線熱膨脹係數測定儀,測定系統及測定方法
2023-10-22 04:09:07
專利名稱：線熱膨脹係數測定儀,測定系統及測定方法
技術領域：
本發明涉及一種實驗室用測試儀器，尤其涉及一種線熱膨脹係數測定儀，測定系 統及測定方法。
背景技術：
按照國際和國內的標準，目前測定玻璃的線熱膨脹係數的儀器，要求被測品的幾 何尺寸較為嚴格，通常情況下，被監測的樣品都需做成統一定幾何尺寸的棒狀體。對於那些 由於無法將樣品製成棒材的，就不能使用該儀器測定其熱膨脹係數。另外，現有測定儀器一 次只能測定一件樣品，且測定完成後加熱設備降溫速度較慢，一般一天只能測定一個樣品 的線熱膨脹係數。這樣就給測定帶來了很多的不便。
發明內容
為了克服上述的缺陷，本發明提供一種無需將樣品製成統一定幾何尺寸的棒狀 體，對供試樣品的形狀皆容性強，且能夠同時測定多個樣品的線熱膨脹係數測定儀，測定系 統及測定方法。為達到上述目的，本發明線熱膨脹係數測定儀，包括機架，加熱爐，位移傳感器和 溫度傳感器，所述溫度傳感器設置在所述加熱爐內，其特徵在於，所述機架由固定連接的底座和立柱構成，所述立柱的上部設有一位置可相對其上 下可調的橫梁，並經鎖緊螺釘與所述立柱固連；所述橫梁的上方設有至少一個與其固連的位移傳感器支架，下方設有樣品支撐 座；所述樣品支撐座由樣品底座和支撐杆構成，所述支撐杆的上端與所述橫梁固定連 接，下端與所述樣品底座固連；所述位移傳感器支架上設有位置可相對其上下可調的位移傳感器支撐座，並經鎖 緊螺釘與所述位移傳感器支架固連，所述位移傳感器支撐座上設有所述位移傳感器；在所述橫梁上對應於每一個所述位移傳感器位置處均設有導向通孔，所述的導向 通孔內設有傳導杆；所述位移傳導杆的上端面與所述位移傳感器的感應端相接觸，下端面與放置在所 述樣品底座上的被檢測樣品的上端面相接觸；所述加熱爐底部設有一升降裝置，該升降裝置設置在所述機架底座上；所述加熱 爐上端對應所述樣品底座位置處設有與所述樣品底座的形狀和尺寸相當的進出口。進一步地，為保證所述位移傳導杆軸向移動的直線度，在所述支撐杆上和/或所 述位移傳感器支架上設有至少一個導向支撐。進一步地，為了提高所述位移傳感器的靈敏度，在所述位移傳感器支架上還設有 微震蕩發生器。進一步地，為加快所述加熱爐的散熱速度，所述加熱爐由爐體和爐蓋構成，所述的爐蓋上對應所述樣品底座位置處設有與所述樣品底座的形狀和尺寸相當的進出口。本發明線熱膨脹係數測定系統，包括測定裝置，包括機架，位移傳感器支架，樣品支撐座，加熱爐，升降裝置和位移傳導 杆；其中，所述機架由固定連接的底座和立柱構成，所述立柱的上部設有一位置可相對其上 下可調的橫梁，並經鎖緊螺釘與所述立柱固連；所述橫梁的上方設有至少一個與其固連的 位移傳感器支架，下方設有樣品支撐座；所述樣品支撐座由樣品底座和支撐杆構成，所述支 撐杆的上端與所述橫梁固定連接，下端與所述樣品底座固連；所述位移傳感器支架上設有 位置可相對其上下可調的位移傳感器支撐座，並經鎖緊螺釘與所述位移傳感器支架固連； 在所述橫梁上設有導向通孔，其內設有所述位移傳導杆；所述位移傳導杆的下端面與放置 在所述樣品底座上的被檢測樣品的上端面相接觸；所述加熱爐底部設有所述升降裝置，該 升降裝置設置在所述機架底座上；所述加熱爐上端對應所述樣品底座位置處設有與所述樣 品底座的形狀和尺寸相當的進出口；傳感器單元，包括至少一個位移傳感器和溫度傳感器；所述位移傳感器設置在所 述位移傳感器支撐座上，所述位移傳感器的感應端與所述位移傳導杆的上端面相接觸，所 述溫度傳感器的感溫端設置在所述加熱爐內；控溫儀，其輸入端與所述溫度傳感器的信號輸出端相連接，其控制信號輸出端與 所述加熱爐的控制信號輸入端相連接；以及，採樣計算單元，由信號採集器和計算機構成；所述信號採集器的信號輸入端分別 與所述位移傳感器和所述控溫儀的信號輸出端相連接，所述信號採集器的信號輸出端與所 述計算機相連。進一步地，為了提高所述位移傳感器的靈敏度，在所述位移傳感器支架上還設有 微震蕩發生器。進一步地，為保證所述位移傳導杆軸向移動的直線度，在所述支撐杆上和/或所 述位移傳感器支架上設有至少一個導向支撐。進一步地，為加快所述加熱爐的散熱速度，所述加熱爐由爐體和爐蓋構成，所述的 爐蓋上對應所述樣品底座位置處設有與所述樣品底座的形狀和尺寸相當的進出口。本發明線熱膨脹係數測定系統的測定方法，包括以下步驟(1)將至少一個樣品放置在樣品支撐座的底座上，調整樣品的上端面與位移傳導 杆的下端面使兩端面相接觸，並調整樣品使其與位移傳導杆同軸；(2)啟動升降裝置，使加熱爐上升至被測樣品全部處於加熱爐的恆溫區內即停 止；(3)溫度傳感器監測加熱爐內的初始溫度，並將此時的位移傳感器的輸出信號置 零或作為初始值；(4)加熱爐開始加熱，同時開啟控溫儀以控制加熱爐的升溫速度；(5)位移傳感器開始監測樣品被測端的位移變化並輸出位移信號，同時，溫度傳感 器開始監測加熱爐內的溫度值並通過控溫儀輸出溫度信號；(6)所述信號採集器採集來自各位移傳感器的位移信號，以及來自控溫儀的溫度 信號，並將位移信號和溫度信號傳輸到計算機中，計算出每個樣品的線熱膨脹係數。進一步地，步驟(1)完成後，開啟設置在所述位移傳感器支架上的微震蕩發生器。
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本發明具有以下幾點有益效果(1)無需將被測樣品製成特定幾何尺寸的棒狀體再進行測定；本發明對供試樣品 的形狀皆容性強，可以是棒狀、異性類棒狀、管狀、條狀、片狀乃至將樣品整體放入測定儀中 進行測定，且能夠同時測定多個樣品的線熱膨脹係數。(2)本發明可直接將樣品放置在樣品支撐座的底座上，並調整各樣品的上端面和 與其對應的傳導杆的下端面相接觸，以及樣品和傳導杆的同軸度；調整好後，啟動升降裝置 即可使加熱爐上升至樣品完全處於加熱爐的恆溫區內，這樣的設計保證了調整好後的樣品 和傳導杆之間的相對位置不發生變化。(3)可同時測定多個樣品的線膨脹係數；本發明對應每一個樣品設置了一個位移 傳感器，用於監測溫度發生變化時樣品的伸長量，通過信號採集器將各位移傳感器的位移 信號和溫度傳感器的溫度信號傳輸到計算機中，並經計算機中的計算軟體能夠同時得出多 個樣品的線熱膨脹係數和膨脹曲線。(4)可在較短的時間內測定下一組樣品；本發明在測量完上一組樣品後，可取下 加熱爐上的爐蓋，加快加熱爐的散熱速度。
圖1為本發明線熱膨脹係數測定儀的一實施例結構示意圖；圖2為本發明線熱膨脹係數測定儀的另一實施例結構示意圖；圖3為本發明線熱膨脹係數測定系統的實施例結構示意圖。
具體實施例方式下面結合說明書附圖對本發明的具體實施方式
做詳細描述。如圖1和圖2所示所述線熱膨脹係數測定儀，所述機架由固定連接的底座1和立 柱2構成，所述立柱2的上部設有一位置可相對其上下可調的橫梁3，並經鎖緊螺釘4與所 述立柱2固連；所述橫梁3的上方設有兩個與其固連的位移傳感器支架51和52，下方設有樣品支 撐座；所述樣品支撐座由樣品底座7和支撐杆6構成，所述支撐杆6的上端與所述橫梁 3固定連接，下端與所述樣品底座7固連；所述位移傳感器支架51上設有位置可相對其上下可調的位移傳感器支撐座81， 並經鎖緊螺釘9與所述位移傳感器支架51固連，所述位移傳感器支撐座81上設有位移傳 感器11，如圖1和圖2所示位移傳感器10的安裝結構同位移傳感器11 ；在所述橫梁3上對應於每一個所述位移傳感器10和11位置處均設有導向通孔， 並在其內設有位移傳導杆12和13 ；所述位移傳導杆12和13的上端面分別與所述位移傳感器10和11的感應端相接 觸，下端面分別與放置在所述樣品底座7上的被檢測樣品18和19的上端面相接觸；所述升降裝置的上端通過子母連接方式與所述加熱爐的底部固連；該升降裝置設 置在所述機架底座1上；所述升降裝置可以為齒輪和齒條裝置，或蝸輪和蝸杆裝置，或氣 缸，或液壓缸。圖1中所示的升降裝置為齒輪和齒條裝置15，圖2中為液壓缸或氣壓缸21 ；
所述加熱爐由爐體140和爐蓋141構成，在所述加熱爐蓋141上對應所述樣品底 座7的位置處設有與所述樣品底座7的形狀和大小相當的進出口 142 ；本實施例中為保證傳導杆軸線運動的直線度，在所述支撐杆6上和所述位移傳感 器支架51上分別設置了傳導杆導向支撐200，201和203 ；為提高所述位移傳感器的靈敏 度，在所述位移傳感器支架51和位移傳感器支架52上分別設置了微震蕩發生器211和 212。另外，還在所述位移傳感器支架51上設置了微調裝置161，所述微調裝置161可對所 述傳感器11進行上下位置的微調，同樣，所述位移傳感器支架52上也安裝了一個微調裝置 162，所述微調裝置162可對所述傳感器10進行上下位置的微調，用於減小各接觸面間的微 小間隙。如圖3所示所述線熱膨脹係數測定系統，包括測定裝置，傳感器單元，控溫儀和採 樣計算單元；其中，測定裝置，包括機架，位移傳感器支架5，樣品支撐座，加熱爐，升降裝置和位移傳 導杆12和13構成；其中，所述機架由固定連接的底座1和立柱2構成，所述立柱1的上部 設有一位置可相對其上下可調的橫梁3，並經鎖緊螺釘4與所述立柱2固連；所述橫梁3的 上方設有兩個與其固連的位移傳感器支架51和52，下方設有樣品支撐座；所述樣品支撐座 由樣品底座7和支撐杆6構成，所述支撐杆6的上端與所述橫梁3固定連接，下端與所述樣 品底座7固連；所述位移傳感器支架51上設有位置可相對其上下可調的位移傳感器支撐座 81，並經鎖緊螺釘9與所述位移傳感器支架51固連；所述位移傳感器支架52上也設有位置 可相對其上下可調的位移傳感器支撐座82，並經鎖緊螺釘與所述位移傳感器支架52固連； 在所述橫梁3上設有導向通孔，其內設有所述位移傳導杆12和13 ；所述位移傳導杆12和 13的下端面分別與放置在所述樣品底座上的被檢測樣品18和19的上端面相接觸；所述加 熱爐底部通過子母連接方式與所述升降裝置的上端固連，該升降裝置為液壓缸或氣缸21， 其設置在所述機架底座上；本實施例中所述加熱爐是由爐體140和爐蓋141構成，所述爐 蓋上對應所述樣品底座7位置處設有與所述樣品底座7的形狀和尺寸相當的進出口 142 ；傳感器單元，包括兩個位移傳感器10和11，以及溫度傳感器17 ；所述位移傳感器 10和11分別設置在所述位移傳感器支撐座82和81上，所述位移傳感器10和11的感應端 分別與所述位移傳導杆12和13的上端面相接觸，所述溫度傳感器17的感溫端設置在所述 加熱爐內；控溫儀24的信號輸入端與所述溫度傳感器17的信號輸出端相連接，所述控溫儀 具有升溫速度控制功能以及恆溫功能，其控制信號輸出端與所述加熱爐的控制信號輸入端 相連接；採樣計算單元，由22信號採集器和計算機23構成；所述信號採集器22的信號輸 入端分別與所述位移傳感器10和11以及所述控溫儀24的信號輸出端相連接，所述信號採 集器22的信號輸出端與所述計算機23相連。本實施例中，為提高所述位移傳感器的靈敏度，在所述位移傳感器支架51和位移 傳感器支架52上還分別設置了微震蕩發生器211和212。下面結合圖3對本發明所述線膨脹係數測定系統的測定方法進行詳細地說明。步驟1，當所述加熱爐處於最低位置處時，將樣品18和19放置在所述樣品支撐座 的底座7上；對於不同尺寸的被測樣品，可以通過調整所述橫梁3和/或位移傳感器支撐座
782和81的上下位置，使得所述位移傳導杆12和13分別與樣品18和19的上端面相接觸， 同時所述位移導向杆12和13的上端面分別與所述位移傳感器10和11的感應端相接觸； 再調整樣品8和9使其分別與位移傳導杆12和13同軸；最後還可通過微調裝置161和162 進行微調，減小各接觸面之間可能存在的微小間隙；調整好後分別開啟設置在所述位移傳 感器支撐架51和52上的微震蕩發生器211和212，以提高所述位移傳感器的靈敏度。步驟2，啟動升降裝置21，使加熱爐上升至被測樣品18和19全部處於加熱爐的 恆溫區內即停止。步驟3，溫度傳感器17監測加熱爐內的初始溫度T。，並將該初始溫度Ttl通過控溫 儀24傳輸給信號採集器22，並通過信號採集器22傳輸到計算機23中；同時監測樣品18和 19的位移傳感器10和11的輸出信號即初始值Lltl，L20,並將該輸出信號經信號採集器22傳 輸到計算機23中。步驟4，加熱爐開始以一定的升溫速度對被測試樣品18和19進行加熱。步驟5，在加熱爐溫度不斷升高的過程中，被測試樣品18和19受熱開始膨脹，此時 位移傳感器10和11實時感應被測試品18和19的膨脹變化並輸出位移信號，同時溫度傳 感器17實時監測加熱爐內的溫度並輸出溫度信號。步驟6，信號採集器22實時的採集位移傳感器10和11輸出的位移信號以及控溫 儀24輸出的溫度信號，並實時的將採集到的位移信號和溫度信號輸入到計算機23中，再經 計算機軟體根據溫度變化量(TfTtl)和被測樣品18和19的伸長量(L』「L1(l)，(L』 2-L20)即 可分別計算出被測式樣品18和19在該溫度下的線熱膨脹係數α工和α 2。計算公式如下α = (L1-L0)/L0 (T1-T0) + α Q其中，α _熱膨脹係數，X ΙΟΙ—1 ；L0, L1-分別為樣品起始溫度Ttl時所對應的長和T1時所對的長度，mm ；I；、T1-分別為加熱爐內的初始溫度和加熱後監測的溫度值，V ；α Q-樣品託架的熱膨脹係數。測定時需注意被測樣品與傳導杆的下端面相接觸的上端面需平整，且與傳導杆的 軸線相垂直；另外，樣品託架的熱膨脹係數應小於樣品的熱膨脹係數。本發明線熱膨脹係數測定儀，測定系統利用位移傳感器測定樣品的伸長量，利用 溫度傳感器監測加熱爐內的溫度，根據這些參數即可計算出樣品的線熱膨脹係數；或由計 算機中的程序軟體計算出被測樣品的線熱膨脹係數，自動畫出膨脹曲線，並實時的顯示出 來。以上，僅為本發明的較佳實施例，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本 技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在 本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應該以權利要求所界定的保護範圍為準。
權利要求
一種線熱膨脹係數測定儀，包括機架，加熱爐，位移傳感器和溫度傳感器，所述溫度傳感器設置在所述加熱爐內，其特徵在於，所述機架由固定連接的底座和立柱構成，所述立柱的上部設有一位置可相對其上下可調的橫梁，並經鎖緊螺釘與所述立柱固連；所述橫梁的上方設有至少一個與其固連的位移傳感器支架，下方設有樣品支撐座；所述樣品支撐座由樣品底座和支撐杆構成，所述支撐杆的上端與所述橫梁固定連接，下端與所述樣品底座固連；所述位移傳感器支架上設有位置可相對其上下可調的位移傳感器支撐座，並經鎖緊螺釘與所述位移傳感器支架固連，所述位移傳感器支撐座上設有所述位移傳感器；在所述橫梁上對應於每一個所述位移傳感器位置處均設有導向通孔，所述的導向通孔內設有傳導杆；所述位移傳導杆的上端面與所述位移傳感器的感應端相接觸，下端面與放置在所述樣品底座上的被檢測樣品的上端面相接觸；所述加熱爐底部設有一升降裝置，該升降裝置設置在所述機架底座上；所述加熱爐上端對應所述樣品底座位置處設有與所述樣品底座的形狀和尺寸相當的進出口。
2.根據權利要求1所述線熱膨脹係數測定儀，其特徵在於，在所述支撐杆上和/或所述 位移傳感器支架上設有至少一個導向支撐。
3.根據權利要求1所述線熱膨脹係數測定儀，其特徵在於，在所述位移傳感器支架上 還設有微震蕩發生器。
4.根據權利要求1所述線熱膨脹係數測定儀，其特徵在於，所述加熱爐由爐體和爐蓋 構成，所述的爐蓋上對應所述樣品底座位置處設有與所述樣品底座的形狀和尺寸相當的進 出口。
5.一種線熱膨脹係數測定系統，其特徵在於，包括測定裝置，包括機架，位移傳感器支架，樣品支撐座，加熱爐，升降裝置和位移傳導杆； 其中，所述機架由固定連接的底座和立柱構成，所述立柱的上部設有一位置可相對其上下 可調的橫梁，並經鎖緊螺釘與所述立柱固連；所述橫梁的上方設有至少一個與其固連的位 移傳感器支架，下方設有樣品支撐座；所述樣品支撐座由樣品底座和支撐杆構成，所述支撐 杆的上端與所述橫梁固定連接，下端與所述樣品底座固連；所述位移傳感器支架上設有位 置可相對其上下可調的位移傳感器支撐座，並經鎖緊螺釘與所述位移傳感器支架固連；在 所述橫梁上設有導向通孔，其內設有所述位移傳導杆；所述位移傳導杆的下端面與放置在 所述樣品底座上的被檢測樣品的上端面相接觸；所述加熱爐底部設有所述升降裝置，該升 降裝置設置在所述機架底座上；所述加熱爐上端對應所述樣品底座位置處設有與所述樣品 底座的形狀和尺寸相當的進出口；傳感器單元，包括至少一個位移傳感器和溫度傳感器；所述位移傳感器設置在所述位 移傳感器支撐座上，所述位移傳感器的感應端與所述位移傳導杆的上端面相接觸，所述溫 度傳感器的感溫端設置在所述加熱爐內；控溫儀，其輸入端與所述溫度傳感器的信號輸出端相連接，其控制信號輸出端與所述 加熱爐的控制信號輸入端相連接；以及採樣計算單元，由信號採集器和計算機構成；所述信號採集器的信號輸入端分別與所述位移傳感器和所述控溫儀的信號輸出端相連接，所述信號採集器的信號輸出端與所述計 算機相連。
6.根據權利要求5所述線熱膨脹係數測定系統，其特徵在於，在所述位移傳感器支架 上還設有微震蕩發生器。
7.根據權利要求5所述線熱膨脹係數測定系統，其特徵在於，在所述支撐杆上和/或所 述位移傳感器支架上設有至少一個導向支撐。
8.根據權利要求5所述線熱膨脹係數測定系統，其特徵在於，所述加熱爐由爐體和爐 蓋構成，所述的爐蓋上對應所述樣品底座位置處設有與所述樣品底座的形狀和尺寸相當的 進出口。
9.一種線熱膨脹係數測定系統的測定方法，其特徵在於，包括以下步驟(1)將至少一個樣品放置在樣品支撐座的底座上，調整樣品的上端面與位移傳導杆的 下端面使兩端面相接觸，並調整樣品使其與位移傳導杆同軸；(2)啟動升降裝置，使加熱爐上升至被測樣品全部處於加熱爐的恆溫區內即停止；(3)溫度傳感器監測加熱爐內的初始溫度，並將此時的位移傳感器的輸出信號置零或 作為初始值；(4)加熱爐開始加熱，同時開啟控溫儀；(5)位移傳感器開始監測樣品被測端的位移變化並輸出位移信號，同時，溫度傳感器開 始監測加熱爐內的溫度值並通過控溫儀輸出溫度信號；(6)所述信號採集器採集來自各位移傳感器的位移信號，以及來自控溫儀的溫度信號， 並將位移信號和溫度信號傳輸到計算機中，計算出每個樣品的線熱膨脹係數。
10.根據權利要求9所述線熱膨脹係數測定系統的測定方法，其特徵在於，步驟(1)完 成後，開啟設置在所述位移傳感器支架上的微震蕩發生器。
全文摘要
本發明公開一種線熱膨脹係數測定儀，測定系統及測定方法，主要是為了解決現有儀器只能測定特定幾何尺寸的棒狀體以及一次只能同時測定一個樣品等問題而設計。本發明包括機架，加熱爐和溫度傳感器，溫度傳感器設置在加熱爐內，機架由底座和立柱構成，立柱的上部設有一橫梁；橫梁的上方設有位移傳感器支架，下方設有樣品支撐座；位移傳感器支架上設有位移傳感器支撐座，並在其上設有位移傳感器；橫梁上設有導向通孔，其內設有傳導杆；傳導杆的上端面與位移傳感器的感應端相接觸，下端面與樣品的上端面相接觸；加熱爐的底端設有一升降裝置，並設置在機架底座上。採用上述結構，本發明可將樣品整體放入測定儀中進行測定，且能夠同時測定多個樣品。
文檔編號G01N25/16GK101900699SQ20101023778
公開日2010年12月1日 申請日期2010年7月27日 優先權日2010年7月27日
發明者原苓玉, 李馨白 申請人:李馨白;原苓玉