CN116593524A - 一种提高卧式热膨胀仪测量稳定性的适用多种形状的热膨胀试样支架及应用 - Google Patents
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Abstract
一种提高卧式热膨胀仪测量稳定性的适用多种形状的热膨胀试样支架及应用，涉及一种热膨胀试样支架及应用。为了解决现有的卧式热膨胀仪的测试数据的准确性差的问题。本发明试样支架由两个样品架和支撑架构成；两个样品架吊装在支撑架的下方；样品架和支撑架通过软绳连接。热膨胀测试的方法：将待测试样插入其中一个样品架开孔内，标准试样插入另一个样品架开孔内；将支撑架架设在卧式热膨胀仪的管形样品架的开口上，向顶杆、待测试样和标准试样施加推力来保证紧密接触，然后进行加载温度，进行测试。本发明试样在样品架上处于悬空的无外力状态，提高了卧式热膨胀仪测试的准确性与稳定性。并且本发明支架适合于各种形状试样，降低了加工过程的复杂性，价格低廉，具有很高的通用性。
Description
技术领域
本发明涉及一种热膨胀试样支架及应用。
背景技术
材料的尺寸变化，如热膨胀、尺寸稳定性等均为现在工程和理论方面研究的重点之一。热膨胀系数一般用来表征各种材料随温度变化材料的线膨胀变化程度。尺寸稳定性是指在长期贮存(几年、十几年)或者服役环境(恒温、温度循环、振动、冲击、辐照等)下，材料或零件保持其原始尺寸和形状不变的能力。热膨胀和尺寸稳定性均是材料的一种基本属性，随着各种高灵敏度传感器的问世，两种属性测量的精度也越来越高，对研究人员更精细的研究提供了条件。
按照测量原理热膨胀仪测量方式目前主要为直接法和间接法，直接法主要为推杆法，间接法主要为激光干涉法和激光衍射法等。推杆法最常用，常见的卧式热膨胀仪即采用推杆法进行测试，如图1和图2所示，图1为现有的卧式热膨胀仪的测试原理示意图，图2为图1的剖视图，在测量过程中，需要将试样13放置于一个特定的热膨胀系数足够小的稳定的管形样品架11上，管形样品架11为一段横置的C形管，开口朝上；在试样13和管形样品架11之间放置调节高度的垫块12，同时向顶杆14和试样13施加一定推力来保证试样13和顶杆14的紧密接触，并在试样13的另一端设置挡片16；在常规测试中，理想状态即为试样13在垫块12上自由膨胀和尺寸变化，然后经由位移传感器15接受信号，得到材料在经过加热炉17加热后的尺寸变化。现有管形样品架11和垫块12材料一般选择SiO2，其热膨胀系数小，可以降低设备对材料尺寸变化的影响，但是却忽略了SiO2粗糙的表面对试样尺寸变化带来的影响，以及SiO2试样支架的高度不灵活性使材料不能自由变化，影响材料测试数据的准确性。因此，亟需改进试样支架的形式和材料，以此来提高卧式热膨胀仪测试的数据准确性。
发明内容
本发明为了解决现有的卧式热膨胀仪的测试数据的准确性差的问题，提出一种提高卧式热膨胀仪测量稳定性的适用多种形状的热膨胀试样支架及应用。
本发明提高卧式热膨胀仪测量稳定性的适用多种形状的热膨胀试样支架由两个样品架2和支撑架1构成；两个样品架2吊装在支撑架1的下方；样品架2和支撑架1通过软绳3连接；样品架2中心开有横向的样品架开孔6，样品架2顶部开有横向的通孔4，支撑架1的截面为C形，支撑架1的开口朝下，支撑架1的两端内表面设置有缺口5，支撑架1的顶面设置有数个竖向的通孔，软绳3依次穿过样品架2顶部的横向的通孔4和支撑架1的顶面的竖向的通孔对样品架2和支撑架1连接。
利用上述提高卧式热膨胀仪测量稳定性的适用多种形状的热膨胀试样支架进行热膨胀测试的方法按照以下步骤进行：
一、将待测试样插入其中一个样品架2的样品架开孔6内，将标准试样插入另一个样品架2的样品架开孔6内；所述标准试样与待测试样尺寸相同，标准试样的材质为SiO2；样品架开孔6的长度为待测试样长度的20～30％；
二、将支撑架1架设在卧式热膨胀仪的管形样品架11的开口上，支撑架1的两端内表面设置的缺口5卡在管形样品架11上端面上，样品架2自然下垂；
三、向顶杆14、待测试样和标准试样施加推力来保证紧密接触，然后进行加载温度，进行测试。
本发明原理及有益效果为：
本发明提高卧式热膨胀仪测量稳定性的适用多种形状的热膨胀试样支架在使用时，仅需将待测式样或标准试样放在样品架开孔6内，放样过程简单效率高，不需要设置垫块，高度调节仅通过软绳3长度的调节即可实现。测试过程中样品架2自然下垂，不存在试样与试样支架的摩擦，试样在样品架2上处于悬空的无外力状态，提高了卧式热膨胀仪测试的准确性与稳定性。并且本发明支架适合于各种形状试样，降低了加工过程的复杂性，价格低廉，具有很高的通用性。
附图说明
图1为现有的卧式热膨胀仪的测试原理示意图；
图2为图1的剖视图；
图3为实施例1中热膨胀试样支架的结构示意图；
图4为实施例1中热膨胀试样支架在热膨胀系数测试时的理示意图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意合理组合。
具体实施方式一：本实施方式提高卧式热膨胀仪测量稳定性的适用多种形状的热膨胀试样支架由两个样品架2和支撑架1构成；两个样品架2吊装在支撑架1的下方；样品架2和支撑架1通过软绳3连接；样品架2中心开有横向的样品架开孔6，样品架2顶部开有横向的通孔4，支撑架1的截面为C形，支撑架1的开口朝下，支撑架1的两端内表面设置有缺口5，支撑架1的顶面设置有数个竖向的通孔，软绳3依次穿过样品架2顶部的横向的通孔4和支撑架1的顶面的竖向的通孔对样品架2和支撑架1连接。
本实施方式具备以下有益效果：
本实施方式提高卧式热膨胀仪测量稳定性的适用多种形状的热膨胀试样支架在使用时，仅需将待测式样或标准试样放在样品架开孔6内，放样过程简单效率高，不需要设置垫块，高度调节仅通过软绳3长度的调节即可实现。测试过程中样品架2自然下垂，不存在试样与试样支架的摩擦，试样在样品架2上处于悬空的无外力状态，提高了卧式热膨胀仪测试的准确性与稳定性。并且本实施方式支架适合于各种形状试样，降低了加工过程的复杂性，价格低廉，具有很高的通用性。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述两个样品架2的间距为0.5～1cm。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述样品架2的材质为石墨。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述支撑架1的材质为石墨。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述软绳3的材质为碳纤维。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述样品架开孔6为圆柱形、长方形等，形状可以根据样品形状进行适应性调整。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：所述样品架开孔6长度为待测试样长度的20～30％。
具体实施方式八：本实施方式利用提高卧式热膨胀仪测量稳定性的适用多种形状的热膨胀试样支架进行热膨胀测试的方法按照以下步骤进行：
一、将待测试样插入其中一个样品架2的样品架开孔6内，将标准试样插入另一个样品架2的样品架开孔6内；所述标准试样与待测试样尺寸相同，标准试样的材质为SiO2；样品架开孔6的长度为待测试样长度的20～30％；
二、将支撑架1架设在卧式热膨胀仪的管形样品架11的开口上，支撑架1的两端内表面设置的缺口5卡在管形样品架11上端面上，样品架2自然下垂；
三、向顶杆14、待测试样和标准试样施加推力来保证紧密接触，然后进行加载温度，进行测试。
本实施方式提高卧式热膨胀仪测量稳定性的适用多种形状的热膨胀试样支架在使用时，仅需将待测式样或标准试样放在样品架开孔6内，放样过程简单效率高，不需要设置垫块，高度调节仅通过软绳3长度的调节即可实现。测试过程中样品架2自然下垂，不存在试样与试样支架的摩擦，试样在样品架2上处于悬空的无外力状态，提高了卧式热膨胀仪测试的准确性与稳定性。并且本实施方式支架适合于各种形状试样，降低了加工过程的复杂性，价格低廉，具有很高的通用性。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式八不同的是：步骤一所述标准试样和待测试样相同，均为圆柱形，长度为10～30mm，直径为6mm。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式八不同的是：步骤三加载的温度为50～250℃。
实施例1：
本发明提高卧式热膨胀仪测量稳定性的适用多种形状的热膨胀试样支架由两个样品架2和支撑架1构成；两个样品架2吊装在支撑架1的下方；样品架2和支撑架1通过软绳3连接；样品架2中心开有横向的样品架开孔6，样品架2顶部开有横向的通孔4，支撑架1的截面为C形，支撑架1的开口朝下，支撑架1的两端内表面设置有缺口5，支撑架1的顶面设置有数个竖向的通孔，软绳3依次穿过样品架2顶部的横向的通孔4和支撑架1的顶面的竖向的通孔对样品架2和支撑架1连接；
所述两个样品架2的间距为0.5cm；
所述样品架2的材质为石墨；
所述支撑架1的材质为石墨；
所述软绳3的材质为碳纤维；
所述样品架开孔6为圆柱形；
所述样品架开孔6长度为6mm；
利用上述提高卧式热膨胀仪测量稳定性的适用多种形状的热膨胀试样支架进行热膨胀测试的方法按照以下步骤进行：
一、将待测试样插入其中一个样品架2的样品架开孔6内，将标准试样插入另一个样品架2的样品架开孔6内；待测试样和标准试样完全相同，均为SiO2标样，均为圆柱形，长度为25mm，直径为6mm；标准试样的材质为SiO2；
二、将支撑架1架设在卧式热膨胀仪的管形样品架11的开口上，支撑架1的两端内表面设置的缺口5卡在管形样品架11上端面上，样品架2自然下垂；
三、向顶杆14、待测试样和标准试样施加推力来保证紧密接触，然后进行加载温度，加载的温度为150℃，进行测试。
本实施例150℃恒温下利用SiO2标样(待测式样)测试新型支架的稳定性，每48s取点，最终曲线每两点间的波动达到10-7，同样采用看图1和图2所示的原试样支架测得的曲线每两点间的波动为10-5，本实施例支架数据提高了两个数量级，提高了测试的精度与稳定性。
本实施例中曲线每两点间的波动(ε)根据公式进行计算：
式中：
L:室温时试样的长度(mm)；
dL0:升温停止时试样尺寸的变化长度(mm)；
dLi:恒温过程中不同时间时热膨胀仪测试的试样尺寸变化长度(mm)。
实施例2：
本实施例与实施例1不同的是：步骤一所述待测试样和标准试样完全相同，均为SiO2标样，均为圆柱形，长度为15mm，直径为6mm；加载的温度为100℃。
本实施例100℃恒温下利用SiO2标样测试新型支架的稳定性，每15s取点，最终曲线每两点间的波动达到10-8，同样采用看图1和图2所示的原试样支架测得的曲线每两点间的波动为10-5，本实施例支架数据提高了三个数量级，提高了测试的精度与稳定性。
实施例3：
本实施例与实施例1不同的是：样品架开孔6为边长5mm的正方形；
步骤一所述待测试样和标准试样完全相同，均为SiO2标样，均为长方体，长度为20mm，直径为5mm；加载的温度为200℃。
本实施例200℃恒温下利用SiO2标样测试新型支架的稳定性，每1min取点，最终曲线每两点间的波动达到10-8，同样采用看图1和图2所示的原试样支架测得的曲线每两点间的波动为10-5，本实施例支架数据提高了三个数量级，提高了测试的精度与稳定性。
Claims (10)
1.一种提高卧式热膨胀仪测量稳定性的适用多种形状的热膨胀试样支架，其特征在于：提高卧式热膨胀仪测量稳定性的适用多种形状的热膨胀试样支架由两个样品架(2)和支撑架(1)构成；两个样品架(2)吊装在支撑架(1)的下方；样品架(2)和支撑架(1)通过软绳(3)连接；样品架(2)中心开有横向的样品架开孔(6)，样品架(2)顶部开有横向的通孔(4)，支撑架(1)的截面为C形，支撑架(1)的开口朝下，支撑架(1)的两端内表面设置有缺口(5)，支撑架(1)的顶面设置有数个竖向的通孔，软绳(3)依次穿过样品架(2)顶部的横向的通孔(4)和支撑架(1)的顶面的竖向的通孔对样品架(2)和支撑架(1)连接。
2.根据权利要求1所述的提高卧式热膨胀仪测量稳定性的适用多种形状的热膨胀试样支架，其特征在于：所述两个样品架(2)的间距为0.5～1cm。
3.根据权利要求1所述的提高卧式热膨胀仪测量稳定性的适用多种形状的热膨胀试样支架，其特征在于：所述样品架(2)的材质为石墨。
4.根据权利要求1所述的提高卧式热膨胀仪测量稳定性的适用多种形状的热膨胀试样支架，其特征在于：所述支撑架(1)的材质为石墨。
5.根据权利要求1所述的提高卧式热膨胀仪测量稳定性的适用多种形状的热膨胀试样支架，其特征在于：所述软绳(3)的材质为碳纤维。
6.根据权利要求1所述的提高卧式热膨胀仪测量稳定性的适用多种形状的热膨胀试样支架，其特征在于：所述样品架开孔(6)为圆柱形或长方形。
7.根据权利要求1所述的提高卧式热膨胀仪测量稳定性的适用多种形状的热膨胀试样支架，其特征在于：所述样品架开孔(6)长度为待测试样长度的20～30％。
8.利用权利要求1所述的提高卧式热膨胀仪测量稳定性的适用多种形状的热膨胀试样支架进行热膨胀测试的方法，其特征在于：该方法按照以下步骤进行：
一、将待测试样插入其中一个样品架(2)的样品架开孔(6)内，将标准试样插入另一个样品架(2)的样品架开孔(6)内；所述标准试样与待测试样尺寸相同，标准试样的材质为SiO2；样品架开孔(6)的长度为待测试样长度的20～30％；
二、将支撑架(1)架设在卧式热膨胀仪的管形样品架(11)的开口上，支撑架(1)的两端内表面设置的缺口(5)卡在管形样品架(11)上端面上，样品架(2)自然下垂；
三、向顶杆(14)、待测试样和标准试样施加推力来保证紧密接触，然后进行加载温度，进行测试。
9.根据权利要求1所述的利用提高卧式热膨胀仪测量稳定性的适用多种形状的热膨胀试样支架进行热膨胀测试的方法，其特征在于：步骤一所述待测试样和标准试样相同，均为圆柱形，长度为10～30mm，直径为6mm。
10.根据权利要求1所述的利用提高卧式热膨胀仪测量稳定性的适用多种形状的热膨胀试样支架进行热膨胀测试的方法，其特征在于：步骤三加载的温度为50～250℃。
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