專利名稱:一種拉桿式石英示差膨脹計(jì)的制作方法
本發(fā)明系對(duì)物理學(xué)領(lǐng)域中的一種測(cè)量?jī)x器-膨脹儀的改進(jìn)。
低膨脹材料在窄溫區(qū)內(nèi)熱膨脹性能的精確測(cè)定，例如對(duì)因瓦合金在20℃～100℃平均線脹系數(shù)測(cè)定的不確定度U
a≤0.1×10-6/℃，用通常的膨脹儀是無(wú)法滿足的。目前只有采用U
a≤0.06×10-6/℃的激光干涉膨脹儀測(cè)定才能達(dá)到要求。但激光干涉膨脹儀不僅造價(jià)高，對(duì)震動(dòng)極為敏感，而且試樣制備、裝樣調(diào)試和測(cè)試數(shù)據(jù)的處理都很復(fù)雜。測(cè)試一個(gè)試樣需要較長(zhǎng)的時(shí)間，不適合于大量試樣的性能測(cè)量，因此不適合于一般的科研和生產(chǎn)單位使用。另一方面，通常的石英示差膨脹計(jì)，如施文納爾(Chevenard)光杠桿放大型膨脹儀(1)和英國(guó)專利1090833中所報(bào)導(dǎo)的膨脹計(jì)，采用細(xì)長(zhǎng)的石英棒頂桿來(lái)傳遞試樣的膨脹信息，并采用導(dǎo)向軸孔來(lái)約束頂桿使它沿試樣膨脹的方向作一維直線運(yùn)動(dòng)，這種結(jié)構(gòu)，不僅在稍有偏心載荷的情況下，細(xì)長(zhǎng)桿易于產(chǎn)生彎曲變形，而且也無(wú)法避免由于頂桿與軸孔間的間隙所引起的跳動(dòng)和摩擦的影響。此外，由于石英桿無(wú)法進(jìn)行精密的磨削加工，其外形不夠均勻一致也會(huì)使膨脹信息傳遞失真。所有這些因素限制了石英示差膨脹計(jì)精度和準(zhǔn)確度的提高，目前最好的石英示差膨脹計(jì)，其不確定度也僅能達(dá)到0.2×10-6/℃。
本發(fā)明提供了一種高精度的示差膨脹計(jì)。首先在設(shè)計(jì)原理上，本膨脹計(jì)擯棄了精密儀器設(shè)計(jì)中通常遵循的機(jī)動(dòng)設(shè)計(jì)原理而采用了最低勢(shì)能原理。其次，用拉桿代替頂桿傳遞試樣的膨脹信息，即采用了管狀框架疊套拉桿機(jī)構(gòu)，并采用熔融石英作拉桿材料，籍助于彈性元件的作用使試樣與拉桿機(jī)構(gòu)始終密接且處于彈性勢(shì)能最低狀態(tài)?；谏鲜鼋Y(jié)構(gòu)使得本發(fā)明所提供的膨脹計(jì)具有極高的穩(wěn)定性和抗震性。
本發(fā)明所提供的石英示差膨脹計(jì)的一個(gè)實(shí)施例如圖1所示，該圖的中、下部即為管狀框架疊套拉桿機(jī)構(gòu)。本發(fā)明所提供的石英示差膨脹計(jì)主要系由該疊套拉桿和外套固定框架組成，兩者相互不接觸。拉桿由三部分熔燒而成，其上段為實(shí)心的石英棒(1)，中段為縱向剖開(kāi)而帶寬縫的石英管(2)，底部為圓盤而帶球頭的試樣托(3)。固定框架則由外套的石英管(4)和帶中心圓柱體的條狀石英壓盤(5)構(gòu)成，兩者熔燒為一體。
試樣(6)夾持在壓盤和托盤之間，試樣的下端通過(guò)帶有漏斗狀凹面的石英墊片(7)與試樣托球頭相接觸;球狀石英頭部與凹錐面石英墊片緊密接觸不僅起到調(diào)心作用，更主要的是避免了在測(cè)試管狀試樣時(shí)球頭和試樣兩者徑向不同而帶來(lái)的軸向膨脹信息失真和高溫時(shí)由于壓強(qiáng)過(guò)大可能引起的形變誤差。試樣的上端與固定框架的石英壓盤之間為平面接觸。固定框架的上端固接在低膨脹合金的法蘭托架(8)上。而拉桿則穿過(guò)托架法蘭的中心圓孔和一個(gè)低膨脹合金的自由浮動(dòng)托帽(9)固接為一體。該合金托帽上部為一平面托盤，下部則稍為細(xì)一些并呈管形，該管的內(nèi)徑同石英拉桿相配合，石英拉桿的上端就固定在管的內(nèi)壁上。浮動(dòng)托帽的上平面即與千分表、立式光學(xué)計(jì)或差動(dòng)變壓器的測(cè)量桿端部相接觸，下平面則通過(guò)一個(gè)彈簧(10)或金屬?gòu)椥圆y管(11)同法蘭托架相聯(lián)接，該彈簧或金屬?gòu)椥圆y管的作用在于既平衡掉拉桿機(jī)構(gòu)的重力，又確保使試樣與拉桿機(jī)構(gòu)始終緊密接觸且處于彈性勢(shì)能最低狀態(tài)。全部金屬和石英件之間的固定方式可采用磷酸二氫鋁和特殊的氧化銅粉制成的粘結(jié)劑粘接，但不能采用一般的有機(jī)粘結(jié)劑，以防止發(fā)生蠕變現(xiàn)象。
本發(fā)明所提供的石英示差膨脹計(jì)具有很高的精度和準(zhǔn)確度，當(dāng)配合立式光學(xué)計(jì)時(shí)，不確定度可達(dá)0.09×10-6/℃，特別是其機(jī)械穩(wěn)定性很高，從而克服了激光干涉膨脹儀和已有的石英示差膨脹計(jì)兩者的缺點(diǎn)和局限性。本膨脹計(jì)可根據(jù)不同要求，分別選用千分表、立式光學(xué)計(jì)或差動(dòng)變壓器進(jìn)行膨脹量的測(cè)量，將本膨脹計(jì)套裝入立式管狀爐或低溫容器中，即可實(shí)現(xiàn)高溫或低溫膨脹量的測(cè)量。為防試樣氧化，還可在膨脹計(jì)外安置一充惰性氣體的保護(hù)套。作為物理學(xué)領(lǐng)域中的一種新型測(cè)量?jī)x器，本膨脹計(jì)可以廣泛地用于裝備科研單位和工廠的實(shí)驗(yàn)室，并可作為學(xué)校用的實(shí)驗(yàn)教具。
參考文獻(xiàn)1.J.ивmип，B.T.физические Свойства Металлов иСплавов(1956)стр.202-205.
權(quán)利要求
1.一種石英示差膨脹計(jì)，其特征在于由可移動(dòng)的疊套拉桿和外套固定框架組成。
2.按權(quán)利要求
1所述的膨脹計(jì)，其特征在于所說(shuō)的疊套拉桿由實(shí)心石英棒(1)、縱向剖開(kāi)而帶寬縫的石英管(2)和帶有球頭的石英托盤(3)構(gòu)成，三者熔燒為一體。
3.按權(quán)利要求
1、2所述的膨脹計(jì)，其特征在于所說(shuō)的疊套拉桿上端穿過(guò)法蘭托架(8)的中心圓孔同金屬浮動(dòng)托帽(9)固接。
4.按權(quán)利要求
1所述的膨脹計(jì)，其特征在于所說(shuō)的外套固定框架由石英管(4)和帶中心園柱體的條狀石英壓盤(5)構(gòu)成，兩者熔燒為一體。
5.按權(quán)利要求
1、4所述的膨脹計(jì)，其特征在于外套固定框架的石英管其上端與帶中心圓孔的金屬法蘭托架相固接。
6.按權(quán)利要求
1、2、3、4、5所述的膨脹計(jì)，其特征在于所說(shuō)的法蘭托架和浮動(dòng)托帽之間用彈簧(10)或金屬?gòu)椥圆y管(11)作軟性接觸。
專利摘要
一種拉桿式石英示差膨脹計(jì)，它主要由管狀框架疊套拉桿機(jī)構(gòu)組成，由于用拉桿代替頂桿傳遞試樣的膨脹信息，并選用熔融石英為框架與拉桿材料，借助于彈簧或金屬?gòu)椥圆y管的作用使試樣與拉桿機(jī)構(gòu)始終密接且處于彈性勢(shì)能最低狀態(tài)。本發(fā)明所提供的膨脹計(jì)可根據(jù)不同要求分別配用千分表、立式光學(xué)計(jì)或差動(dòng)變壓器進(jìn)行膨脹量的測(cè)量，將它套入立式管狀爐或低溫容器中即可進(jìn)行高溫或低溫測(cè)量。本發(fā)明的膨脹計(jì)不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、具有很高的精度和準(zhǔn)確度；而且其機(jī)械穩(wěn)定性很高，從而克服了激光干涉膨脹儀和已知的石英示差膨脹計(jì)兩者的局限性。
文檔編號(hào)G01N25/00GK85100656SQ85100656
公開(kāi)日1986年7月9日 申請(qǐng)日期1985年4月1日
發(fā)明者鄭宗 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan