专利名称:一种拉杆式石英示差膨胀计的制作方法
本发明系对物理学领域中的一种测量仪器-膨胀仪的改进。
低膨胀材料在窄温区内热膨胀性能的精确测定，例如对因瓦合金在20℃～100℃平均线胀系数测定的不确定度U
a≤0.1×10-6/℃，用通常的膨胀仪是无法满足的。目前只有采用U
a≤0.06×10-6/℃的激光干涉膨胀仪测定才能达到要求。但激光干涉膨胀仪不仅造价高，对震动极为敏感，而且试样制备、装样调试和测试数据的处理都很复杂。测试一个试样需要较长的时间，不适合于大量试样的性能测量，因此不适合于一般的科研和生产单位使用。另一方面，通常的石英示差膨胀计，如施文纳尔(Chevenard)光杠杆放大型膨胀仪(1)和英国专利1090833中所报导的膨胀计，采用细长的石英棒顶杆来传递试样的膨胀信息，并采用导向轴孔来约束顶杆使它沿试样膨胀的方向作一维直线运动，这种结构，不仅在稍有偏心载荷的情况下，细长杆易于产生弯曲变形，而且也无法避免由于顶杆与轴孔间的间隙所引起的跳动和摩擦的影响。此外，由于石英杆无法进行精密的磨削加工，其外形不够均匀一致也会使膨胀信息传递失真。所有这些因素限制了石英示差膨胀计精度和准确度的提高，目前最好的石英示差膨胀计，其不确定度也仅能达到0.2×10-6/℃。
本发明提供了一种高精度的示差膨胀计。首先在设计原理上，本膨胀计摈弃了精密仪器设计中通常遵循的机动设计原理而采用了最低势能原理。其次，用拉杆代替顶杆传递试样的膨胀信息，即采用了管状框架叠套拉杆机构，并采用熔融石英作拉杆材料，籍助于弹性元件的作用使试样与拉杆机构始终密接且处于弹性势能最低状态。基于上述结构使得本发明所提供的膨胀计具有极高的稳定性和抗震性。
本发明所提供的石英示差膨胀计的一个实施例如图1所示，该图的中、下部即为管状框架叠套拉杆机构。本发明所提供的石英示差膨胀计主要系由该叠套拉杆和外套固定框架组成，两者相互不接触。拉杆由三部分熔烧而成，其上段为实心的石英棒(1)，中段为纵向剖开而带宽缝的石英管(2)，底部为圆盘而带球头的试样托(3)。固定框架则由外套的石英管(4)和带中心圆柱体的条状石英压盘(5)构成，两者熔烧为一体。
试样(6)夹持在压盘和托盘之间，试样的下端通过带有漏斗状凹面的石英垫片(7)与试样托球头相接触;球状石英头部与凹锥面石英垫片紧密接触不仅起到调心作用，更主要的是避免了在测试管状试样时球头和试样两者径向不同而带来的轴向膨胀信息失真和高温时由于压强过大可能引起的形变误差。试样的上端与固定框架的石英压盘之间为平面接触。固定框架的上端固接在低膨胀合金的法兰托架(8)上。而拉杆则穿过托架法兰的中心圆孔和一个低膨胀合金的自由浮动托帽(9)固接为一体。该合金托帽上部为一平面托盘，下部则稍为细一些并呈管形，该管的内径同石英拉杆相配合，石英拉杆的上端就固定在管的内壁上。浮动托帽的上平面即与千分表、立式光学计或差动变压器的测量杆端部相接触，下平面则通过一个弹簧(10)或金属弹性波纹管(11)同法兰托架相联接，该弹簧或金属弹性波纹管的作用在于既平衡掉拉杆机构的重力，又确保使试样与拉杆机构始终紧密接触且处于弹性势能最低状态。全部金属和石英件之间的固定方式可采用磷酸二氢铝和特殊的氧化铜粉制成的粘结剂粘接，但不能采用一般的有机粘结剂，以防止发生蠕变现象。
本发明所提供的石英示差膨胀计具有很高的精度和准确度，当配合立式光学计时，不确定度可达0.09×10-6/℃，特别是其机械稳定性很高，从而克服了激光干涉膨胀仪和已有的石英示差膨胀计两者的缺点和局限性。本膨胀计可根据不同要求，分别选用千分表、立式光学计或差动变压器进行膨胀量的测量，将本膨胀计套装入立式管状炉或低温容器中，即可实现高温或低温膨胀量的测量。为防试样氧化，还可在膨胀计外安置一充惰性气体的保护套。作为物理学领域中的一种新型测量仪器，本膨胀计可以广泛地用于装备科研单位和工厂的实验室，并可作为学校用的实验教具。
参考文献1.J.ивmип，B.T.физические Свойства Металлов иСплавов(1956)стр.202-205.
权利要求
1.一种石英示差膨胀计，其特征在于由可移动的叠套拉杆和外套固定框架组成。
2.按权利要求
1所述的膨胀计，其特征在于所说的叠套拉杆由实心石英棒(1)、纵向剖开而带宽缝的石英管(2)和带有球头的石英托盘(3)构成，三者熔烧为一体。
3.按权利要求
1、2所述的膨胀计，其特征在于所说的叠套拉杆上端穿过法兰托架(8)的中心圆孔同金属浮动托帽(9)固接。
4.按权利要求
1所述的膨胀计，其特征在于所说的外套固定框架由石英管(4)和带中心园柱体的条状石英压盘(5)构成，两者熔烧为一体。
5.按权利要求
1、4所述的膨胀计，其特征在于外套固定框架的石英管其上端与带中心圆孔的金属法兰托架相固接。
6.按权利要求
1、2、3、4、5所述的膨胀计，其特征在于所说的法兰托架和浮动托帽之间用弹簧(10)或金属弹性波纹管(11)作软性接触。
专利摘要
一种拉杆式石英示差膨胀计，它主要由管状框架叠套拉杆机构组成，由于用拉杆代替顶杆传递试样的膨胀信息，并选用熔融石英为框架与拉杆材料，借助于弹簧或金属弹性波纹管的作用使试样与拉杆机构始终密接且处于弹性势能最低状态。本发明所提供的膨胀计可根据不同要求分别配用千分表、立式光学计或差动变压器进行膨胀量的测量，将它套入立式管状炉或低温容器中即可进行高温或低温测量。本发明的膨胀计不仅结构简单、具有很高的精度和准确度；而且其机械稳定性很高，从而克服了激光干涉膨胀仪和已知的石英示差膨胀计两者的局限性。
文档编号G01N25/00GK85100656SQ85100656
公开日1986年7月9日 申请日期1985年4月1日
发明者郑宗 申请人:中国科学院金属研究所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan