一种膨胀分析仪的制作方法

本实用新型涉及一种材料膨胀性能测试仪器，属于材料性能测试领域。

背景技术：

膨胀分析是材料分析应用基础手段，广泛应用于材料各个领域。利用热膨胀分析可研究材料多项特性。是材料分析必不可少的基础测试手段，也是材料实验教学必须环节，膨胀分析在材料研究与材料学科实验教学中具有及其重要的地位已成为材料专业学生必须掌握的基础分析手段之一。为此国内外仪器厂商相继推出多型号膨胀分析仪器，但均存在设备价格高（30—100万人民币），耗材及配件费用昂贵等问题，限制了实验教学中学生动力能力的发挥，并且设备为科研测试型，教学效果不理想。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提高一种膨胀分析仪，包括机箱1、炉体底座3、炉体4、炉上盖5、水套底板6、水套7、热电偶接出端8、热电偶11、位移传感器、推杆压头17、石英管上夹头20、石英管下夹头22、推杆23、石英管24、试样25；机箱1上面设有炉体底座3，炉体4竖直安装在炉体底座3上，炉体4上端设有炉上盖5，炉上盖5上面设有水套底板6，水套底板6的上面设有水套7；千分表支柱16安装在水套7上，千分表架13活动安装在千分表支柱16上，千分表14活动安装在千分表架13上；石英管24通过石英管上夹头20、石英管下夹头22固定并安装在水套7上；推杆23插入石英管24中，其上端与推杆压头17的下端连接，下端与试样25接触，试样25安装于石英管24内；推杆压头17放置在石英管上夹头20上，推杆压头17位于位移传感器的正下方，热电偶接出端8、石英管上夹头20、石英管下夹头22均安装在水套7上。

优选的，本实用新型所述水套7上设有接口Ⅰ15、接口Ⅱ9、接口Ⅵ18、接口Ⅴ21，推杆压头17上设有接口Ⅳ19、接口Ⅲ10；接口Ⅰ15、接口Ⅱ9、接口Ⅲ10、接口Ⅳ19、接口Ⅴ21、接口Ⅵ18依次用软管连通构成密闭恒温水循环系统。

优选的，本实用新型所述位移传感器为千分表14，千分表14活动安装在千分表架13上，千分表架13活动安装在千分表支柱16上，千分表支柱16安装在水套7上。

优选的，本实用新型所述千分表架13通过千分表架螺栓12安装在千分表支柱16上,可调节其高度。

优选的，本实用新型所述炉体包括发热体、耐火层、保温层、外壳，炉体底座3由隔热材料制成。

优选的，本实用新型所述机箱1上设有显示控制器2。

本实用新型在炉体底座上端设置水套底板6与水套7构成恒温系统防止炉体热量影响长度测量系统温度变化导致尺寸变化而影响测试精度。为防止推杆压头17温度变化影响测量精度，在压头上安装接口Ⅲ10、接口Ⅳ19通与冷却水；温度测量热电偶11、千分表14数据一同接入系统，通过LDE显示器实时显示，如图1~3所示。

本实用新型的工作原理：将一定长度的样品放置于炉体4中，设定实验所要求的温度程序，升温、降温、恒温及其组合并运行，此时样品长度的变化膨胀、收缩通过推杆传递到上端的推杆压头17并由千分表14实时连续地测量该长度变化，同时通过热电偶11测量样品温度，并将ΔL、T数据传输到计算机程序中记录，再经过分析计算后，得到T—ΔL曲线。

本实用新型所述膨胀分析仪的具体工作过程：由冷却水保持温度恒定的水套7构成伸长量ΔL测量基准平台，水套7上面固定有千分表支柱16，千分表支柱16上安装有千分表架13、千分表架13上安装有千分表14，调节千分表架13在合适的高度让千分表14与推杆压头17紧密接触，然后将千分表架13通过千分表架紧固螺栓12固定于千分表支柱16上，保证了千分表14与水套7相对位置不变。石英管上夹头20石英管下夹头22配合后固定石英管24、石英管下夹头22放置于水套7位置相对固定，从而保证石英管24测试过程中与水套7位置相对固定。试样25安装于石英管24底部，试样25上端放置推杆23、推杆23上端放置推杆压头17、推杆压头17重量通过推杆23对试样25施加一定的压力。当温度变化试样25产生长度变化ΔL时，其变化ΔL通过推杆23传递到推杆压头17，此时推杆压头17相对于水套7产生位移，其位移量为试样25尺寸变化量ΔL，千分表14已安装于推杆压头17上方并于之接触，千分表14与水套7位置恒定，此时千分表14读数即为试样长度变化量ΔL。

温度测量热电偶11热端放置于试样25上，与试样25紧密接触，测量热电偶11通过推杆压头17垂直的二个槽引出接于热电偶接出端8上，热电偶接出端8另一端与测温计算机相连从而实现温度的测量与控制。

温度测量采用嵌入式计算机测量系统，该系统具有测试精度高、稳定可靠等特点并可依据实验要求更换不同的温度传感器，例如Ｓ型铂铑10－铂热电偶、K型镍铬－镍硅热电偶，依据不同热电偶测温精度达到±0.1—±0.5度，满足了科研及实验教学要求。

本实用新型的有益效果：

（1）本实用新型结构简单、成本低廉，配件费用极低，满足了实验室工作要求，同时仪器还有安全、性能稳定、容易操作等优点；实验原理与过程展示效果好，直观明了；

（2）相比现有膨胀分析仪，设备性价比高，可满足一般日常检验工作需求。

附图说明

图1为本膨胀测试仪整体结构图；

图2为本膨胀测试仪测量系统结构示意图；

图3为本膨胀测试仪试样长度测量机温度测量结构图。

图中：1-机箱；2-显示控制器；3-炉体底座；4-炉体；5-炉上盖；6-水套底板；7-水套；8-热电偶接出端；9-接口Ⅱ；10-接口Ⅲ；11-热电偶；12-千分表架螺栓；13-千分表架；14-千分表；15-接口Ⅰ；16-千分表支柱；17-推杆压头；18-接口Ⅵ；19-接口Ⅳ；20-石英管上夹头；21-接口Ⅴ；22-石英管下夹头；23-推杆；24-石英管；25-试样。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本实用新型做进一步描述，但本实用新型不限于以下所述范围。

实施例1

本实施例所述膨胀分析仪包括机箱1、炉体底座3、炉体4、炉上盖5、水套底板6、水套7、热电偶接出端8、热电偶11、千分表架13、千分表14、千分表支柱16、推杆压头17、石英管上夹头20、石英管下夹头22、推杆23、石英管24、试样25；机箱1上面设有炉体底座3，炉体4竖直安装在炉体底座3上，炉体4上端设有炉上盖5，炉上盖5上面设有水套底板6，水套底板6的上面设有水套7；千分表支柱16安装在水套7上，千分表架13通过千分表架螺栓12安装在千分表支柱16上,可调节其高度，千分表14活动安装在千分表架13上；石英管24通过石英管上夹头20、石英管下夹头22固定并安装在水套7上；推杆23插入石英管24中，其上端与推杆压头17的下端连接，下端与试样25接触，试样25安装于石英管24内；推杆压头17放置在石英管上夹头20上，推杆压头（17）位于千分表（14）的正下方，热电偶接出端8、石英管上夹头20、石英管下夹头22均安装在水套7上，水套7上设有接口Ⅰ15、接口Ⅱ9、接口Ⅵ18、接口Ⅴ21，推杆压头17上设有接口Ⅳ19、接口Ⅲ10；接口Ⅰ15、接口Ⅱ9、接口Ⅲ10、接口Ⅳ19、接口Ⅴ21、接口Ⅵ18依次用软管连通构成密闭恒温水循环系统；炉体包括发热体、耐火层、保温层、外壳，炉体底座3由隔热材料制成；机箱1上设有显示控制器2，如图1~3所示。

本实施例中位移传感器（LVDT）采用日本Mitutoyo高精度数显千分表，其测量精度达到万分之一毫米，测试数据在千分表表头上实时显示并通过RS232串口传输到计算机，热电偶采用K型镍铬－镍硅热电偶测温精度达到±0.5℃，样品成分为Zn-Al合金尺寸φ10×60mm，设置升温速率为5℃/min,采样频率50Ms,测试温度范围30~400℃，测试仪实时数绘制ΔL—T曲线，测试数据采用Origin分析表明，在30~300℃温度范围内试样平均线膨胀系数α=2.7×10^-5 ×℃^-1,试样相变启始温度为360℃，结束温度为390℃。

实施例2

本实施例所述膨胀分析仪包括机箱1、炉体底座3、炉体4、炉上盖5、水套底板6、水套7、热电偶接出端8、热电偶11、千分表架13、千分表14、千分表支柱16、推杆压头17、石英管上夹头20、石英管下夹头22、推杆23、石英管24、试样25；机箱1上面设有炉体底座3，炉体4竖直安装在炉体底座3上，炉体4上端设有炉上盖5，炉上盖5上面设有水套底板6，水套底板6的上面设有水套7；千分表支柱16安装在水套7上，千分表架13活动安装在千分表支柱16上，千分表14活动安装在千分表架13上；石英管24通过石英管上夹头20、石英管下夹头22固定并安装在水套7上；推杆23插入石英管24中，其上端与推杆压头17的下端连接，下端与试样25接触，试样25安装于石英管24内；推杆压头17放置在石英管上夹头20上，推杆压头（17）位于千分表（14）的正下方，热电偶接出端8、石英管上夹头20、石英管下夹头22均安装在水套7上，水套7上设有接口Ⅰ15、接口Ⅱ9、接口Ⅵ18、接口Ⅴ21，推杆压头17上设有接口Ⅳ19、接口Ⅲ10；接口Ⅰ15、接口Ⅱ9、接口Ⅲ10、接口Ⅳ19、接口Ⅴ21、接口Ⅵ18依次用软管连通构成密闭恒温水循环系统。

本实施例中位移传感器（LVDT）采用日本Mitutoyo高精度数显千分表，其测量精度达到万分之一毫米，测试数据在表头上显示并通过RS232串口传输到计算机，热电偶采用Ｓ型铂铑10－铂热电偶测温精度达到±0.5℃，样品为T8尺寸φ10×60mm，设置升温速率为5℃/min,采样频率500Ms,测试温度范围30~850℃，测试仪实时数绘制ΔL—T曲线，测试数据采用Origin分析表明，在在30~400℃温度范围内试样平均线膨胀系数α=13.5×10^-6 ×℃^-1,试样相变启始温度为730℃。