×
25.08.2017
217.015.ce73

Результат интеллектуальной деятельности: ДИЛАТОМЕТР

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области исследования материалов с помощью теплофизических измерений, а именно к устройствам для измерения температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР). Дилатометр содержит камеру нагрева со съемной трубкой, в которой горизонтально установлены исследуемый образец и толкатели, плотно контактирующие с противоположными торцами образца, измерительные зеркала, закрепленные на концах толкателей и расположенные вне камеры нагрева, лазер и оптическую систему измерения удлинения образца. Толкатели и образец установлены каждый на двух симметричных опорах, расположенных от их центра на расстоянии 0,277 длины каждого из них. Для создания постоянного по величине и симметричного поджима толкателей к исследуемому образцу используется система поджима. В оптической системе для измерения удлинения образца использован четырехходовой интерферометр, включающий поляризованный светоделитель, делящий луч лазера на рабочий и опорный лучи, четвертьволновую и поляризационную пластины, два поворотных зеркала, два ретроотражателя, четыре обводных зеркала для рабочего луча и фотоприемник. Электрические сигналы от фотоприемника и термопары, регистрирующей температуру нагрева образца, передаются на ПЭВМ, где ведется их синхронная запись. Предварительно производится калибровка дилатометра с образцом из эталонного материала с известными характеристиками изменения ТКЛР в требуемом диапазоне температур. Для этого определяют удлинение толкателей путем вычитания расчетного удлинения эталонного образца из измеренного общего удлинения системы «эталонный образец - толкатели». Заменяют эталонный образец на исследуемый. При нагреве последнего по той же программе, что и для эталонного образца, определяют его удлинение путем вычитания из общего измеренного удлинения системы «исследуемый образец - толкатели» ранее полученного удлинения толкателей. По полученным данным определяют величину среднего интегрального ТКЛР. Технический результат - повышение точности измерения удлинения образца при определении ТКЛР исследуемого материала. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области исследования материалов с помощью теплофизических измерений, а именно к устройствам для измерения температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР).

Известны различные конструкции дилатометров с толкателями, в которых исследуемый образец установлен вертикально (Аматуни А.Н. Методы и приборы для определения температурных коэффициентов линейного расширения материалов. - М.: Издательство стандартов, 1972. - 140 с.).

Однако вертикальное расположение исследуемого образца имеет ряд недостатков, которые ведут к существенным погрешностям измерения ТКЛР. Во-первых, это неравномерность прогрева образца и толкателя из-за конвекционных потоков. Во-вторых, дополнительные деформации толкателя, возникающие от воздействия силы, обусловленной массой расположенного на нем образца, или, наоборот, дополнительное деформирование образца при расположении его снизу от воздействия массы толкателя. Кроме того, вертикальное расположение образца ведет к его неустойчивости, в связи с чем повышаются требования к точности и качеству его изготовления.

Известен дилатометр, выбранный в качестве прототипа (а.с. СССР №320762, G01N 25/16, опубл. 04.11.1971, Бюл. №34), содержащий камеру нагрева, установленный в ней горизонтально на призме исследуемый образец, с противоположными торцами которого плотно контактируют толкатели, лазер и оптическую систему измерения удлинения образца. К толкателям прижаты подпружиненные рычаги с закрепленными на них зеркалами, которые расположены вне камеры нагрева.

Недостатком известного решения является низкая точность измерительной системы, которая возникает в связи с определением удлинения образца из суммы двух отдельно-регистрируемых перемещений лучей лазера, отраженных от закрепленных на поворачивающихся рычагах зеркал. Кроме того, погрешности измерения возникают из-за плотного контакта образца по всей длине призмы и в связи с существенными изменениями адгезионных и фрикционных свойств материалов в условиях больших температур. Дополнительные погрешности создаются также непостоянством и неравенством величин нагрузок на толкателях, связанных с деформированием отдельно-воздействующих на них упругих элементов - пружин и сильфонов.

Задачей изобретения является повышение точности измерения удлинения образца при определении температурного коэффициента линейного расширения исследуемого материала.

Технический результат при решении поставленной задачи заключается в объединении измеряемых величин линейных перемещений толкателей в единую регистрируемую величину с помощью оптической системы измерения удлинения образца на основе интерферометра, в обеспечении малой площади контакта образца и толкателей с опорами при наименьшей величине их прогиба, а также в создании постоянного по величине поджима толкателей к образцу. Это достигается тем, что в дилатометре, содержащем камеру нагрева, установленный в ней горизонтально исследуемый образец, плотно контактирующие с противоположными торцами образца толкатели, измерительные зеркала, расположенные вне камеры нагрева, лазер и оптическую систему измерения удлинения образца, в съемной трубке с окном толкатели и исследуемый образец установлены каждый на двух симметричных опорах, расположенных от их центра на расстоянии 0,277 длины каждого из них. Для создания постоянного по величине и симметричного поджима толкателей к исследуемому образцу используется система поджима, в которой толкатели через рычаги и нить с помощью группы блоков связаны с грузом. Вместо рычагов связь нити с каждым из толкателей может быть осуществлена через дополнительные блоки, а взамен груза может быть использована пружина. Измерительные зеркала закреплены непосредственно на концах толкателей. В оптической системе для измерения удлинения образца использован четырехходовой интерферометр, включающий поляризованный светоделитель, делящий луч лазера на рабочий и опорный лучи, четвертьволновую и поляризационную пластины, два поворотных зеркала, два ретроотражателя, четыре обводных зеркала для рабочего луча и фотоприемник. При этом фотоприемник и термопара, установленная возле исследуемого образца, для увязки по времени записываемой информации электрически связаны с ПЭВМ.

На фиг. 1 изображена оптико-механическая схема дилатометра; на фиг. 2 - схема установки образца и толкателей на опоры; на фиг. 3 - схема хода рабочего и опорного лучей интерферометра в системе измерения удлинения образца; на фиг. 4 - пример альтернативного варианта системы поджима толкателей с пружиной и без рычагов.

Дилатометр содержит камеру нагрева 1 со съемной трубкой 2, в которой горизонтально установлены исследуемый образец 3 и толкатели 4, плотно контактирующие с противоположными торцами образца 3, измерительные зеркала 5, расположенные вне камеры нагрева 1, лазер 6 и оптическую систему измерения удлинения образца 3. В съемной трубке 2 имеется окно для установки исследуемого образца 3. Толкатели 4 и образец 3 установлены каждый на двух симметричных опорах 7, расположенных от их центра на расстоянии 0,277 длины каждого из них. Для создания постоянного по величине и симметричного поджима толкателей 4 к исследуемому образцу 3 используется система поджима, в которой толкатели 4 через рычаги 8 и нить 9 с помощью группы блоков 10 связаны с грузом 11. Вместо рычагов 8 связь нити 9 с каждым из толкателей 3 может быть осуществлена через дополнительные блоки, а взамен груза 11 может быть использована пружина 12. Непосредственно на концах толкателей 4 закреплены измерительные зеркала 5. В оптической системе для измерения удлинения образца 3 использован четырехходовой интерферометр 13, включающий поляризованный светоделитель 14, делящий луч лазера 6 на рабочий и опорный лучи, четвертьволновую 15 и поляризационную 16 пластины, два поворотных зеркала 17, два ретроотражателя 18, четыре обводных зеркала 19 для рабочего луча и фотоприемник 20. При этом фотоприемник 20 и термопара 21, установленная возле исследуемого образца 3, для увязки по времени записываемой информации электрически связаны с ПЭВМ 22.

Дилатометр работает следующим образом.

Толкатели 4 с закрепленными на них измерительными зеркалами 5 установлены в съемной трубке 2, выполненной из огнеупорного материала, каждый на двух симметричных опорах 7, расположенных от их центра на расстоянии 0,277 длины каждого из них. Исследуемый образец 3 устанавливают между толкателями 4 в съемную трубку 2 через выполненное в ней окно также на две симметричные опоры 7, расположенные от его центра на расстоянии 0,277 длины. Такое расположение опор обеспечивает наименьший прогиб образца и толкателей при минимальном трении о них. После установки образца 3 съемную трубку 2 помещают в камеру нагрева 1. Для обеспечения плотного контакта и создания постоянного, но небольшого по величине, симметричного поджима толкателей 4 к противоположным торцам образца 3 используется система поджима, в которой толкатели 4 через рычаги 8 и нить 9 с помощью группы блоков 10 связаны с грузом 11. Вместо рычагов 8 связь нити 9 с каждым из толкателей 3 может быть осуществлена через дополнительные блоки, а взамен груза 11 может быть использована пружина 12. В процессе измерения удлинение образца 3, связанное с изменением температуры, постоянно регистрируется с помощью четырехходового интерферометра 13. Поляризованный под углом 45 градусов луч лазера 6 делится в поляризованном светоделителе 14 на рабочий и опорный лучи. Рабочий луч, образуемый путем прохождения через наклонную поверхность поляризованного светоделителя 14, получает горизонтальную поляризацию, а отразившийся от наклонной поверхности опорный луч - вертикальную поляризацию. Установленная по ходу рабочего луча четвертьволновая пластина 15 меняет поляризацию рабочего луча на круговую с направлением по часовой стрелке. С помощью левого поворотного зеркала 17 и двух левых обводных зеркал 19 рабочий луч направляется на левое измерительное зеркало 5. После отражения от левого измерительного зеркала 5 рабочий луч обретает противоположное направление круговой поляризации и возвращается тем же путем на четвертьволновую пластину 15, пройдя которую приобретает вертикальную поляризацию. Далее рабочий луч отражается от наклонной поверхности поляризованного светоделителя 14 без изменения плоскости поляризации и направляется в правый ретроотражатель 18. После прохождения правого ретроотражателя 18 и отразившись от наклонной поверхности поляризованного светоделителя 14, рабочий луч снова проходит через четвертьволновую пластину 15 со сменой вертикальной поляризации на круговую с направлением против часовой стрелки. С помощью правого поворотного зеркала 17 и двух правых обводных зеркал 19 рабочий луч направляется на правое измерительное зеркало 5, отразившись от которого, меняет направление круговой поляризации на противоположное и возвращается тем же путем на четвертьволновую пластину 15. Пройдя сквозь последнюю, рабочий луч приобретает горизонтальную поляризацию, проходит через наклонную поверхность поляризованного светоделителя 14 и совмещается с опорным лучом, который направляется туда же левым ретроотражателем 18. Далее совмещенные опорный и рабочий лучи проходят через поляризационную пластину 16, на которой их плоскости поляризации совмещаются, в результате чего происходит их интерференция. Счет интерференционных линий, перемещение которых обусловлено изменением длины исследуемого образца 3 при его нагревании и охлаждении в камере нагрева 1, осуществляется с помощью фотоприемника 20. Электрические сигналы от фотоприемника 20 и термопары 21, регистрирующей температуру нагрева образца 3, передаются на ПЭВМ 22, где ведется их синхронная запись.

Для измерения удлинения исследуемого образца 3 предварительно производится калибровка дилатометра, которая заключается в следующем. Сначала измерения проводят с образцом из эталонного материала с известными характеристиками изменения ТКЛР в требуемом диапазоне температур (например, с использованием в качестве эталонного образца стандартной меры ТКЛР по ГОСТ 8.018-2007). Размеры эталонного и исследуемого образцов одинаковые, но могут иметь большие допуски на изготовление. Нагревают эталонный образец по определенной программе. В процессе нагрева одновременно производят измерение температуры образца и непрерывную регистрацию с помощью интерферометра общего удлинения системы «эталонный образец - толкатели». В каждый интересующий момент непрерывной регистрации определяют удлинение толкателей 4 путем вычитания расчетного удлинения эталонного образца из общего измеренного 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 3 путем вычитания из общего измеренного удлинения системы «исследуемый образец - толкатели» удлинения толкателей 4, полученные ранее при той же температуре нагрева эталонного образца.

Общее удлинение системы «образец - толкатели», измеряемое с помощью интерферометра, определяется по формуле

ΔLизм=(λ/2)⋅m,

где λ - длина волны излучения лазера;

m - число переместившихся интерференционных линий, зафиксированное фотоприемником.

По удлинению исследуемого образца 3 и величине температуры его нагрева в каждый интересующий момент определяют величину среднего интегрального ТКЛР исследуемого материала по формуле

αср=ΔL/(Lст⋅ΔT),

где Lст - длина исследуемого образца при стандартной температуре Тст=20°С;

ΔT=Tiст - изменение температуры Ti образца относительно стандартной температуры Тст;

ΔL=Li-Lст - удлинение исследуемого образца при изменении его температуры на величину ΔT.

Благодаря объединению измеряемых величин перемещений толкателей в единую регистрируемую величину с помощью оптической системы измерения удлинения образца на основе четырехходового интерферометра снижаются погрешности измерения. Установка образца и толкателей на двух опорах уменьшает площадь поверхности их контакта с опорами, что существенно снижает влияние адгезионных и фрикционных взаимодействий материалов этих деталей в условиях больших температур. Расположение опор исследуемого образца и толкателей от их центра на расстоянии 0,277 длины каждого из них обеспечивает наименьшую величину возможного прогиба исследуемого образца и толкателей, что тоже снижает величину погрешностей измерения. Создание постоянного по величине и симметричного поджима толкателей к исследуемому образцу также способствует уменьшению погрешностей. Кроме того, горизонтальное расположение испытуемого образца снижает требования к точности его изготовления и установки в дилатометре, что, в совокупности с небольшими размерами образца, существенно снижает затраты на его изготовление.

Таким образом, описанный дилатометр позволяет повысить точность измерения удлинения образца при определении температурного коэффициента линейного расширения исследуемого материала.


ДИЛАТОМЕТР
ДИЛАТОМЕТР
ДИЛАТОМЕТР
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 141-150 of 189 items.
21.03.2019
№219.016.eb0d

Способ проведения поинтервального гидроразрыва пласта в скважине и устройство для его осуществления

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть применено для проведения поинтервального многостадийного гидроразрыва пласта (МГРП) в скважинах преимущественно с горизонтальным окончанием или боковых стволах реанимируемых скважин. Способ заключается в том, что определяют интервалы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002682391
Дата охранного документа: 19.03.2019
30.03.2019
№219.016.f8cd

Способ защиты преобразовательной установки с трансформатором с 2n вторичными обмотками и 2n выпрямителями

Использование: в области электротехники для защиты преобразовательной установки с трансформатором с 2n вторичными обмотками и 2n выпрямителями от коротких замыканий. Технический результат - повышение чувствительности защиты преобразовательной установки. Способ защиты преобразовательной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002683266
Дата охранного документа: 27.03.2019
30.03.2019
№219.016.f9e2

Ковш повышенной вместимости строительной машины

Изобретение относится к машиностроению, а именно к ковшовым погрузчикам, в частности к ковшам погрузчиков. Ковш повышенной вместимости строительной машины содержит верхнюю, нижнюю, боковые и заднюю части ковша и гидроцилиндры. Ковш имеет подвижные боковые части с рычагами, два сегмента, которые...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002683472
Дата охранного документа: 28.03.2019
06.06.2019
№219.017.73d8

Система прогрева гидробака строительной машины

Система предназначена для гидропривода строительных машин, которые эксплуатируются в условиях отрицательных температур и вдали от стационарных баз. Система содержит корпус, сверху которого имеется крышка, в крышке имеется сливная и напорная магистраль, в корпусе имеются стенки. ДВС и корпус...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002690548
Дата охранного документа: 04.06.2019
07.06.2019
№219.017.7550

Установка для исследования влияния эффекта морозного пучения грунта на заземляющий электрод

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для исследования влияния эффекта морозного пучения грунта на заземляющий электрод. Предложенная установка для исследования влияния эффекта морозного пучения грунта на заземляющий электрод содержит полый корпус. Внутри...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002690731
Дата охранного документа: 05.06.2019
09.06.2019
№219.017.7606

Способ многостадийной опрессовки труб в скважине и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к нефтяной промышленности и может быть использована для испытания внутренним давлением (опрессовкой) бурильных или насосно-компрессорных труб в скважине. Технический результат - упрощение конструкции, предварительная настройка устройства по давлению опрессовки,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002691037
Дата охранного документа: 07.06.2019
23.08.2019
№219.017.c2aa

Устройство прогрева контуров гидрофицированной машины

Изобретение относится к машиностроению, а именно к гидроприводу подъемно-транспортных, строительных, дорожных машин и оборудования, и других машин, гидропривод которых эксплуатируется в условиях отрицательных температур и вдали от стационарных баз. Устройство прогрева контуров гидрофицированной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002697908
Дата охранного документа: 21.08.2019
02.10.2019
№219.017.cb4d

Способ формирования в грунте буроинъекционной анкерной сваи с армированным контролируемым уширением

Изобретение относится к области строительства, а именно к технологии устройства буроинъекционных анкерных свай, грунтовых анкеров, предназначенных для закрепления оползневых склонов, кессонов, подпорных стен, мачт, башен, стоек и других ответственных объектов. Способ формирования в грунте...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002701273
Дата охранного документа: 25.09.2019
02.10.2019
№219.017.ce7f

Установка для оценки эффективности экранирования кровельными материалами электромагнитного поля от линий электропередач в естественных условиях

Использование: в области электротехники. Технический результат - обеспечение возможности оценки эффективности экранирования кровельных материалов на разной высоте от линий электропередач, сокращение времени и уменьшение трудоемкости оценки эффективности экранирования кровельных материалов от...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002700574
Дата охранного документа: 18.09.2019
02.10.2019
№219.017.cf6f

Утяжеленный буровой раствор

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, в частности к буровым растворам на водной основе, используемым при бурении в сложных геологических условиях, например при бурении разведочных и эксплуатационных скважин в условиях аномально-высоких давлений АВПД. Технический результат -...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002700132
Дата охранного документа: 12.09.2019
Showing 81-87 of 87 items.
17.02.2018
№218.016.2cd1

Поршневой насос

Изобретение относится к области насосостроения и предназначено для перекачки жидких тел с возможностью размещения в скважинах. Поршневой насос содержит корпус с всасывающими и напорными клапанами. Внутри корпуса с возможностью вращения и с возможностью взаимного, относительного вдоль оси...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002643881
Дата охранного документа: 06.02.2018
17.02.2018
№218.016.2cf1

Способ идентификации установившегося переменного тока в проводнике с помощью замыкающего геркона

Изобретение относится к энергетике, а именно к электроэнергетическим системам, и может быть использовано для построения микропроцессорных устройств защиты от коротких замыканий. Способ идентификации установившегося переменного тока в проводнике с помощью замыкающего геркона и микропроцессора,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002643680
Дата охранного документа: 05.02.2018
10.05.2018
№218.016.47b3

Способ исследования деформации материала

Изобретение относится к оптическим способам измерения деформаций в области исследования механических свойств материалов, в частности инструментальных сталей и твердых сплавов, путем приложения сжимающих статических нагрузок. В способе исследования деформаций материала полируют одну из боковых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002650746
Дата охранного документа: 17.04.2018
10.05.2018
№218.016.47b7

Устройство для определения упругих постоянных малопластичных металлов и сплавов при повышенной температуре

Изобретение относится к исследованию прочностных свойств материалов оптическими средствами измерения путем приложения к ним сжимающих статических нагрузок. Устройство для определения упругих постоянных малопластичных металлов и сплавов при повышенной температуре содержит основание с неподвижной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002650740
Дата охранного документа: 17.04.2018
10.05.2018
№218.016.47e0

Устройство для определения упругих постоянных малопластичных металлов и сплавов при повышенной температуре

Изобретение относится к исследованию прочностных свойств материалов оптическими средствами измерения путем приложения к ним сжимающих статических нагрузок. Устройство содержит основание с неподвижной плитой и подвижную плиту. На основании установлены лазер, расположенные по ходу его излучения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002650741
Дата охранного документа: 17.04.2018
10.05.2018
№218.016.47f7

Устройство для определения упругих постоянных малопластичных металлов и сплавов при повышенной температуре

Изобретение относится к исследованию прочностных свойств материалов оптическими средствами измерения путем приложения к ним сжимающих статических нагрузок. Устройство содержит основание с неподвижной плитой и подвижную плиту. На основании установлены лазер, светоделитель и зеркало, с помощью...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002650742
Дата охранного документа: 17.04.2018
09.06.2018
№218.016.5c7f

Устройство для определения упругих постоянных малопластичных металлов и сплавов при повышенной температуре

Изобретение относится к исследованию прочностных свойств материалов оптическими средствами измерения путем приложения к ним сжимающих статических нагрузок. Устройство содержит основание с неподвижной плитой и подвижную плиту. На основании установлены лазер, светоделитель и зеркало. Луч,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002655949
Дата охранного документа: 30.05.2018
+ добавить свой РИД