RU2627180C1 - Способ измерения температурного коэффициента линейного расширения - Google Patents
Способ измерения температурного коэффициента линейного расширения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2627180C1 RU2627180C1 RU2016122368A RU2016122368A RU2627180C1 RU 2627180 C1 RU2627180 C1 RU 2627180C1 RU 2016122368 A RU2016122368 A RU 2016122368A RU 2016122368 A RU2016122368 A RU 2016122368A RU 2627180 C1 RU2627180 C1 RU 2627180C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sample
- elongation
- pushers
- test
- temperature
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
- G01N25/16—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating thermal coefficient of expansion
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области исследования материалов с помощью теплофизических измерений, а именно к способам измерения температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР). Согласно заявленному способу измерения температурного коэффициента линейного расширения твердых тел изготавливают одинакового размера образцы из эталонного и исследуемого материала. В трубку дилатометра устанавливают образец из эталонного материала и два упирающихся концами в противоположные поверхности образца толкателя с установленными на их свободных концах возвращающими зеркалами интерферометра. С помощью печи дилатометра нагревают, а потом охлаждают эталонный образец по определенной программе. При этом одновременно замеряют с помощью термопары изменение температуры образца и непрерывно регистрируют общее удлинение системы «эталонный образец - толкатели». В каждый интересующий момент непрерывной регистрации определяют удлинение толкателей путем вычитания расчетного удлинения эталонного образца из общего удлинения системы «эталонный образец - толкатели». Заменяют эталонный образец на исследуемый образец, который нагревают и охлаждают по той же программе, что и эталонный, при этом непрерывно регистрируют общее удлинение системы «исследуемый образец - толкатели». В каждый интересующий момент регистрации определяют удлинение исследуемого образца путем вычитания из общего удлинения системы «исследуемый образец - толкатели» удлинения толкателей, полученные ранее при той же температуре нагрева или охлаждения эталонного образца. По удлинению исследуемого образца и величине температуры его нагрева определяют величину среднего интегрального ТКЛР исследуемого материала. Значения температуры и результаты обработки интерферограмм записывают синхронно в память ПЭВМ. Линейные перемещения толкателей могут регистрироваться с помощью двух индикаторных головок, при этом общее удлинение образца и толкателей определяют как сумму показаний индикаторных головок. Технический результат - снижение погрешностей при измерении ТКЛР исследуемого материала. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к области исследования материалов с помощью теплофизических измерений, а именно к способам измерения температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР).
Известен способ измерения температурного коэффициента линейного расширения материала (пат. РФ №2551694, G01N 25/16, опубл. 27.05.2015), заключающийся в том, что в кварцевую пробирку устанавливают образец и кварцевый толкатель, упирающийся концом в поверхность образца, кварцевую пробирку соединяют с неподвижной осью индикаторной головки через переходник, выполненный из кварца, приводят в контакт со свободным концом толкателя подвижную ось индикаторной головки, нагревают образец до требуемой температуры, фиксируют показания индикаторной головки через необходимые интервалы времени, после достижения установленной температуры прекращают нагрев, записывают показания индикаторной головки при последовательном медленном охлаждении образца, а ТКЛР определяют по формуле αср=ΔL/(L⋅ΔT)+0,55⋅10-6.
Недостатком известного способа является его низкая точность определения ТКЛР, так как не учитывается изменение величины ТКЛР по длине толкателя из-за большого перепада температур, а используемая поправка для учета погрешности от расширения кварцевой пробирки, которое на длине образца не компенсируется расширением кварцевого толкателя, принимается только по усредненному значению ТКЛР кварцевого стекла (0,55⋅10-6), в то время как в обозначенном диапазоне температур нагрева (от 20 до 1050°C) ТКЛР кварцевого стекла существенно изменяется. Кроме того, не учитываются погрешности, возникающие из-за температурных деформаций элементов индикаторной головки, переходника и деталей их крепления.
Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения температурного коэффициента линейного расширения материала (Аматуни А.Н. Методы и приборы для определения температурных коэффициентов линейного расширения материалов - М.: Издательство стандартов, 1972 - с. 96-99), который выбран в качестве прототипа. Известный способ измерения ТКЛР твердых тел путем сравнения относительных удлинений исследуемого материала и эталонного материала с известным ТКЛР заключается в том, что в дилатометре устанавливают исследуемый образец и выполненный из эталонного материала толкатель, упирающийся концом в поверхность образца, нагревают и охлаждают образец по определенной программе, замеряют одновременно изменение температуры образца и удлинение исследуемого материала относительно удлинения эталонного материала, равного длине образца, определяют удлинение образца путем коррекции измеренной величины удлинения на расчетную величину удлинения эталонного материала, равного длине образца, а по удлинению образца и величине температуры его нагрева в каждый интересующий момент определяют величину ТКЛР исследуемого материала.
Недостатком этого способа является то, что величину и характер изменения ТКЛР эталонного материала - сапфировых стержней, при нагревании и охлаждении необходимо определять с помощью отдельной установки, что весьма проблематично в виду значительной их длины. Эти сложности вносят погрешности в определение расчетной величины удлинения эталонного материала. При использовании схемы с одним толкателем возникают дополнительные погрешности, связанные с температурными деформациями неподвижной упорной стенки, взаимодействующей с образцом. Отмеченные погрешности оказывают влияние на точность определения величины ТКЛР исследуемого материала. Кроме того, использование длинных сапфировых стержней, изготовленных с высокой точностью, и использование для измерения перемещений нанесенных на сапфировые стержни решеток (сеток) с малым шагом определяет высокую стоимость известного способа.
Задачей изобретения является снижение погрешностей и материальных затрат при измерении температурного коэффициента линейного расширения исследуемого материала.
Поставленная задача решается за счет получения ряда технических результатов. Устраняются погрешности, связанные с воздействием неподвижной упорной стенки, взаимодействующей с образцом, а также погрешности, возникающие из-за высокого градиента температур в звеньях измерительной системы. Используемые образцы эталонного и исследуемого материала имеют небольшие размеры, а их конструктивные параметры (форма, размеры) и параметры установки образца имеют большие допуски, которые не влияют на точность изменений.
Указанные технические результаты достигаются следующим образом.
Изготавливают одинакового размера образцы из эталонного и исследуемого материала. В дилатометре устанавливают эталонный образец и два упирающихся концами в противоположные поверхности образца толкателя с установленными на их свободных концах возвращающими зеркалами интерферометра. Нагревают эталонный образец по определенной программе. В процессе нагрева одновременно замеряют изменение температуры образца и непрерывно регистрируют с помощью интерферометра общее удлинение системы «эталонный образец - толкатели». В каждый интересующий момент непрерывной регистрации определяют удлинение толкателей путем вычитания расчетного удлинения эталонного образца из общего удлинения системы «эталонный образец - толкатели». По достижению наибольшей заданной температуры нагрев прекращают, а регистрацию измеряемых параметров продолжают в процессе охлаждения. Заменяют эталонный образец на исследуемый образец, нагревают и охлаждают исследуемый образец по той же программе, что и для эталонного образца, при этом непрерывно регистрируют общее удлинение системы «исследуемый образец - толкатели». В каждый интересующий момент регистрации определяют удлинение исследуемого образца путем вычитания из общего удлинения системы «исследуемый образец - толкатели» удлинения толкателей, полученные ранее при той же температуре нагрева эталонного образца. По удлинению исследуемого образца и величине температуры его нагрева в каждый интересующий момент определяют величину ТКЛР исследуемого материала.
На фиг. 1 изображена оптико-механическая схема, поясняющая реализацию описываемого способа, на фиг. 2 - оптико-механическая схема в случае измерения линейных перемещений толкателей с помощью индикаторных головок.
Способ осуществляется следующим образом.
Изготавливают одинакового размера образцы 1 из эталонного и исследуемого материала. В трубку 2 дилатометра, выполненную из огнеупорного материала, устанавливают образец 1 из эталонного материала и два упирающихся концами в противоположные поверхности образца 1 толкателя 3 и 4 с установленными на их свободных концах возвращающими зеркалами 5 и 6 интерферометра 7, включающего в себя также лазер 8 и поворотные зеркала 9. С помощью печи 10 дилатометра нагревают эталонный образец 1 по определенной программе. В процессе нагрева одновременно замеряют с помощью термопары 11 изменение температуры образца 1 и непрерывно регистрируют с помощью считывающего устройства 12 интерферометра 7 общее удлинение системы «эталонный образец - толкатели». В каждый интересующий момент непрерывной регистрации определяют удлинение толкателей 3 и 4 путем вычитания расчетного удлинения эталонного образца 1 из общего удлинения системы «эталонный образец - толкатели». По достижению наибольшей заданной температуры нагрев прекращают, а регистрацию измеряемых параметров продолжают в процессе охлаждения. Заменяют эталонный образец на исследуемый образец, нагревают и охлаждают исследуемый образец 1 по той же программе, что и для эталонного образца, при этом непрерывно регистрируют общее удлинение системы «исследуемый образец - толкатели». В каждый интересующий момент регистрации определяют удлинение исследуемого образца 1 путем вычитания из общего удлинения системы «исследуемый образец - толкатели» удлинения толкателей 3 и 4, полученные ранее при той же температуре нагрева эталонного образца. По удлинению исследуемого образца и величине температуры его нагрева в каждый интересующий момент определяют величину среднего интегрального ТКЛР исследуемого материала по формуле
αср=ΔL/(Lст⋅ΔТ),
где Lст - длина образца при стандартной температуре Тст=20°C;
ΔT=T1-Tст - изменение температуры T1 образца относительно стандартной температуры Тст;
ΔL=Li-Lст - удлинение образца при изменении его температуры на величину ΔT.
Для удобства обработки полученных данных значения температуры и результаты обработки интерферограмм записывают синхронно в память ПЭВМ 13.
При отсутствии возможности использования интерферометра измерение линейных перемещений толкателей 3 и 4 может производиться с помощью двух индикаторных головок 14 и 15, а общее удлинение образца и толкателей определяют как сумму показаний этих индикаторных головок.
Таким образом, за счет горизонтального расположения образца и двух толкателей устраняются погрешности, связанные с температурными деформациями неподвижной упорной стенки, взаимодействующей с образцом. Благодаря калибровке системы «эталонный образец - толкатели» с использованием в качестве эталонного образца стандартной меры ТКЛР (ГОСТ 8.018-2007) с известными характеристиками изменения ТКЛР в требуемом диапазоне температур, определяют зависимость общего удлинения толкателей от температуры. Так как удлинение исследуемого образца получают путем вычитания из общего удлинения системы «исследуемый образец - толкатели» определенного ранее удлинения толкателей, то все погрешности, связанные с большим градиентом температур и сложностью определения температурных деформаций вдоль толкателей, также устраняются. Использование двухсторонней системы измерения и точечного контакта толкателей с образцом позволяет снизить требования к точности изготовления и установки образца, что, в совокупности с небольшими размерами образца, существенно снижает затраты на его изготовление.
Claims (4)
1. Способ измерения температурного коэффициента линейного расширения твердых тел путем сравнения относительных удлинений исследуемого материала и эталонного материала с известным температурным коэффициентом линейного расширения, заключающийся в том, что в дилатометре устанавливают образец и толкатель, упирающийся концом в поверхность образца, нагревают и охлаждают образец по определенной программе, замеряют одновременно изменение температуры образца и удлинение исследуемого материала относительно удлинения эталонного материала, равного длине образца, определяют удлинение образца путем коррекции измеренной величины удлинения на расчетную величину удлинения эталонного материала, равного длине образца, а по удлинению образца и величине температуры его нагрева в каждый интересующий момент определяют величину температурного коэффициента линейного расширения исследуемого материала, отличающийся тем, что изготавливают эталонный и исследуемый образцы одинакового размера, устанавливают в дилатометре эталонный образец и два упирающихся концами в противоположные поверхности образца толкателя с установленными на их свободных концах возвращающими зеркалами интерферометра, в процессе нагрева и охлаждения непрерывно регистрируют с помощью интерферометра общее удлинение системы «эталонный образец - толкатели», в каждый интересующий момент непрерывной регистрации определяют удлинение толкателей путем вычитания расчетного удлинения эталонного образца из общего удлинения системы «эталонный образец - толкатели», заменяют эталонный образец на исследуемый образец, нагревают и охлаждают исследуемый образец по той же программе, что и для эталонного образца, непрерывно регистрируют общее удлинение системы «исследуемый образец - толкатели», в каждый интересующий момент регистрации определяют удлинение исследуемого образца путем вычитания из общего удлинения
системы «исследуемый образец - толкатели» удлинения толкателей, полученные ранее при той же температуре нагрева эталонного образца.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что записи значений температуры и результатов обработки интерферограмм производят синхронно в память ПЭВМ.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что измерение линейных перемещений толкателей производят с помощью двух индикаторных головок, а общее удлинение образца и толкателей определяют как сумму показаний этих индикаторных головок.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016122368A RU2627180C1 (ru) | 2016-06-06 | 2016-06-06 | Способ измерения температурного коэффициента линейного расширения |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016122368A RU2627180C1 (ru) | 2016-06-06 | 2016-06-06 | Способ измерения температурного коэффициента линейного расширения |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2627180C1 true RU2627180C1 (ru) | 2017-08-03 |
Family
ID=59632712
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016122368A RU2627180C1 (ru) | 2016-06-06 | 2016-06-06 | Способ измерения температурного коэффициента линейного расширения |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2627180C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110146542A (zh) * | 2019-05-17 | 2019-08-20 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种低温下材料热膨胀系数的测试装置和测试方法 |
RU2709601C1 (ru) * | 2019-01-09 | 2019-12-18 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Устройство для определения температурных линейных расширений твердых материалов |
CN111595895A (zh) * | 2020-04-23 | 2020-08-28 | 河南工业大学 | 一种金属线膨胀系数的测量装置和*** |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2502126A1 (de) * | 1975-01-20 | 1976-07-22 | Linseis Messgeraete Gmbh | Verfahren zum messen der waermeausdehnung von festen pruefkoerpern |
US4924477A (en) * | 1989-01-24 | 1990-05-08 | Eastman Kodak Company | Assembly and method for determining the coefficient of thermal expansion of a workpiece |
US4930894A (en) * | 1984-04-27 | 1990-06-05 | Hewlett-Packard Company | Minimum deadpath interferometer and dilatometer |
RU2111480C1 (ru) * | 1997-07-07 | 1998-05-20 | Центральный аэрогидродинамический институт им.проф.Н.Е.Жуковского | Способ определения температурного коэффициента линейного расширения композиционного материала |
RU2254567C1 (ru) * | 2003-12-04 | 2005-06-20 | Открытое акционерное общество "Лыткаринский завод оптического стекла" | Способ определения неоднородности температурного коэффициента линейного расширения оптической заготовки |
RU2551694C1 (ru) * | 2014-01-09 | 2015-05-27 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Дилатометр |
RU153452U1 (ru) * | 2014-10-21 | 2015-07-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук (ИПМех РАН) | Интерференционный дилатометр |
-
2016
- 2016-06-06 RU RU2016122368A patent/RU2627180C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2502126A1 (de) * | 1975-01-20 | 1976-07-22 | Linseis Messgeraete Gmbh | Verfahren zum messen der waermeausdehnung von festen pruefkoerpern |
US4930894A (en) * | 1984-04-27 | 1990-06-05 | Hewlett-Packard Company | Minimum deadpath interferometer and dilatometer |
US4924477A (en) * | 1989-01-24 | 1990-05-08 | Eastman Kodak Company | Assembly and method for determining the coefficient of thermal expansion of a workpiece |
RU2111480C1 (ru) * | 1997-07-07 | 1998-05-20 | Центральный аэрогидродинамический институт им.проф.Н.Е.Жуковского | Способ определения температурного коэффициента линейного расширения композиционного материала |
RU2254567C1 (ru) * | 2003-12-04 | 2005-06-20 | Открытое акционерное общество "Лыткаринский завод оптического стекла" | Способ определения неоднородности температурного коэффициента линейного расширения оптической заготовки |
RU2551694C1 (ru) * | 2014-01-09 | 2015-05-27 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Дилатометр |
RU153452U1 (ru) * | 2014-10-21 | 2015-07-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук (ИПМех РАН) | Интерференционный дилатометр |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2709601C1 (ru) * | 2019-01-09 | 2019-12-18 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Устройство для определения температурных линейных расширений твердых материалов |
CN110146542A (zh) * | 2019-05-17 | 2019-08-20 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种低温下材料热膨胀系数的测试装置和测试方法 |
CN110146542B (zh) * | 2019-05-17 | 2024-02-20 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种低温下材料热膨胀系数的测试装置和测试方法 |
CN111595895A (zh) * | 2020-04-23 | 2020-08-28 | 河南工业大学 | 一种金属线膨胀系数的测量装置和*** |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Watanabe et al. | Linear thermal expansion coefficient of silicon from 293 to 1000 K | |
CN107830808B (zh) | 一种高低温环境光栅位移传感器的校准方法及装置 | |
RU2627180C1 (ru) | Способ измерения температурного коэффициента линейного расширения | |
CN101140249B (zh) | 一种材料热膨胀系数的双光束激光干涉测量方法 | |
JP6789023B2 (ja) | 熱膨張を検出するための高精度な方法 | |
CN109324079B (zh) | 一种基于超声的材料热膨胀系数的测量方法 | |
CN103913479A (zh) | 一种用于检测光栅尺热膨胀系数的装置 | |
Watanabe et al. | Development of a laser interferometric dilatometer for measurements of thermal expansion of solids in the temperature range 300 to 1300 K | |
Hohmann et al. | Calibration of heat flux sensors with small heat fluxes | |
RU2610115C1 (ru) | Устройство для определения температуры газа в полых высокотемпературных элементах газотурбинных двигателей | |
RU2642489C2 (ru) | Дилатометр | |
RU2641629C2 (ru) | Дилатометр | |
Kruglov et al. | Measurement of the thermal coefficient of linear expansion on a speckle-interferometric dilatometer | |
RU2620787C1 (ru) | Дилатометр | |
JP6931573B2 (ja) | 熱膨張係数測定装置、及び熱膨張係数測定方法 | |
RU2558273C2 (ru) | Способ определения теплопроводности твердых тел | |
Titov et al. | Nanometrology and high-precision temperature measurements under varying in time temperature conditions | |
Unkuri et al. | Accurate linear thermal expansion coefficient determination by interferometry | |
Goharkhah et al. | Investigation of the accuracy of different methods of interferogram analysis for calculation of local free convection heat transfer coefficient on axisymmetric objects | |
CN104253060A (zh) | 半导体工艺的温度测量和调节方法 | |
Kumykov et al. | Measuring the Temperature Coefficient of the Surface Tension of Metals in the Solid State | |
Titov et al. | Precise certification of the temperature measuring system of the original Kösters interferometer and ways of its improvement | |
EP3637073B1 (en) | Process for the temperature measurement for a high temperature micro-deformation device | |
Kompan et al. | Investigation of thermal expansion of a glass–ceramic material with an extra-low thermal linear expansion coefficient | |
Titov et al. | Primary level gauge block interferometers for realization of the SI length unit |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190607 |