CN101839872A - 一种双金属热敏性能检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

一种双金属热敏性能检测装置及方法，包括测挠器、置于测挠器下方的温控油箱、与测挠器连接的电子接触指示器，所述测挠器包括：支架平台、设置于支架平台上、没于温控油箱中的试样夹持杆(架)及可在支架平台上移动的测量笔，所述测量笔包括测微头、经连接块与测微头连接、没于温控油箱中，且与试样接触的测量杆。根据本发明的用于测量双金属热敏性能的检测装置及其检测方法，可以测量20～300℃范围内的热双金属试样的“比弯曲值”，其最大测量偏差不超过±1.0％，符合GB/T8364-1987《热双金属比弯曲试验方法》国家标准中的精度要求。

Description

一种双金属热敏性能检测装置及其检测方法

本发明涉及一种金属材料物理性能的检测装置及其检测方法，特别是，本发明涉及一种用于测量双金属热敏性能比弯曲的检测装置及其检测方法。

背景技术

热双金属，是由不同膨胀系数的组元层(两层，或两层以上)金属(或合金)，沿整个接触面彼此牢固结合而形成的复合材料。

由于各组元层的热膨胀系数不同及热双金属截面的内应力分布不均匀，当热双金属温度变化时(如：加热时)，这种复合材料的曲率将发生变化，产生变形。当变形受到限制时，则进行能量交换，将热能转换成机械能，产生位移和推力，使材料具有“力”和“位移”的特殊功能。

热双金属因温度变化而产生弯曲的特性，称为热敏感性。

按不同的元件形状，热双金属的弯曲动作有直线及旋转等各种方式。它在运动的同时能产生一定的推力并能做功。热双金属受热后曲率变化量的大小、运动方式和产生推力的大小，取决于组元层材料的热膨胀系数差值、温度的高低、元件形状尺寸、弹性模量和厚度比等因素。

热敏感性，是衡量热双金属对温度敏感程度的一项重要指标，也是热双金属最主要的性能之一。热双金属的“比弯曲”，是表示温度与热敏感性的度量，是表征随温度变化发生弯曲的特性中的最基本、最主要的特性参数。为此，比弯曲的功能被广泛使用于温度指示、温度控制、温度补偿及各种自动控制设备中的热敏元件的特性参数。

目前，市场上没有现成的成套的检测双金属热敏性能的仪器。

随着特殊钢分公司对热双金属产品的开发与应用，如何提供一种能够检测热双金属产品热敏性能的设备是困扰本领域技术人员的一个难题。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于：提供一种用于测量双金属热敏性能的检测装置，所述测量双金属热敏性能的检测装置可以测量20～300℃范围内的热双金属试样的“比弯曲值”，其最大测量偏差不超过±1.0％，符合GB/T8364-1987《热双金属比弯曲试验方法》国家标准中的精度要求。

根据本发明的测量双金属热敏性能的检测装置，该装置具有设备结构简单，试样易于固定，操作方便，测量精度高、测量重复性好，且与实际使用状态相仿等优点，解决了检测热双金属产品热敏性能的技术难题。满足了各类热双金属的比弯曲性能检测需求。

本发明的双金属热敏性能检测装置，包括测挠器、置于测挠器下方的温控油箱、与测挠器连接的电子接触指示器，其特征在于，所述测挠器包括：支架平台、设置于支架平台上、没于温控油箱中的试样夹持杆及可在支架平台上移动的测量笔，所述测量笔包括测量杆，测量杆上端为测微头、经连接块与测微头连接，测量杆下端没于温控油箱中，且与试样触点接触。

根据本发明的双金属热敏性能检测装置，其特征在于，所述测量笔通过支架平台顶部的移动滑道可在支架平台上移动，在支架平台顶部的平面板上设计一把手，固定在移动滑道上，由此可以方便地移动上述测挠器。

根据本发明的双金属热敏性能检测装置，其特征在于，所述测量杆为一金属棒，其横截面尺寸与测微头凸出的金属棒尺寸相同，其上套有上、下部金属套管，在所述金属套管中、下部之间的内壁上形成有一台阶，在上述台阶和下部金属套管之间设置有弹簧，该台阶对其下部的弹簧起到卡扣的作用；上部套管位于底座上部，套在弹簧的外面，用于调整测量杆的上下位置，下部套管位于贯穿底座部分并与底座，即温控油箱顶部板固定联结，所述测量杆下部形成尖状触点。

根据本发明的双金属热敏性能检测装置，其特征在于，所述上部套管10A内径D2以作可松动配合地略大于台阶的直径D1；下部套管10B的内径D3以作可松动配合地略大于测量杆直径D，略小于D2。

根据本发明的双金属热敏性能检测装置，其特征在于，弹簧内径D4以作可松动配合地略大于测量杆直径D，起到卡扣的作用而小于台阶的直径D1，弹簧外径D5以作可松动配合地略大于D3，起到卡止的作用而略大于下部套管10B的直径D3。

根据本发明所述的双金属热敏性能检测装置，其特征在于，所述测量笔的测量杆、套管，试样夹持杆，是用低膨胀合金材料制成。

本发明的一种测量双金属热敏性能的检测方法，使用上面所述的双金属热敏性能检测装置，将待测的双金属试样没于室温T₁的温控油箱的油中，试样低膨胀层向上，一端***测挠器试样夹持杆下部的试样***孔，另一自由端呈自由平直条状态；电子接触指示器的两个电源接触头分别与测量笔、试样夹持杆相通，使电子接触指示器、测量笔、试样、试样夹持杆形成一个回路；旋转测量笔上部的测微头，使测量笔下部的测量杆向下延伸，当带有测微头的测量杆的尖端旋伸至与试样自由端表面接触的瞬间，由高灵敏电子接触指示器发出信号，记录此时热双金属试样的弯曲变形读数值f1(mm)；将温控油箱的油温加热到高温T2(100～300℃)；旋转测量笔上部的测微头，当测量杆的尖端与试样表面接触的瞬间，由高灵敏电子接触指示器发出信号，记录此时热双金属试样的弯曲变形读数值f2；根据读数值f₁、f₂，T₁，T₂及比弯曲K的计算公式，计算出该热双金属试样的比弯曲K值。

比弯曲K的计算公式如下：

$K=\frac{\mathrm{\Δf}\×\mathrm{\δ}}{L^2+{\mathrm{\Δf}}^2+\mathrm{\Δf}\×\mathrm{\δ}}\×\frac{1}{T_2-T_1}$

式中：K——比弯曲，(10^-6/℃)

      Δf——测量温度为T₁和T₂时试样自由端的挠度差，(mm)

      L——测量点到夹持端的直线距离，即测量长度，(mm)

      δ——试样厚度，(mm)

      T₁——测量初始温度，(℃)

      T₂——测量终了温度，(℃)。

根据本发明所述的双金属热敏性能检测方法，其特征在于，读数值f₁、f₂在(0～25)mm范围内。

根据本发明所述的测量双金属热敏性能的检测方法，其特征在于，试样的一端伸入测挠器的夹持架中，由夹紧螺栓固定，试样低膨胀层向上，并用扭矩扳子按照试样所需的力值来夹紧试样。

采用悬臂梁法来测量热双金属的比弯曲性能K值：

当室温T₁测量时，试样的一端伸入测挠器的夹持架中，由夹紧螺栓固定，试样低膨胀层向上，并用扭矩扳子按照试样所需的力值来夹紧试样，另一自由端呈自由平直条状态，连接块把测量杆和测微头用锁紧螺母紧密接触，移动滑道和滑道锁紧螺母调整并固定好试样的测量长度位置，当把带有测微头的测量杆的尖端旋伸至与试样自由端表面接触的瞬间，由高灵敏电子接触指示器发出信号，记录此时测微头的读数f₁。

然后进行高温T₂测量，把装有试样的测挠器放入精密恒温油槽中，接通精密恒温油槽加热，然后调整精密恒温油槽控温仪表，当精密恒温油槽控温仪表反映到达所需测量温度后，旋动测微头，当测量杆的尖端与试样表面接触的瞬间，由高灵敏电子接触指示器发出信号，记录此时测微头的读数f₂，然后由弯曲挠度Δf和温度ΔT计算出比弯曲K值。

热双金属比弯曲K的计算公式：

$K=\frac{\mathrm{\Δf}\×\mathrm{\δ}}{L^2+{\mathrm{\Δf}}^2+\mathrm{\Δf}\×\mathrm{\δ}}\×\frac{1}{T_2-T_1}$

式中：K——比弯曲，(10^-6/℃)

      Δf——测量温度为T₁和T₂时试样自由端的挠度差，(mm)

      L——测量点到夹持端的直线距离，即测量长度，(mm)

      δ——试样厚度，(mm)

      T₁——测量初始温度，(℃)

      T₂——测量终了温度，(℃)

比弯曲的测量原理：悬臂梁法测量热双金属比弯曲性能，是采用把试样一端固定，另一端自由，在一定的温度范围内，测量出其曲率与温度变化的关系，通过计算得到其比弯曲值。

比弯曲的测量方法：将已测量好厚度的试样装入夹持器，使试样一端固定，另一端呈自由平直条状态。调节测量点与夹持器距离L，然后将试样置于恒温油槽内。根据所需要测量的温度，测出相对于动长度的弯曲挠度Δf和温度ΔT，然后按公式计算出比弯曲K值。

根据本发明所述的测量双金属热敏性能的检测方法，其特征在于，读数值f₁、f₂在(0～25)mm范围内。

根据本发明所述的测量双金属热敏性能的检测方法，其特征在于，高温T₂在(100～300)℃范围内。

根据本发明的测量双金属热敏性能的检测方法，其特征在于，试样的一端伸入测挠器的夹持架中，由夹紧螺栓固定，试样低膨胀层向上，并用扭矩扳子按照试样所需的力值来夹紧试样。

根据本发明的测量双金属热敏性能的检测方法，其特征在于，试样的与测量杆下部的尖状触点接触处预先形成一下凹的接触点。

根据本发明，提供一种用于测量双金属热敏性能的检测装置及其检测方法，可以测量20～300℃范围内的热双金属试样的“比弯曲值”，其最大测量偏差不超过±1.0％，符合GB/T8364-1987《热双金属比弯曲试验方法》国家标准中的精度要求。

根据本发明的测量双金属热敏性能的检测装置及其检测方法，该装置具有设备结构简单，试样易于固定，操作方便，测量精度高、测量重复性好，且与实际使用状态相仿等优点，解决了检测热双金属产品热敏性能的技术难题。满足了各类热双金属的比弯曲性能检测需求。

附图的简单说明

图1是本发明测挠器的结构示意图。

图2是图1的本发明测挠器的俯视图。

图3是本发明测挠器测量杆部分的放大剖视图。

图中，1为测挠器，2为置于测挠器下方的温控油箱，3为与测挠器连接的电子接触指示器，4为支架平台，5为设置于支架平台上、没于温控油箱中的试样夹持杆(架)，6为可在支架平台上移动的测量笔，7为测微头，8为经连接块与测微头连接、没于温控油箱中，且与试样接触的测量杆，9为测量杆下端尖状触点，10A、B分别为上下部套管，11为锁紧螺母，12为连接块，13为弹簧，14为试样，15为把手，16为移动滑道。

D为测量杆直径，D1为台阶直径，D2、D3分别为上部套管10A和下部套管10B的内径，D4，D5分别为弹簧内径和外径。

具体实施方式

以下，举实施例，具体说明本发明的用于测量双金属热敏性能的一种检测装置及其检测方法。

实施例1-48：

一种双金属热敏性能检测装置，包括测挠器1、置于测挠器下方的温控油箱2、与测挠器连接的电子接触指示器3。所述测挠器包括：支架平台4、设置于支架平台上、没于温控油箱2中的试样夹持杆(架)5及可在支架平台上移动的测量笔6，所述测量笔包括测微头7、经连接块12与测微头7连接、没于温控油箱2中，且与试样接触的测量杆8。

所述测量笔通过支架平台顶部的移动滑道可在支架平台上移动，在支架平台顶部的平面板上设计一把手16，固定在移动滑道上，由此可以方便地移动上述测挠器。

所述测量杆，其横截面尺寸与测微头凸出的金属棒尺寸相同，其上套有上、下部金属套管，在所述金属套管中、下部之间的内壁上形成有一台阶，在上述台阶和下部金属套管之间设置有弹簧，该台阶对其下部的弹簧起到卡扣的作用。

上部套管位于底座上部，套在弹簧的外面，用于调整测量杆的上下位置，下部套管位于贯穿底座部分并与底座，即温控油箱顶部板固定联结，所述测量杆下部形成尖状触点。

所述上部套管10A内径D2以作可松动配合地略大于台阶的直径D1；下部套管10B的内径D3以作可松动配合地略大于测量杆直径D，略小于D2。

弹簧内径D4以作可松动配合地略大于测量杆直径D，起到卡扣的作用而小于台阶的直径D1，弹簧外径D5以作可松动配合地略大于D3，起到卡止的作用而略大于下部套管10B的直径D3。

所述测量笔的测量杆、上下部套管(10A、B)，试样夹持杆，是用4J36低膨胀因瓦合金材料。所述测微头为可测量0.001mm的千分卡尺。

所述支架平台的顶部为绝缘材料制的平面板，所述测量笔通过支架平台顶部的移动滑道可在支架平台上移动。在支架平台顶部的平面板上设计一把手16固定，或固定在移动滑道，可以方便的搬动连成一体的测挠器。

在本实施例中，所述连接块12是一根金属套管，套在测微头下部的金属棒和测量杆的上部，将测微头、测量杆连成一体。

双金属热敏性能检测装置的工作如下：

测量前检查整个设备，使设备处于良好状态：输入电压220V±5％。接通电源，开启精密恒温油槽。

测量前将试样轻轻校直，清除表面脏物和试样与测量杆接触部的表面氧化色。将试样一端装入夹持架内，夹紧试样，使试样低膨胀层向上，并保持平直水平状态。按试样测试长度要求，调整测量杆至试样夹持架固定端距离。试样的与测量杆下部的尖状触点接触处预先形成一下凹的接触点。

用扭矩扳子夹紧试样，高灵敏度牌号夹持力为30kg，中等灵敏度牌号夹持力为40kg，然后把试样轻轻放入精密恒温油槽内。

待室温稳定后，记录精密恒温油槽控温仪表上显示的室温T₁，然后旋动测微头，当测量杆的尖端与试样表面接触的瞬间，由高灵敏电子接触指示器发出信号时记录室温时的试样自由端位置f₁。

按照测量所需温度，调整精密恒温浴槽控温仪表，然后接通精密恒温浴槽加热开关，接通搅拌器电源，使精密恒温油槽开始升温。以100C℃/时加热速度，从室温升至测温温度(150℃)，然后保温15～20分钟，记录精密恒温浴槽控温仪表上显示的测量温度T₂。

切断搅拌器电源，然后旋动测微头，当测量杆的尖端与试样表面接触的瞬间，由高灵敏电子接触指示器发出信号时，记录测量时的试样自由端位置f₂。

测量结束，关闭油槽，关闭电源。

将上述测得的T₁T₂和f₁f₂，按以下公式计算比弯曲K值：

Δf＝f₂-f₁

$K=\frac{\mathrm{\Δf}-\mathrm{\δ}}{T_2-T_1}\×\frac{1}{{\mathrm{\Δf}}^2+L^2}$

式中：K：比弯曲，10^-6/℃

      δ：试样厚度，mm

      Δf：试样自由端的挠度变化，mm

      T₁：试样的初始测量温度，℃

      T₂：试样的终至测量温度，℃

      f₁：为T₁时的试样自由端位置，mm

      f₂：为T₂时的试样自由端位置，mm。

测量结果如下：

根据本发明，提供一种用于测量双金属热敏性能的检测装置及其检测方法，可以测量20～300℃范围内的热双金属试样的“比弯曲值”，其最大测量偏差不超过±1.0％，符合GB/T8364-1987《热双金属比弯曲试验方法》国家标准中的精度要求。

根据本发明的测量双金属热敏性能的检测装置及其检测方法，该装置具有设备结构简单，试样易于固定，操作方便，测量精度高、测量重复性好，且与实际使用状态相仿等优点，解决了检测热双金属产品热敏性能的技术难题。满足了各类热双金属的比弯曲性能检测需求。

Claims (10)

1.一种双金属热敏性能检测装置，包括测挠器(1)、置于测挠器下方的温控油箱(2)、与测挠器连接的电子接触指示器(3)，其特征在于，所述测挠器包括：支架平台(4)、设置于支架平台上、没于温控油箱中的试样夹持杆(5)及可在支架平台上移动的测量笔(6)，所述测量笔(6)包括测量杆(8)、测量杆上端的测微头(7)、测量杆经连接块(12)与测微头连接，测量杆下端没于温控油箱中，且与试样(15)触点接触。

2.如权利要求1所述的双金属热敏性能检测装置，其特征在于，所述测量笔(6)通过支架平台(4)顶部的移动滑道可在支架平台上移动，在支架平台顶部的平面板上设计一把手(15)，固定在移动滑道(16)上，由此可以方便地移动上述测挠器。

3.如权利要求1所述的双金属热敏性能检测装置，其特征在于，所述测量杆为一金属棒，其上套有上、下部金属套管(10A，10B)，在所述金属套管中、下部之间的内壁上形成有一台阶，在上述台阶和下部金属套管之间设置有弹簧(13)，该台阶对其下部的弹簧起到卡扣的作用；上部套管(10A)位于底座上部，套在弹簧的外面，用于调整测量杆的上下位置，下部套管(10B)位于贯穿底座部分并与底座，即温控油箱顶部板固定联结，所述测量杆下部形成尖状触点。

4.如权利要求1所述的双金属热敏性能检测装置，其特征在于，所述上部套管(10A)内径(D2)以作可松动配合地略大于台阶的直径(D1)；下部套管(10B)的内径(D3)以作可松动配合地略大于测量杆直径(D)，略小于(D2)。

5.如权利要求1所述的双金属热敏性能检测装置，其特征在于，弹簧内径(D4)以作可松动配合地略大于测量杆直径(D)，起到卡扣的作用而小于台阶的直径(D1)，弹簧外径(D5)以作可松动配合地略大于(D3)，起到卡止的作用而略大于下部套管(10B)的直径(D3)。

6.如权利要求1所述的双金属热敏性能检测装置，其特征在于，所述测量笔的测量杆、套管，试样夹持杆是用低膨胀合金材料制成。

7.一种双金属热敏性能检测方法，其特征在于，使用权利要求1所述的双金属热敏性能检测装置，将待测的双金属试样没于室温T₁的温控油箱的油中，试样低膨胀层向上，一端***测挠器试样夹持杆下部的试样***孔，另一自由端呈自由平直条状态；电子接触指示器的两个电源接触头分别与测量笔、试样夹持杆相通，使电子接触指示器、测量笔、试样、试样夹持杆形成一个回路；旋转测量笔上部的测微头，使测量笔下部的测量杆向下延伸，当带有测微头的测量杆的尖端旋伸至与试样自由端表面接触的瞬间，由高灵敏电子接触指示器发出信号，记录此时热双金属试样的弯曲变形读数值f₁；将温控油箱的油温加热到高温T₂(100～300℃)；旋转测量笔上部的测微头，当测量杆的尖端与试样表面接触的瞬间，由高灵敏电子接触指示器发出信号，记录此时热双金属试样的弯曲变形读数值f₂；根据读数值f₁、f₂，T₁，T₂及比弯曲K的计算公式，计算出该热双金属试样的比弯曲K值。

比弯曲K的计算公式如下：

$K=\frac{\mathrm{\Δf}\×\mathrm{\δ}}{L^2+{\mathrm{\Δf}}^2+\mathrm{\Δf}\×\mathrm{\δ}}\×\frac{1}{T_2-T_1}$

式中：K——比弯曲，(10^-6/℃)

      Δf——测量温度为T₁和T₂时试样自由端的挠度差，(mm)

      L——测量点到夹持端的直线距离，即测量长度，(mm)

      δ——试样厚度，(mm)

      T₁——测量初始温度，(℃)

      T₂——测量终了温度，(℃)。

8.如权利要求7所述的双金属热敏性能检测方法，其特征在于，读数值f₁、f₂在0～25mm范围内。

9.如权利要求7所述的测量双金属热敏性能的检测方法，其特征在于，试样的一端伸入测挠器的夹持架中，由夹紧螺栓固定，试样低膨胀层向上，并用扭矩扳子按照试样所需的力值来夹紧试样。

10.如权利要求7所述的测量双金属热敏性能的检测方法，其特征在于，试样的与测量杆下部的尖状触点接触处预先形成一下凹的接触点。

Images