CN107843176B - 一种用于固体体积膨胀测量仪的校准装置 - Google Patents

一种用于固体体积膨胀测量仪的校准装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于固体体积膨胀测量仪的校准装置，具有一个固定在膨胀测量仪测试腔前侧腔壁上的中空底座，底座与膨胀测量仪测试腔腔壁的结合处通过第二环形密封圈以静密封结构形式加以密封，在底座空腔内套装有第一环形密封圈，将一副螺旋测微头的后部螺杆由第一环形密封圈中以动密封结构形式穿入底座空腔后，再使螺杆后端螺纹穿入膨胀测量仪测试腔内，在螺旋测微头前部设有棘轮，通过棘轮的旋转可带动螺旋测微头的后部螺杆沿底座空腔轴向往复移动。本发明所述的校准装置在校准前后不改变膨胀仪测试腔内部环境，且其提供的体积标准可按需调节，实现多次校准，进而控制随机误差；该校准装置同时还具备体积增加和减少校准的能力。

Description

一种用于固体体积膨胀测量仪的校准装置
技术领域
本发明属于测量设备技术领域，其核心是提供一种不影响测量、可多次调节、可正负调节(即提供体积增加标准和体积减少标准)、可溯源的用于固体体积膨胀测量仪的校准装置。
背景技术
膨胀特性是指温度、压强等环境载荷和拉力、压力等外力载荷下，材料体积发生改变(增大或者减小)的特性。工程应用中，固体材料的膨胀特性是必须考虑的材料力学特性之一。获得体积膨胀特性的方法是：测量材料在载荷条件下的体积膨胀(即体积增加或减小的量值)，取体积膨胀与加载前体积的比值，即得到材料在载荷条件下的膨胀特性。因此，体积膨胀的高精度可溯源测量，对于获取固体材料膨胀特性具有关键作用。
对于各向同性材料，其各个方向的线性膨胀特性相同，所以在载荷条件下，测量材料在任一方向的长度改变量，即可计算得到材料的体积膨胀和膨胀特性；对于各向异性的固体材料(如部分高分子材料、新型复合材料等)，各个方向的线性膨胀特性不同，所以无法使用上述方法获得材料体积膨胀。
目前本领域公知的用于固体材料体积膨胀测量的体积膨胀仪主要分为使用气体介质的气体式膨胀仪和使用液体介质的液体式膨胀仪。现有的体积膨胀仪的校准方法是：使用已知体积的标准块，装入内充气体或液体的测试腔后密闭，进行校准；校准结束后，打开测试腔取出标准块，再装入材料试样后密闭，对材料试样施加载荷，导致测试腔内气压增大(气体法)或试样体积变化(液体法)，对气压改变量或液体介质的体积改变量进行测量。上述校准装置及校准方法存在的问题是：首先，校准与测量过程中，测试腔的开启和关闭致使校准前后测试腔内液体或气体介质状态(主要是体积)发生改变，测量结果不可溯源；其次，每个标准块只能提供一种已知的体积标准进行校准，不论是使用多个标准块进行多次校准，还是只进行单点校准，都容易引入随机误差；最后，体积标准块一般只能进行体积增加的校准，不能对体积减小进行校准。
发明内容
本发明的目的在于对现有技术存在的问题加以解决，设计一种结构性能合理、操作方便的用于固体体积膨胀测量仪的校准装置，该装置在校准前后不改变膨胀仪测试腔内部环境，所提供的体积标准可计量溯源，其次该校准装置提供的体积标准可按需调节，实现多次校准，进而控制随机误差；此外该校准装置同时还具备体积增加和减少校准的能力。
为实现上述发明目的而采用的技术解决方案是这样的：所提供的用于固体体积膨胀测量仪的校准装置具有一个固定在膨胀测量仪测试腔前侧腔壁上的中空底座，底座与膨胀测量仪测试腔腔壁的结合处通过第二环形密封圈以静密封结构形式加以密封，在底座空腔内套装有第一环形密封圈，将一副螺旋测微头的后部螺杆由第一环形密封圈中以动密封结构形式穿入底座空腔后，再使螺杆后端螺纹穿入膨胀测量仪测试腔内，在螺旋测微头前部设有棘轮，通过棘轮的旋转可带动螺旋测微头的后部螺杆沿底座空腔轴向往复移动。
实际工作中，本发明通过使用体积可测量、可计量溯源的测微头螺杆作为体积膨胀标准；通过装置底座的动密封结构，螺杆可根据需要增加或减少其在测试腔内部分的体积，提供体积膨胀标准；校准完成后，螺杆回复原位，进行体积膨胀测量。
与现有技术相比，本发明所具有的优点是：
一、本发明使用直径均匀的测微头螺杆，将螺杆伸入膨胀仪测试腔的部分作为体积标准，由于其长度测量和直径测量均可实现计量溯源，故而能提供可溯源的体积标准；
二、该校准装置的测微头螺杆长度可调，所以能够根据需要为校准提供多个体积标准，克服了传统标准块只能提供单个体积标准的缺陷，便于进行多点校准，控制随机误差；
三、螺杆从测试腔退出部分的体积，可提供体积减小量校准中的体积标准，而现有的体积校准方法，使用体积标准块，只能提供体积增加量的体积标准；校准结束后，测微头螺杆回复原位，即可开始测量，避免了现有方法里必须将测试腔打开、取出标准块，然后再安装试样并密封的繁琐操作，消除了这些操作过程中二次引入的误差，确保校准与测量时测试腔内环境不变、校准与测量结果可溯源。
附图说明
图1是本发明的一个具体实施例的结构示意图。
图中各数字标号名称分别是：1－螺旋测微头，2－第一环形密封圈，3－(测微头)螺杆，4－膨胀测量仪测试腔，5－底座，6－第二环形密封圈。
具体实施方式
参见附图，本发明所述的用于固体体积膨胀测量仪的校准装置具有一个固定在膨胀测量仪测试腔4前侧腔壁上的中空底座5，底座5与膨胀测量仪测试腔4腔壁的结合处通过第二环形密封圈6以静密封结构形式加以密封，在底座5空腔内套装有第一环形密封圈2，将一副螺旋测微头1的后部螺杆3由第一环形密封圈2中以动密封结构形式穿入底座5空腔后，再使螺杆3后端螺纹穿入膨胀测量仪测试腔4内，在螺旋测微头1前部设有棘轮，通过棘轮的旋转可带动螺旋测微头的后部螺杆3沿底座5空腔轴向往复移动。
该校准装置的实际制品按照以下步骤制造：
第1步：制造带有动密封结构和静密封结构的底座，用于固定测微头。其中，静密封(即第二环形密封圈6)用于底座5与膨胀测量仪测试腔4之腔壁结合部的密封；动密封(即第一环形密封圈2)用于测微头螺杆3和底座结合部的密封，此外，通过动密封结构，可使测微头螺杆3能够较为顺畅地往复移动；
第2步：使用计量校准后的螺旋测微器，对测微头螺杆3直径进行测量；对螺旋测微头1进行计量校准；
第3步：将螺旋测微头1安装在底座上，确保螺杆3通过动密封结构，且往复移动顺畅；
第4步：调试并确认校准装置的密封性能。
本发明结构中，螺旋测微头1在底座5上固定，底座5内有动密封结构，第一环形密封圈2是动密封结构中与测微头螺杆3直接接触的组件；底座5固定在膨胀测量仪测试腔4的腔壁；底座5在与腔壁结合处有静密封结构，第二环形密封圈6是静密封结构中与膨胀测量仪测试腔4的腔壁直接接触的组件；膨胀测量仪测试腔4腔壁的对应位置开孔，使膨胀测量仪测试腔4与底座5内腔连通，同时测微头螺杆3可通过该孔伸入膨胀测量仪测试腔4腔壁内。校准装置在测试腔腔壁安装完成后，校准装置与测试腔组合体的静密封结构、校准装置内部与测微头螺杆的动密封结构均和原有测试腔腔壁一起，构成了新的测试腔，这样就确保在校准与测量过程中，膨胀测量仪测试腔内气体或液体介质与外部环境隔绝。
实际应用中，对于以气体介质进行体积膨胀测量的气体式膨胀仪，该校准装置安装完成后的校准流程如下：
(1)、记录螺杆的初始位置L0和测试腔内的气压P0；
(2)、根据需要的校准体积，转动测微头棘轮以驱动螺杆，增加或减小螺杆伸入测试腔的长度，记录螺杆位置L1和测试腔内的气压P1；
(3)、结合校准装置安装前测得的螺杆直径D,则此时的膨胀量体积标准为V1＝πD2(L1-L0)÷4；
(4)、根据需要，重复第(2)、(3)步操作，得到多组膨胀量体积标准和对应气压的数据；
(5)、转动测微头棘轮，以驱动螺杆回复到初始位置L0；
(6)、根据测量得到的膨胀量体积标准-气压数据，绘制校准曲线图，根据这个曲线图，由体积膨胀时的气压测量值，可查得体积膨胀值。
对于以液体介质进行体积膨胀测量的液体式膨胀仪，该校准装置安装完成后的校准流程如下：
(1)、记录螺杆的初始位置L0和表征液体体积的测量值V0；
(2)、根据需要的校准体积，转动测微头棘轮以驱动螺杆，增加或减小螺杆伸入测试腔的长度，记录螺杆位置L1和液体体积的测量值V1；
(3)、结合校准装置安装前测得的螺杆直径D,则此时的膨胀量体积标准为V1＝πD2(L1-L0)÷4；
(4)、根据需要，重复第(2)、(3)步操作，得到多组膨胀量体积标准和对应液体体积的数据；
(5)、转动测微头棘轮，以驱动螺杆回复到初始位置L0；
(6)、根据测量得到的膨胀量体积标准-液体体积数据，绘制校准曲线图，根据这个曲线图，由体积膨胀时的液体体积测量值，可查得体积膨胀值。
需要说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换。
凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种用于固体体积膨胀测量仪的校准装置，其特征在于：具有一个固定在膨胀测量仪测试腔(4)前侧腔壁上的中空底座(5)，底座(5)与膨胀测量仪测试腔(4)腔壁的结合处通过第二环形密封圈(6)以静密封结构形式加以密封，在底座(5)空腔内套装有第一环形密封圈(2)，将一副螺旋测微头(1)的后部螺杆(3)由第一环形密封圈(2)中以动密封结构形式穿入底座(5)空腔后，再使螺杆(3)后端螺纹穿入膨胀测量仪测试腔(4)内，在螺旋测微头(1)前部设有棘轮，通过棘轮的旋转可带动螺旋测微头的后部螺杆(3)沿底座(5)空腔轴向往复移动。
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