, which is indicated by a change in the readings of the indicator reading device 13. For determining the length change value the sample is moved by the microscrew the carriage 5 to a new position, in which the rotation bar 3 is again: it occupies the initial zero position. The carriage 5 is also moved by an amount equal to the change in the length of the sample, i.e. D and that the change in the readings of the recording system of the linear displacement sensor 7 is recorded. Then the temperature of the sample is adjusted to the next desired value and the described measurement cycle is repeated again, thus the whole temperature range is passed and the temperature coefficients of linear expansion of the material under investigation are calculated from the data obtained. at set intervals. Since the supports for mounting the sample on the rods almost coincide with the longitudinal axes of the latter, the lateral expansion of the rods does not affect the measurement accuracy. The absence of bending forces applied to the rods also increases the accuracy of the measurements compared to the prototype. The effect of thermal extension of the rods, which leads to a change in the arms of the lever, does not affect the measurement accuracy, since the linear displacement sensor reads out when the carriage is set to a position where the measuring rods are parallel. Thus, the proposed design of the dilatometer provides an increase in accuracy, measurements of thermal expansion, including at high temperatures (above 1400K), which allows a significant economic effect from its use in: dilatometers replacing the used nl 6 commercially available dilatometers UDV- 1, ks-900 and others; Formula of the invention A lever dilatometer containing a heating device, a base, vertical support and pivot rods and a linear displacement sensor, characterized in that, in order to improve measurement accuracy, it is equipped with a movable carriage mounted on the base and connected to a linear displacement sensor, in which fixed, one of the rods, the upper working end of which is shaped like a prism edge, and an indicator of the zero position of the rotary rod, the upper one. a worker whose shape is cone. Sources of information taken into account in the examination / 1. Technical description of the dilatometer UDB-1
2. Проспект Самопишущий дифференциальный термоанл затор системы Ыимадзу, Приспособление дл измерени теплового расширени модели Д-2В, с. 16, рис. 21 (прототип).2. Prospectus. The self-recording differential thermoannel of the Yimazu system, Device for measuring thermal expansion of the model D-2B, p. 16, fig. 21 (prototype).