专利名称：自动化热膨胀系数测量仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种测量仪，具体地说，是涉及一种热膨胀系数测量仪。
背景技术：
膨胀系数是物体的固有特性，需要测量热膨胀特性的材料很广，如各种陶瓷、金属、复 合材料等，尤其在电子领域应用极广，如灯泡的金属导线、显像管的阳极帽、销钉和电子管 的管脚所用合金与玻璃封接，大功率发射管与陶瓷封接，半导体集成电路的引线与玻璃、塑 料封接等，诸如此类的封接，均要求金属的热膨胀系数与封接材料的相匹配，因此必须对各 种材料的热膨胀系数进行准确测量，即要求热膨胀系数测量仪器的精确度和准确度。根据国
内外膨胀合金标准对测量精度的要求均为10"6~10力°0数量级。
常用的膨胀系数测量仪， 一种是光学三角架膨胀仪， 一种是DIL型膨胀系数测量仪(以 DIL402型为例)。
如图1所示，光学三角架膨胀仪，包括石英管ll、石英杆121、传动杆122、固定杆13、 光学三角架16、加热炉15、设置在光学三脚架上的反射镜14、折射板17、感光板18和光源 19，固定杆13通过接触直角点E顶在光学三角架上。使用时，已知膨胀系数的标样A和被 测试样B分别装在两个紧邻且平行放置的石英管11内，通过石英杆121和传动杆122顶在光 学三角架16的两个支点C、 D上，当随温度的升高标样A伸长时，推动光点在x轴方向移动， 被测试样B的伸长同时也推动着光点在y轴移动，使光源19通过光学三角架16上的反射镜 14投到感光板18上，这样在感光板18上形成了同温度下被测试样的位移曲线，通过卡尺测量膨胀曲线指定温度下的纵坐标(即被测试样的伸长量)，据此可推算出被测试样的膨胀系数。 由于感光板18与光学三角架16有较长的距离，可将信号放大若干倍，因此这种方法可以测 量微小的变化，即可测量较低的膨胀系数。
该种光学三角架膨胀仪的缺点是①测试完毕后，必须将感光板显影和定影，周期长、
效率低；②需要用卡尺测量曲线上X轴温度点对应Y轴上的长度(伸长量)，作为计算被测 试样的膨胀系数的依据，测量过程中人为的测量误差较大。
如图2所示的DIL402型的膨胀系数测量仪，该仪器是把被测试样B装在石英管21内， 用石英棒22连接到传感器23上，传感器23固定在支架26上，当加热炉24对被测试样B 加热时，传感器23读出被测试样的AL变化信号，加热炉24内装有热电偶25，输出升温过 程中的温度信号，PLC控制器(可编程逻辑控制器)和计算机根据这两个信号，计算出被测 试样的膨胀系数。
该DIL402型的膨胀系数测量仪的缺点是其测量精度受热电偶测量精度的限制，热电 偶输出的温度完全反映被测试样的整体温度难度较大。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了解决上述膨胀系数测量仪的缺点，提供无需人工显影处理、无 需对膨胀曲线中的纵坐标伸长量进行人工测量，操作简单，测量快速准确的膨胀系数测量仪。
为实现上述目的，本实用新型釆用的技术方案为 一种自动化热膨胀系数测量仪，其利 用标样的伸长量来确定被测试样的加热温度，包括加热炉、两个紧邻且平行设置在加热炉内 的石英管，以及两根石英杆、两个传感器和主控单元，标样和被测试样分别置于所述石英管 内，其中之一的石英杆一端与标样连接，另一端与第一传感器连接，另一根石英杆一端与被测试样连接，另一端与第二传感器连接，所述第一、第二传感器再与主控单元连接。
优选地，所述主控单元包括一PLC控制器和一计算机，该计算机配有触摸屏显示软件。 优选地，所述标样采用Pyros合金。
优选地，所述加热炉内设有热电偶并配置有温度显示仪表。
本实用新型的有益效果为传感器直接读取标样和被测试样随温度升高时的伸长量，标 样伸长量信号传到主控单元时，主控单元能根据编制的程序计算出温度变化，当温度达到指 定温度时，立即根据被测试样的伸长量和温度计算出被测试样的膨胀系数；膨胀系数等各种
数据及膨胀曲线由可视化触摸屏即时显示，测试前对标样、试样长度及室温等原始参数设定
可在触摸屏上进行修改；加热炉内配置的热电偶和温度显示仪表可以在升温时监控温度；无 需人工显影处理和对膨胀曲线中的纵坐标伸长量进行人工测量，操作简单，测量快速准确。
图1为现有技术的光学三角架膨胀仪的示意图2为现有技术的DIL (402)型膨胀系数测量仪的示意图3为本实用新型的自动化热膨胀系数测量仪的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明。
参照图3，利用标样的伸长量来确定被测试样的加热温度，再利用加热温度和被测试样 的伸长量来计算被测试样的膨胀系数的自动化热膨胀系数测量仪，包括加热炉33，两个紧邻 且平行设置在加热炉33内的石英管311、 312，两根石英杆321、 322，传感器351、 352和主 控单元，主控单元包括PLC控制器36 (可编程逻辑控制器)和计算机37，该PLC控制器可存储输入输出数据，并对升温过程进行控制，该计算机配有触摸屏显示软件，可即时显示被 测试样的B的伸长量和膨胀系数，标样A和被测试样B分别置于所述石英管311、 312内， 石英杆321 —端与标样A连接，另一端与第一传感器351连接，石英杆322 —端与被测试样 B连接，另一端与第二传感器352连接，第一传感器35K第二传感器352与主控单元连接。 第一传感器351和第二传感器352为高精度传感器，它们分别测量标样A和被测试样B的伸 长量，测量的精度可达到0.02X10—6/°C。
作为优选的实施例，第一传感器351、第二传感器352、石英杆321和石英杆322通过支 架34支撑，加热炉33内设有热电偶并配置有温度显示仪表(热电偶和温度显示仪表图中未 示出)，以便升温时监控温度。
标样A选用反复加热膨胀特性稳定的Pyros合金(皮洛斯合金)，可根据其反复加热膨胀 性能稳定的特点标定同环境内被测试样的加热温度，测量时将标样A与被测试样B分别放置 在石英管311、 312的封闭端，石英杆321 —端与标样A连接，另一端与第一传感器351连 接，石英杆322 —端与被测试样B连接，另一端与第二传感器352连接。当加热炉33加热 使温度升高时，标样A伸长推动石英杆321移动，被测试样B伸长推动石英杆322移动，移 动量信号通过传感器351及传感器352传到PLC控制器，再由PLC内编制的程序按公式(1) 计算出温度变化量(T2-i;)，再根据此温度变化量和被测试样的伸长即可计算出被测试样B
在该温度下的膨胀系数。 a'_ (丄'-丄。)
其中热膨胀系数，X10—6/°C;
A 、 I'一分别为膨胀试样原长和伸长后的长度，mm;
^、 ^一分别为测试温度和室温温度，°c。该自动化热膨胀系数测量仪利用标样的伸长量来确定被测试样的加热温度，再利用高精 度传感器测量标样和被测试样的伸长量，根据这些参数即可计算出被测试样的膨胀系数，同 时可在触摸屏上实时显示结果数据；并且加热炉内有热电偶并配有温度显示仪表，升温时可 监控升温，升温速率也由PLC控制器内的程序设定。传感器测量的信号输入PLC控制器， 由编制的程序计算出被测试样的膨胀系数并画出膨胀曲线，并且膨胀系数等各种数据及膨胀 曲线由可视化触摸屏即时显示，测试前对标样、试样长度和室温等原始参数设定值可在触摸 屏上进行修改。
综上所述仅为本实用新型较佳的实施例，并非用来限定本实用新型的实施范围。即凡依 本实用新型申请专利范围的内容所作的等效变化及修饰，皆应属于本实用新型的技术范畴。
权利要求1、一种自动化热膨胀系数测量仪，其利用标样的伸长量来确定被测试样的加热温度，包括加热炉、两个紧邻且平行设置在加热炉内的石英管，以及两根石英杆、两个传感器和主控单元，其特征在于标样和被测试样分别置于所述石英管内，其中之一的石英杆一端与标样连接，另一端与第一传感器连接，另一根石英杆一端与被测试样连接，另一端与第二传感器连接，所述第一、第二传感器再与主控单元连接。
2、 根据权利要求1所述的自动化热膨胀系数测量仪，其特征在于，所述主控单元包括一PLC控制器和一计算机，该计算机配有触摸屏显示软件。
3、 根据权利要求2所述的自动化热膨胀系数测量仪，其特征在于，所述标样采用Pyros合 金。
4、 根据权利要求l所述的自动化热膨胀系数测量仪，其特征在于，所述加热炉内设有热电 偶并配置有温度显示仪表。
专利摘要本实用新型的自动化热膨胀系数测量仪，其利用标样的伸长量来确定被测试样的加热温度，包括加热炉、两个紧邻且平行设置在加热炉内的石英管，以及两根石英杆、两个传感器和主控单元，标样和被测试样分别置于所述石英管内，其中之一的石英杆一端与标样连接，另一端与第一传感器连接，另一根石英杆一端与被测试样连接，另一端与第二传感器连接，所述第一、第二传感器再与主控单元连接。本实用新型无需人工显影处理，也无需对膨胀曲线中的纵坐标伸长量进行人工测量，操作简单，测量快速准确。
文档编号G01N25/16GK201225989SQ20082010860
公开日2009年4月22日 申请日期2008年6月10日 优先权日2008年6月10日
发明者宋艳丽, 李玲珍, 秦红霞, 郭祥林 申请人:北京冶科电子器材有限公司;冶科金属有限公司