本发明涉及材料热膨胀性测量领域，特别是一种用于低幅度温度调制测量的高稳定度非接触膨胀计。
背景技术：
热膨胀系数是材料物理性能中的一个重要参数，测定固体热膨胀系数对研究该材料的基本特性有重要的实际意义，通常使用膨胀计来测量；膨胀计是用于研究各类材料的热膨胀和相转变的方法，适用于金属、陶瓷、高分子聚合物等材料；测量热膨胀系数的难点是如何精确测定固体随温度变化时的长度变化。目前常用的热膨胀系数测量方法主要分为机械式和光学干涉式两种，其中机械式测量是一种非绝对测量方法，该法属于接触式测量，由于机械应力的存在，使得该方法的测量准确度不高；而光学干涉法虽测量精度比机械法有所提高，但测试样品的范围受到限制，如迈克尔逊干涉法测量的样品为非透明材料，迈克尔逊热膨胀干涉仪是一种利用分割光波振幅的方法实现干涉，并以此来测量固体长度变化的精密仪器，其原理是激光束经被测样品或中间界面反射与入射光产生干涉，通过移动的干涉条纹数量换算得到热膨胀系数，中国发明专利一种材料热膨胀系数的双光束激光干涉测量方法，专利号200710176227.1就是该种热膨胀干涉仪的测量方法。温度调制技术，也就是使样品温度在原温度下在一定范围内有可控的变化，如施加一个正弦的变温量，最早在30年前被应用在特别的加热测量中，之后又被用在差分扫描热量计上；温度调制的热物理测量实验可以得到多种不同材料的相转变行为的信息，特别是对低温下的非金属体系，有多种研究方法，但是，没有适合于块状金属合金样品的温度调制测试的高温仪器。温度调制实验需要给样品加热的炉子满足这样的特性：能升到极高温度，而同时热惰性很低，即能够快速调节样品温度，以此适应热量流快速变化的需要，同时，对于时间尺度较长的实验，要能保证足够的温度稳定性。传统的依靠热辐射来加热样品的炉子由于加热元件的温度相对较低，只能提供很有限的样品加热速率，而且，样品周围的材料的升温也对长时间的温度测量实验造成影响，再者，输入能量只有一小部分能用在样品加热上，其他部分能量都以辐射或传导的途径耗散了。
技术实现要素：
为了解决上述问题，所述一种用于低幅度温度调制测量的高稳定度非接触膨胀计，加热管及样品均位于真空腔内，真空有效地隔绝了加热管的传热，只有加热元件、样品和样品架是被加热的，即冷壁加热，能够使得真空加热炉腔壁等其他部分保持冷却状态；能够快速升温，并且能以较高的精度快速调节样品温度，满足温度调制实验的需要，对于长时间的实验也有很高的温度稳定度。
本发明所采用的技术方案是：
所述一种用于低幅度温度调制测量的高稳定度非接触膨胀计主要包括真空加热炉、样品管、位于样品管内的样品架i和样品架ii、激光干涉仪感应头、激光器、冷却水机、氦气流量控制系统、空气流量控制系统、加热管电源、反馈电路、计算机、气管i、气管ii、水管、光路i、光路ii、主要由卤素灯和硅保护管组成的加热管、加热炉盖子、石英窗口、反射器，所述样品管通过螺丝与所述加热炉盖子连接，所述激光器发射光路i和光路ii两束激光能够分别打在位于样品架i上的被测样品和位于样品架ii上的对照样品表面上，所述激光干涉仪感应头通过单模玻璃纤维线缆与所述激光器连接，所述氦气流量控制系统通过所述气管i连接所述样品管，所述空气流量控制系统通过所述气管ii连接所述加热管的硅保护管，位于所述真空加热炉外的所述冷却水机通过所述水管连接所述加热管的硅保护管，以冷却所述卤素灯的发热组件，所述氦气流量控制系统、空气流量控制系统、加热管电源、反馈电路均位于所述真空加热炉外并连接所述计算机，所述样品管、加热管均具有三套并均位于所述真空加热炉内，所述样品管处于所述真空加热炉的中心位置，所述真空加热炉的内腔上下均具有金属箔反射涂层、侧壁为三个横截面是椭圆轮廓形状的反射器，每个所述反射器的各自的一个椭圆焦点均对应于一个所述加热管内的卤素灯所在位置、各自的另一个椭圆焦点重合于所述样品管所在位置，从而能够将所述加热管的绝大部分热量都汇聚到所述样品管处，能够使得所述真空加热炉腔壁保持冷却状态，所述真空加热炉具有一个透明的石英窗口以便激光光束或样品进入，激光束的大气光路保持在100mm左右，所述真空加热炉和所述激光干涉仪感应头之间连接有一个装有被动空气悬浮系统的重石桌，能够隔离振动。
所述氦气流量控制系统用于控制气流，通过所述气管i连接所述样品管，氦气既可以用于给样品降温，气流通入卤素灯外的硅保护管，以快速调节卤素灯输出的热量，同时也能够给卤素灯的加热单元降温，防止卤素灯过热，使得其温度保持在最佳温度范围。硅保护管将卤素灯与真空系统分开，即气流通入硅保护管内，在卤素灯和硅保护管之间流动，由于实验时需要对所述真空加热炉抽真空，硅保护管外侧与所述反射器之间为真空环境。
所述空气流量控制系统通过所述气管ii连接所述加热管的硅保护管，气流通入后，以快速调节所述加热管的输出热量，同时给卤素灯的加热单元降温。冷却水机通过水管连接加热管，输出冷却水来给相关的加热单元降温。
所述真空加热炉的内腔上下均具有金属箔反射涂层能够有效反射热量、内腔侧壁的椭圆形反射器能够将所述加热管辐射的大部分热量反射，加上所述加热管和所述样品管的位置都处于椭圆的焦点上，能够使反射的热量尽可能集中到所述样品管上，并使腔壁保持冷却。
非接触的长度测量由双光束的迈克耳孙激光干涉仪实现，其采用的双光束原理可以用于同时测量样品相对于某个参照物(差分膨胀计)或某个参照平面(高稳定度绝对值测量)的长度变化。所述双光束即所述光路i和光路ii，当所述激光器发射光路i和光路ii两束激光分别打在位于样品架i上的被测样品和位于样品架ii上的对照样品表面上，调节激光光束位置，使两束激光经样品表面反射各自沿原路返回到激光发射口，与入射光形成干涉；利用所述激光干涉仪感应头测得激光束光路i和光路ii光程位移变化，再经过后续分析就能够算出被测样品的膨胀量。
本发明的有益效果是：
本发明使用卤素灯使加热元件的温度改变在2000k/s，适合控制反馈的延迟时间，加热率的变化与电源输入功率的变化几乎同步；加热管及样品均位于真空腔内，真空有效地隔绝了加热管的传热，只有加热元件、样品和样品架是被加热的，即冷壁加热，能够使得真空加热炉腔壁等其他部分保持冷却状态，真空加热炉的其他组件保持在一个恒定的温度，这样实验过程中的温控会比较稳定；是快速、精确控制的光学加热炉和无接触高分辨干涉测量原理的结合，扩展了温度调制膨胀计的测量潜力。
附图说明
下面结合本发明的图形进一步说明：
图1是本发明构造示意图；
图2是真空加热炉放大示意图；
图3是图2的a-a剖面示意图；
图4是三个反射器的横截面放大示意图。
图中，1.真空加热炉，2.样品管，3.样品架i，4.样品架ii，5.激光干涉仪感应头，6.激光器，7.冷却水机，8.氦气流量控制系统，9.空气流量控制系统，10.加热管电源，11.反馈电路，12.计算机，13.气管i，14.气管ii，15.水管，16.光路i，17.光路ii，18.加热管，19.加热炉盖子，20.石英窗口，21.反射器。
具体实施方式
如图1是本发明构造示意图，主要包括真空加热炉1、样品管2、位于样品管2内的样品架i3和样品架ii4、激光干涉仪感应头5、激光器6、冷却水机7、氦气流量控制系统8、空气流量控制系统9、加热管电源10、反馈电路11、计算机12、气管i13、气管ii14、水管15、光路i16、光路ii17、主要由卤素灯和硅保护管组成的加热管18、加热炉盖子19、石英窗口20、反射器21，所述样品管2通过螺丝与所述加热炉盖子19连接，所述激光器6发射光路i16和光路ii17两束激光能够分别打在位于样品架i3上的被测样品和位于样品架ii4上的对照样品表面上，所述激光干涉仪感应头5通过单模玻璃纤维线缆与所述激光器6连接，所述氦气流量控制系统8通过所述气管i13连接所述样品管2，所述空气流量控制系统9通过所述气管ii14连接所述加热管18的硅保护管，位于所述真空加热炉1外的所述冷却水机7通过所述水管15连接所述加热管18的硅保护管，以冷却所述卤素灯的发热组件，所述氦气流量控制系统8、空气流量控制系统9、加热管电源10、反馈电路11均位于所述真空加热炉1外并连接所述计算机12。
如图2是真空加热炉放大示意图；
如图3是图2的a-a剖面示意图，图3反映横截面上具有三个部分重叠的相同椭圆，所述样品管2、加热管18均具有三套并均位于所述真空加热炉1内，所述样品管2处于所述真空加热炉1的中心位置，所述真空加热炉1的内腔上下均具有金属箔反射涂层、侧壁为三个横截面是椭圆轮廓形状的反射器21，每个所述反射器21的各自的一个椭圆焦点均对应于一个所述加热管18内的卤素灯所在位置、各自的另一个椭圆焦点重合于所述样品管2所在位置，从而能够将所述加热管18的绝大部分热量都汇聚到所述样品管2处，能够使得所述真空加热炉1腔壁保持冷却状态，所述真空加热炉1具有一个透明的石英窗口20以便激光光束或样品进入，激光束的大气光路保持在100mm左右，所述真空加热炉1和所述激光干涉仪感应头5之间连接有一个装有被动空气悬浮系统的重石桌，能够隔离振动。
如图4是三个反射器的横截面放大示意图，反映了三个椭圆的完整轮廓线，三个所述椭圆的各自的其中一个焦点重合于所述样品管(2)所在位置。
所述氦气流量控制系统8用于控制气流，通过所述气管i13连接所述样品管2，氦气既可以用于给样品降温，气流通入卤素灯外的硅保护管，以快速调节卤素灯输出的热量，同时也能够给卤素灯的加热单元降温，防止卤素灯过热，使得其温度保持在最佳温度范围。硅保护管将卤素灯与真空系统分开，即气流通入硅保护管内，在卤素灯和硅保护管之间流动，由于实验时需要对所述真空加热炉1抽真空，硅保护管外侧与所述反射器21之间为真空环境。
所述空气流量控制系统9通过所述气管ii14连接所述加热管18的硅保护管，气流通入后，以快速调节所述加热管18的输出热量，同时给卤素灯的加热单元降温。冷却水机7通过水管15连接加热管18，输出冷却水来给相关的加热单元降温。
所述真空加热炉1的内腔上下均具有金属箔反射涂层能够有效反射热量、内腔侧壁的椭圆形反射器21能够将所述加热管18辐射的大部分热量反射，加上所述加热管18和所述样品管2的位置都处于椭圆的焦点上，能够使反射的热量尽可能集中到所述样品管2上，并使腔壁保持冷却。
非接触的长度测量由双光束的迈克耳孙激光干涉仪实现，其采用的双光束原理可以用于同时测量样品相对于某个参照物(差分膨胀计)或某个参照平面(高稳定度绝对值测量)的长度变化。所述双光束即所述光路i16和光路ii17，当所述激光器6发射光路i16和光路ii17两束激光分别打在位于样品架i3上的被测样品和位于样品架ii4上的对照样品表面上，调节激光光束位置，使两束激光经样品表面反射各自沿原路返回到激光发射口，与入射光形成干涉；利用所述激光干涉仪感应头5测得激光束光路i16和光路ii17光程位移变化，再经过后续分析就能够算出被测样品的膨胀量。