SU729493A1 - Пол ризационно-оптический микродилатометр - Google Patents

Description

I

Изобретение относитс  к измерительной технике, а именно к устройству приборов, измер ющих тепловое расширение твердых материалов при использовании малогабаритнь|х образцов, и может быть применено как при материаловедческих исследовани х, так и в производственной практике дшл контрол  коэффициентов теплового расишрени  (КТР) поставл емых материалов.

Известны приборы, предназначенные дл  измерени  КТР твердых материалов, принцип которых, основан на использовании по.п ризационно-оптического метода исследовани  напр  жений.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  пол ризационно-оптический дапатометр, содержащий источник пол ризованного света, нагревательную камеру и компенсатор .

Принщт работы пол ризационно-оптического дилатометра заключаетс  в измерении двойного лучепреломлени  в зависимости от температуры в спае стекла с другим материалом простой формы (плоский двойной спай, бусинковый спай, спай типа сандвич и т.д.). Зна  КТР одного з компонентов спа , по измеренным значени м двойного лучепреломлени  в нем, с помощью сравнительно простых формул вычисл ют КТР второго компонента спа .

Несмотр  на простоту и высокую точность пол риза11л5; шо-оптические дилатометры не нащли широкого распространени , так как образцы дл  измерени  КТР должны быть выполнены в виде спа  двух материалов, причем один из них должен быть прозрачиым стеклом, и, кроме того, КТР одного из компонентов спа  должен быть точно известен. Стекло образует надежные спаи с очень ограниченным числом ма ., териалов с близкими к нему значени ми КТР, но даже в этом случае. технологи  получени  спа  св зана с определенными трудност ми. Каждое стекло из специальной группы стекол, предназначенных дл : спаивани  с другими ма20 териалами (так ) азьшаемые ;электровакуумные стекла), может быть спа но только с одним типом материала (как правило металлом определенной марки). Вследствие этих ограничений пол ризационно-оптический метод определени 

КТР материалов используетс  только при входном контроле поставл емых на электровакуумные заводы стекол и металлов, предназначенных дл  спаивани  друг с другом. Ограничени  на применение этого метода дл  измерени  абсолютных значений КТР накладываетс  также из-за того, что при изготовлении спа  необхоДИМ нагрев обоих его компонентов до сравнительно высоких температур (800-1200°С). При этом КТР опорного компонента спа  (компонента с известным КТР) может изменитьс  на неопределенную величину (например, в резуль тате процессов стабилизации дл  стекла, либо в результате фазовых превращений дл  других материалов).

Дл  обеспечени  универсальности пол ризационно-оптическим измерени м КТР твердых материалов при сохранности точности, характерной дл  этого метода, и уменьшени  габаритов измер емых образцов, в схему пол ризационнооптического дилатометра введен дополнительньш элемент - преобразователь деформаций, изго . товленный из оптически активного материала, например кварцевого стекла, обхватывающий образец в направлении контролируемого изменени .

На фиг. 1 дана при1щипиальна  блок-схема предлагаемого устройства на фиг. 2 изображен измерительный узел с образцом.

Предлагаемый пол ризационно- оптиче ский микродилатометр состоит из четырех основных узлов (см. фиг. 1): источника 1 пол ризованного света, нагревательной камеры 2, измерительного узла 3 и компенсатора 4.

Измерительный узел 3 выполнен в виде тела, обхватьшающего образец в направлении контролируемого изменени  (в виде гкобы, разрезного кольца и т.д.). Он может быть изготовлен из любого оптически-активного материала , например стекла (в частности кварцевого ).

Образец .5 из исследуемого материала, выполненный в виде плоско-параллельной пластины , вставл ют в прорезь узла 3 с некоторым нат гом. При этом в перемычке х)бхватывакнцего тела возникают напр же1ш  изгиба, вызывающие двойное лз гепреломление, которое з точках, указанных на чертеже фиг. 2, легко измер етс  с помощью компенсатора. Величина двойного лучепреломлени  в перемычке  вл етс  функцией ширины прорези.

Узел 3 с образцом 5 помещают в нагревательную камеру прибора так, чтобы ось перемычки с плоскостью пол ризации света составл ла угол в 45°. При нагреве вследствие разницы КТР материалов узла 3 и образца 5 в перемычке узла 3 мен етс  величина двойного лучепреломлени  од следующему .закону: Д КаДТ.

где ДФ - измерение величины двойного лучепреломлени  а перемычке; ДТ - измерение температуры; а - искомый КТР материала образца 5; К - коэффициент пропорциональности.

Коэффициент пропорциональности К определ етс  индивидуально дл  каждого обхватьшающего узла 3 в опытах по измерению материала с известным КТР, например монокристалла

лейкосапфира, вырезанного перпендикул рно или параллельно к оптической оси.

Измер   двойное лучепреломление в перемычке узла 3 в зависимости от температуры, по приведенной выще формуле легко определ ют КТР исследуемого материала, т.е. материала образца 5. Достоинством предлагаемого устройства нар ду с простотой и высокой точностью  вл етс  возможность проводить измереци  КТР на миниатюрных образцах вплоть до размеров 1x1x1 мм.

Возможны различные варианты осуществлени  предлагаемого устройства. Так, образец может быть изготовлен точно в размер прорези и установлен без нат га,обхватьтающее тело; может быть вьшолнен в форме кольца Одинга или упрощенного кольца Одкнга и т.д.; регистравд  деформации в обхватывающем теле может вестись другим способом, например рентгено-структурным или тензометрическим; само обхватывающее тело может быть изготовлено не из оптически активного к деформации материала, а, например, из электрически активного и т.д.

Один из возможных вариантов предлагаемого устройства реа;шзован авторами в лабораторных услови х. При анализе точности прибо ра установлено, что доверительный интервал измеренных значений КТР дл  серии из трех измерений составл ет ±0,440 К при веро тности 0,95, при этом рабоча  длина образца не превыщала 1 мм. При измерении КТР известными устройствами величина доверительного интервала обычно находитс  в пределах ±1. , 3 длина образца должна быть не менее 15 мм.

Предлагаемый микродилатометр позволит; обеспечить универсальность пол ризационнооптических дилатометрических измерений, а также уменьшить габариты измер емых образцов .

Claims (1)

1. Формула измеретени 

   Пол риэационно- оптический микродилатометр, Х)держащий источник пол ризованного света.

   57294936

   нагревательную камеру и компенсатор, о т л и- обхватывающий образец в направлении контрочающийс  тем, что, с целью увеличе-лируемого изменени , изготовленный из оптини  точности дилатометрических измерений,чески активного к деформаци м материала, нав него введен преобразователь дефоомации,пример кварцевого стекла.

   /тодЩ Шё

   /Точка просиот/гл

   Л

   Напрабмние

   т

   npotte4u8aHug