Библиотека iдилатометр

287365

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сова Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 06.11I.1969 (№ 1321956/18-10) Кл, 421, 12/03

МПК G 01п 25/16

УД К 620,181.428.4 (088.8) Комитет по делам иаобретеиий и открытий при Совете Министров

СССР

Опубликовано 19.Х1.1970, Бюллетень № 35

Дата опубликования описания 5.II.1971

ИГЧГ0- ":1- :" :

БИБЛИОТЕКА

Авторы изобретения

В. П. Коротков, Е, А. Карцев и Ю. В. Скачко

Московский институт электронного машиностроения

Заявитель

ДИЛАТОМЕТР с присоединением заявки №

Приоритет

Настоящее изобретение относится к области создания дил атом етров, в частности, струнных дилатометров с цифровым выходом.

Известны дилатометры, содержащие корпус, на котором укреплен испытываемый образец, 5 и струнный чувствительный элемент, помещенный в поле постоянных магнитов.

Эти дилатометры не обеспечивают требуемой точности измерений, а процесс исследования образцов на них затруднен вследствие lo изменения натяжения струн в процессе крепления образца.

В предлагаемом дилатометре для повышения точности и упрощения процесса измерения корпус выполнен в виде жесткого кольца, 15 по диаметру которого натянута токопроводящая струна, причем к середине струны с помощью накладок прикреплен разделяющий струну на два чувствительных элемента зажим с винтом для крепления испытываемого 20 образца, прижимаемого пружиной к корпусу, а чувствительные элементы включены в схему преобразователя частот колебаний чувствительных элементов в цифровое значение температурного коэффициента линейного рас- 25 ширения испытываемого образца.

Кроме того, преобразователь может быть выполнен в виде генераторов колебаний струн, подключенных к смесителю частот, на выходе которого включены блоки гЬоомирова- 30 ния и выделения отношения разности этих частот к разности между частотой опорного генератора и суммой частот колебаний струн.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема датчика описываемого дилатометра; на фиг. 2 — конструкция датчика; на фиг. 3— блок-схема измерительной части дилатометра.

Принцип действия дилатометра основан на зависимости изменения частоты собственных колебаний тонкой струны вследствие изменения ее деформации.

Датчик дилатометра (см. фиг. 1) содержит корпус 1, на котором натянуты две тонкие струны 2 и 8. Удлинение испытываемого образца 4, коэффициент линейного расширения которого необходимо определить, равно удлинению струны 8 и сокращению на ту же величину струны 2.

При нагревании датчика дилатометра вследствие неодинаковости расширения элементов корпуса, струн и образца изменяется упругая деформация, а следовательно, и частота собственных колебаний струн.

Та« как струны имеют предварительную деформацию 6с, выбираемую так, чтобы выполнялись условия 6ly„((6p и 6ly ((6p где 61»„

М», — упругие деформации струн, приобретаемые при нагревании датчика, то выраже287365

214=11, 21з=212=11, f2 f1

"4 1 (2) 21, — (f1+ fa) Зо

35 а4=У(а,— а1) +а1.

«=u 1Ю—

55

65 ние для разности и суммы частот струн имеет вид

fþ, — — f, = " (2014 — l ) 2оо

f. + f, = 2f4 + . (— 2 1с + 11) 2Ьо где f0 — начальная частота каждой струны до нагревания; о14, о11, Й,— температурные удлинения соответственно образца, корпуса и каждой из струн.

При этом струны должны иметь одинаковые геометрические и физические параметры, тогда l lcl = б1», I = l l». I)

Учитывая, что размеры корпуса, струн и образца l<, 12, l3 и l4 выбраны таким образом, что из выражений (1) получим основное соотношение где а4, а1, а, — коэффициенты линейного расширения соответственно материала образца, корпуса и струн.

Таким образом, измеряя отношение разности частот f2 — 11 к разности между некоторой постоянной частотой опорного генератора 2f2 и суммой частот струн, получим линейную зависимость между коэффициентом линейного расширения а4 испытываемого образца и измеряемым отношением.

При этом, если известны коэффициенты линейного расширения струн и корпуса, то значение измеренного отношения частот однозначно определит коэффициент линейного расширения испытываемого образца.

Конструкция дилатометра включает струнный датчик и электронную измерительную схему с цифровым отсчетом.

Корпус датчика выполнен в виде жесткого кольца из материала с известным коэффициентом линейного расширения, по диаметру которого при помощи накладок 5 натянута токопроводящая струна. При этом к середине струны при помощи накладок б прикреплен разделяющий струну на два чувствительных элемента зажим 7 с винтом 8 для крепления образца 4. Образец поджат своим торцом к корпусу 1 при помощи пружины 9.

Чувствительные элементы струны помещены в поле постоянных магнитов 10, Корпус накрыт кожухом 11.

Струны 2 и 8 дилатометра (см. фиг. 3) включены в схемы усилителей 12 и 13. С выхода усилителей сигналы f2 и f1 переменной частоты, зависящей от коэффициента линей5

25 ного расширения испытываемого образца, поступают на балансный смеситель 14. С помощью фильтра 15 выделяется разностная частота f2 — f1, а с помощью фильтра 1б — суммарная частота f2+fi.

Сигнал суммарной частоты f +f> с фильтра 1б поступает на смеситель 17, туда же подается сигнал с опорного генератора 18 (частота 2 О) .

С выхода смесителя 17 с помощью фильтра выделяется сигнал частоты f l fi — 2f11.

Элементы 19 и 20 схемы одновременно формируют из синусоидального сигнала импульсы прямоугольной формы, частота следования которых равна частоте синусоидального сигнала.

Превый импульс с выхода элемента 20 запускает реле 21 времени, последующий импульс останавливает реле времени. В результате реле времени вырабатывает импульс для открытия селектора 22. В течение времени Т1 селектор пропускает импульсы с элемента 19 на счетчик 28 с цифровой индикацией, Так как частота следования импульсов с элемента 20 равна f2 — f1, а время счета им- пульсов — Т,, то количество зарегистрированных в счетчике импульсов определяется выражением

Выражая измеряемый коэффициент линейного расширения а4 через показание на цифровом табло счетчика 28, из выражения (3) имеем

Если подобрать коэффициенты линейного расширения а1 и а, так, чтобы а1 — — О, а

Г 1

a,— « —— 1.10 61, что осуществимо при ус1гРад ловии изготовления корпуса из плавленного кварца, а струн из сплава типа Инвар, получим

Дилатометр был проверен в лабораторных условиях и показал высокие метрологические качества.

Предмет изобретения

1. Дилатометр, содержащий корпус, на котором укреплен испытываемый образец, и струнный чувствительный элемент, помещенный в поле постоянных магнитов, атличаюи1ийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения процесса измерения, корпус выполнен в виде жесткого кольца, по диаметру которого натянута токопроводящая струна, причем к середине струны с помощью накладок прикреплен разделяющий струну на два

287365 г

i;s K Zt53

I г„

9, г. 7

70 6

9 8 7

Фог,3 чувствительных элемента зажим с винтом для крепления испытываемого образца, прижимаемого пружиной к корпусу, а чувствительные элементы включены в схему преобразователя частот колебаний чувствительных элементов в цифровое значение температурного коэффициента линейного расширения испытываемого образца.

2. Дилатометр по п. 1, отличающийся тем, что преобразователь выполнен в виде генераторов колебаний струн, подключенных к смесителю частот, на выходе которого включе5 ны блоки формирования и выделения отношения разности этих частот к разности между частотой опорного генератора и суммой частот колебаний струн.

Г 1 |

77

1 L

I (1 J