SU960604A1 - Устройство дл определени коэффициента теплового расширени твердых тел - Google Patents

Description

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для особо точного определения коэффициента теплового расширения твердых тел.

Известен дилатометр, содержащий ⁵ столик с трубкой, в которую помещены измеряемый образец и образец сравнивания, два штока, опирающиеся на образцы, блок регистрации перемещения ₁₀ штоков и датчик температуры £lj.

Недостатки этого устройства заключаются в недостаточной точности измерения из-за существующих механических соединений для перемещения штоков при тепловом расширении измеряемого образца и образца сравнивания.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является дилатометр , содержащий держатель образ- 20 ца и подключенную к регистрирующему устройству измерительную емкость, один из электродов которой связан с . образцом, а другой неподвижен £ 2].

Недостатком известного устройства является механический контакт измеряемого образца со штоком, - на котором укреплен один из электродов измерительной емкости, что ограничивает точность устройства.

Цель изобретения - повышение точности измерения коэффициента теплового расширения твердых тел.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем держатель и регистратор размеров образца, регистратор размеров образца содержит пьезокерамический датчик, выполненный в виде пластины с сигнальным и заземленными электродами и сигнальный электрод электрически разделен на две части, а пластина прикреплена заземленным электродом к одному концу измеряемого образца, усилитель, подстраиваемый генератор электрических колебаний и блок измерения частоты биений, причем две части сигнального электрода соединены между собой поло

960604 4 жительной обратной связью через усилитель, выход которого подключен к одному входу блока измерения частоты биений, а на другой вход которого подключен подстраиваемый генератор элект-5 рических колебаний.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - расположение электродов на пьезокерамической пластинке; на фиг. 3 ^_ зависимость удли- to нения измеряемого образца от частоты биений.

Устройство содержит держатель 1 образца 2, к одному концу которого при7 креплена пьезокерамическая пластинка^15 (с обеспечением акустического кон- : такта), один из электродов которой разделен на две части, являющиеся cat мостоятельными электродами - электрод вибратора 4 и электрод датчи- ₂о ка 5 (фиг. 2), которые соединены меж-, ду собой через усилитель 6 положительной обратной связью. Электрод 7 с другой стороны пластинки заземлен. Устройство также содержит блок 8 измерения частоты биений, подключенный одним входом на выходе усилителя 6, и подстраиваемый генератор 9*электрических колебаний, вход которого подключен к второму входу блока 8 измере-₃₀ ния частоты биений.

Устройство работает следующим образом.

В начале подготавливается пьезокерамическая пластинка 3, для чего электрод с одной стороны пластинки 3 ³⁵ покрывается лаком, который удаляется в местах, подлежащих удалению металла. Остаются'покрытые лаком только зоны будущих электродов 4 и 5 (фиг. 2).

Электрод 7 с другой стороны плас- ⁴⁰ тинки (заземлен) весь покрывается лаком. После этого вся пластинка 3 опускается в раствор азотной кислоты. Места электрода, непокрытые лаком(растворяются. После этого лак снимается ⁴⁵ с остальных частей электродов пьезокерамической пластинки 3 и подготовленная пластинка 3 прикрепляется с обеспечением акустического контакта к одному концу измеряемого,образца 2. ⁵⁰ При закреплении на держателе 1 измеряемого образца 2 он совершает . под действием окружающей среды малые затухающие продольные колебания. Эти колебания воспринимаются электродом 55 датчика 5 и подаются на усилитель 6, на одном выходе которого подключен электрод вибратора 4 (неустойчивая система с положительной обратной связью). Фазовые соотношения подобраны так, что на электрод вибратора 4 подается сигнал с фазой сигнала от электрода датчика 5 и измеряемый образец 2 начинает совершать незатухающие продольные колебания на резонансной частоте

где с - скорость звука в исследуемом материале;

I - длина измеряемого образца с пьезокерамической пластинкой.

Эти колебания подаются на блок 8 измерения частоты биений. На другой вход блока 8 подается напряжение от подстраиваемого генератора 9 'электрических колебаний. В начальных условиях частота генератора 9 подбирается равной частоте продольных колебаний измеряемого образца 2, так чтог бы частота биений f = равня- I лась нулю. При изменении температуры меняются размеры измеряемого образца 2,.тем самым изменяется и частота продольных колебаний. Получается частота биений f = f 2. “ , пропорциональная удлинению измеряемого образца 2 (фиг. 3), частота во время измерений поддерживается постоянной. Используя прецизионные частотомеры для измерения частоты биений, можно с высокой точностью определить размеры образцов.

Предлагаемое устройство позволяет повысить точность измерения в среднем на 75%, так как его чувствительность зависит от величины употребляемых частот (f^ и f2), которые могут достигать порядка 40000 Гц. Высокая точность измерения получается из-за того, что в устройстве исключено влияние всяких механических соединений.

Claims (2)

1. - 1. Изобретение относитс  к измерительной технике и предназначено дл  особо точного определени  коэффициен та теплового расширени  твердых тел. Известен дилатометр, содержащий столик с трубкой, в которую помещены измер емый образец и образец сравнивани , два штока, опирающиес  на образцы , блок регистрации (eщeни  штоков и датчик температуры l Т. Недостатки этого устройства заклю чаютс  в недостаточной точности изме рени  из-за существующих механических соединений дл  перемещени  штоко при тепловом расширении измер емого образца и образца сравнивани . Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  ди латометр , содержащий держатель образца и подключенную к регистрирующему устройству измерительную емкость, один из электродов которой св зан с образцом, а другой неподвижен
2. 2. Недостатком известного устройства  вл етс  механический контакт измер емого образца со штоком,- на котором укреплен один из электродов измеритель ной емкости, что ограничивает точность устройства Цель изобретени  - повышение точности измерени  коэффициента теплового расширени  твердых тел. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройстве, содержащем держатель и регистратор размеров образца, регистратор размеров образца содержит пьезокерамический датчик, выполненный в виде пластины с сигнальным и заземленными электродами и сигнальный электрод электрически разделен на две части, а пластина прикреплена заземленным электродом к одному концу измер емого образца, усилитель, подстраиваемый генератор электрических колебаний и блок измерени  частоты биений ,, причем две части сигнального электрода соединены между собой положительной обратной св зью через усили тель, выход которого подключен к одному входу блока измерени  частоты биений, а на другой вход которого под ключен подстраиваемый генератор элект рических колебаний. На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - расположение электродов на пьезокерамической пластинке; на фиг. 3 - зависимость удлинени  измер емого образца от частоты биений. Устройство содер хит держатель 1 об разца 2, к одному концу которого при7 креплена пьезокерамическа  пластинка: ( с обеспечением акустического кон- . такта), один из электродов которой Ьазделен на две части,  вл ющиес  cat мосто тельными электродами - электрод вибратора k и электрод датчика 5 (фиг. 2), которые соединены между собой через усилитель 6 положительной обратной св зью. Электрод 7 с другой стороны пластинки . Устройство также содержит блок 8 измерени  частоты биений, подключенный одним входом на выходе усилител  6, и подстраива емый генератор 9 электрических колебаний, вход которого подключен к второму входу блока 8 измере ни  частоты биений. Устройство работает следующим образом . 8 начале подготавливаетс  пьезокерамическа  пластинка 3, дл  чего электрод с одной стороны пластинки 3 покрываетс  лаком, который удал етс  в местах, подлежащих удалению металла Остаютс покрытые лаком только зоны будущих электродов k и S (фиг. 2). Электрод 7 с другой стороны пластинки (заземлен) весь покрываетс  лаком . После этого вс  пластинка 3 опус каетс  в раствор азотной кислоты. Мес та электрода, непокрь1тые лаком,раствор ютс . После этого лак снимаетс  с остальных частей электродов пьезокерамической пластинки 3 и подготовленна  пластинка 3 прикрепл етс  с обеспечением акустического контакта к одному концу измер емого, образца 2 При закреплении на держателе 1 измер емого образца 2 он совершает . под действием окружающей среды малые затухающие продольные колебани . Эти колебани  воспринимаютс  электродом датчика 5 и подаютс  на усилитель 6, на одном выходе которого подключен электрод вибратора Ц (неустойчива  система с положительной обратной св зью ). Фазовые соотношени  подобраны так, что на электрод вибратора подаетс  сигнал с фазой сигнала от электрода датчика 5 и измер емый образец 2 начинает совершать незатухающие продольные колебани  на резонансной частоте /f где с - скорость звука в исследуемом материале; t - длина измер емого образца с пьезокерамической пластинкой . Эти колебани  подаютс  на блок 8 измерени  частоты биений. На другой вход блока 8 подаетс  напр жение от подстраиваемого генератора 9 -электрических колебаний. В начальных услови х частота fjj генератора 9 подбираетс  равной частоте f продольных колебаний измер емого образца 2, так чтог бы частота биений f f -f равн - t лась нулю. При изменении температуры мен ютс  размеры измер емого образца 2,.тем самым измен етс  и частота продольных колебаний. Получаетс  частота биений f fji. -t пропорциональна  удлинению измер емого образца 2 (фиг. З), частота f во врем  измерений поддерживаетс  посто нной. Использу  прецизионные частотомеры дл  измерени  частоты биений, можно с высокой точностью определить размеры образцов. Предлагаемое устройство позвол ет повысить точность измерени  в среднем на 75, так как его чувствительность зависит от величины употребл емых частот (f. и f 2.), которые могут достигать пор дка АОООО Гц. Высока  точность измерени  получаетс  из-за того, что в устройстве исключено вли ние вс ких механических соединений. Формула изобретени  Устройство дл  определени  коэффициента теплового расширени  твердых тел, содержащее держатель и регистратор размеров образца, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерени , регистратор размеров образца содержит пьезокерамический датчик, выполненный в виде пластины с сигнальным и заземленными электродами , причем сигнальный электрод электрически разделен на две части, а пластина прикреплена заземленным электоо