DE520612C

DE520612C - Differential thermal expansion meter

Info

Publication number: DE520612C
Application number: DES70612D
Authority: DE
Original assignee: COMMENTRY SA; FOURCHAMBAULT ET DECAZEVILLE
Current assignee: COMMENTRY SA; FOURCHAMBAULT ET DECAZEVILLE
Priority date: 1925-05-08
Filing date: 1925-07-02
Publication date: 1931-03-17

Description

Differential -Wärmedehnungsmesser Es sind registrierende Differential-Wärmeausdehnungsmesser bekannt, welche die Aufgabe der Dehnungsmessung von Probestäben in der Weise lösen, daß gleichzeitig die Dehnung des Probestabes und die eines bereits geeichten Vergleichsstabes aufgezeichnet wird. Dies erfolgt mit Hilfe eines Dreifußes, von dessen drei Spitzen sich zwei auf die äußersten Enden der beiden genannten Stäbe stützen, während die dritte Spitze sich nicht verschieben kann. Die Einrichtung ist so getroffen, daß die Ausdehnung der Stäbe eine Drehung des Dreifußes um zwei aufeinander senkrechte Achsen hervorruft, wobei die Drehung in der einen Achse proportional der Ausdehnung des Wärmeeichstabes, die in der zweiten Achse aber proportional der Differenz der Ausdehnungen des untersuchten Probestabes und des Eichstabes ist. Ein an dem Dreifuß befestigter Zeiger beschreibt infolgedessen selbsttätig eine Kurve, deren Koordinaten die genannte Differenz der Dehnung des Probestabes gegenüber der Dehnung des auf gleiche Temperatur gebrachten Eichstabes bzw. die Dehnung des Eichstabes selbst sind, wobei die letztere als Abszissenachse dient und die gemeinsame Temperatur der beiden Stäbe angibt.Differential thermal expander They are registering differential thermal expansions known, which solve the task of measuring the elongation of test rods in the way, that at the same time the elongation of the test rod and that of an already calibrated comparison rod is recorded. This is done with the help of a tripod, one of whose three tips two rest on the extreme ends of the two rods mentioned, while the third tip cannot move. The arrangement is such that the extension of the rods is a rotation of the tripod by two mutually perpendicular ones Axes, where the rotation in one axis is proportional to the extent of the heat calibration rod, which in the second axis is proportional to the difference in Extensions of the tested test rod and the calibration rod is. One on the tripod The attached pointer automatically describes a curve and its coordinates the said difference in the elongation of the test rod compared to the elongation of the calibration rod brought to the same temperature or the expansion of the calibration rod itself the latter serving as the axis of abscissas and the common temperature of the two rods.

Bei den bekann wn Ausführungen wird mit einem optischen Zeiger und mit photographischer Aufzeichnung der Meßkurve gearbeitet.The known versions are equipped with an optical pointer and worked with photographic recording of the measurement curve.

Eine derartige Vorrichtung weist jedoch eine Reihe von Nachteilen auf, die nach der Erfindung in erster Linie dadurch beseitigt werden, daß eine mechanische Schreibvorrichtung verwendet wird, mit deren Hilfe die gesuchte Kurve unmittelbar und selbsttätig auf einer Papierfläche aufgezeichnet wird. Durch diese Einrichtung wird die Bauart des Meßgerätes einfacher und widerstandsfähiger. Im Betrieb wird es billiger, weil das für die Niederschrift der Meßkurve verwendete Papier weniger Kosten verursacht, als etwa photographische Platten oder lichtempfindliches Papier. Es ist auch nach der Erfindung nicht nötig, zur Cberwachung des @ erlaufes des Versuches noch ein Pvrometer zu Hilfe zu nehmen. Die Kurve entsteht sichtbar vor den Augen des Beobachters, so daß er nicht, wie bei dein optischenVerfahren, erst den Abschluß des Versuches und die Entwicklung des Lichtbildes abzuwarten braucht, sondern in jedem Augenblick erforderlichenfalls eingreifen kann, z. B. indem er die Wärmezufuhr unterbricht, wenn ein charakteristischer oder kritischer Punkt des Versuches bzw. der Kurve überschritten ist; auch könnte es vorkommen, daß unv orhergesehenermaßen der Ausschlag des Zeigers so groß zu werden droht, daß eine Aufzeichnung auf der zur Verfügung stehenden Fläche nicht möglich wäre. Im Gegensatz zum optischen Verfahren, bei dem erst nach Entwicklung das Mißlingen des Versuches erkennbar wird, besteht hier die Möglichkeit, einzugreifen, indem dem Zeiger so nachgestellt wird, daß der weitere Verlauf der Kurve im Schreibfeld verbleibt. Aus allen diesen Gesichtspunkten ergibt sich eine wesentliche Zeitersparnis bei den üblichen ausgedehnten Versuchsreihen, außerdem aber auch aus dem Grunde, weil infolge der ständigen Beobachtungsmöglichkeit der Kurve die Niederschrift in dem Augenblick unterbrochen werden kann, sobald eine bestimmte Beobachtung erfolgt ist.However, such a device has a number of disadvantages on, which are eliminated according to the invention primarily in that a mechanical Writing device is used, with the help of which the curve sought immediately and is automatically recorded on a paper surface. Through this facility the construction of the measuring device becomes simpler and more robust. In operation will it is cheaper because there is less paper used for writing down the measurement curve Incurs costs than, for example, photographic plates or photosensitive paper. According to the invention, it is not necessary to monitor the course of the experiment to use a pvrometer for help. The curve is visible in front of the eyes of the observer, so that he does not, as with your optical method, first finish of the attempt and the development of the photograph needs to be awaited, but in can intervene at any moment if necessary, z. B. by having the heat supply interrupts if a characteristic or critical point of the experiment or the curve is exceeded; it could also happen that unforeseen the pointer's deflection threatens to become so great that a record is made on the available space would not be possible. In contrast to the optical process, in which the failure of the attempt is only recognizable after development, exists here the possibility to intervene by adjusting the pointer so that the further course of the curve remains in the writing field. From all of these points of view results in a significant time saving the usual extended Series of experiments, but also because of the constant possibility of observation of the curve the writing can be interrupted at the moment as soon as a certain observation has been made.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Abb. i ist ein Seitenriß, Abb. 2 ein Aufriß und Abb. 3 ein Grundriß des erfindungsgemäßen Dehnungsmessers. Abb.4 zeigt die die Probestücke enthaltenden Rohre im Schnitt, Abb. 5 eine Ansicht der Abb.4; Abb. 6 ist eine Einzelheit in Stirnansicht und zeigt die die Wand durchdringenden Quarzstangen. Abb. 7 ist eine Unteransicht der Grundplatte; Abb.8 zeigt die die Dehnungen übertragenden Hebel in Stirnansicht; Abb.9 ist ein Schnitt längs der Linie 9-9 der Abb. 8; Abb. io zeigt in Stirnansicht die Hebel und den Dreifuß, der ihre Bewegungen verbindet; Abb. ii ist ein Schnitt durch den Dreifuß, Abb. 12 eine schematische Darstellung der elektrischen Einrichtung für die hin und her gehende Bewegung der das Registrierblatt tragenden Tafe Der Probestab E, und der Eichstab EI sind in Quarzröhren T" T.= (Abb. 4) eingeschlossen. Diese Röhren werden gleichzeitig in .einem elektrischen Ofen erhitzt, und die Ausdehnungen der Probestücke werden mittels der Ouarzstangen t,, t, auf die Vergrößerungseinrichtung übertragen. Die Quarzrohre T1, T, sind an einer lotrechten Platte i befestigt, die an der waagerechten Grundplatte 2 des Dehnungsmessers angebracht ist, und die Quarzstangen t1, t, durchdringen die Platte i (Abb. 5). Das Ende oder die Kappe dieser Stangen legt sich gegen die Stoßstangen 3 und .4 (Abb. 3, 5), . die in einer Muffe 5 geführt sind. Auf der Platte i ist mittels der Füße i und 8 (Abb. 2, 6, 8) ein Gestell 9 angebracht, das man in Abb.8 von Vorn und in Abb. 9 im Schnitt sieht. Dieses Gestell trägt vier einstellbare Anschläge io, die längs zweier paralleler Linien angeordnet sind und gegen welche sich die Spitzen und p,, P2' der Hebel L,, L, (Abb. 8 bis io) stützen. Diese Hebel tragen in ihren Mittelteilen Spitzen i i und 12, gegen welche sich die Stoßstangen 3 und ,4 legen (Abb. 2 und 9). Andererseits endigen die Hebel L1, L., in zwei Klötzchen g1, g, aus gehärtetem Stahl. Eine Feder, wie z. B. 13 in Abb. 2, hält jeden der Hebel Lt, L.; an seiner Stelle.An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing. Fig. 1 is a side elevation, Fig. 2 is an elevation, and Fig. 3 is a plan view of the strain gauge of the present invention. Figure 4 shows the tubes containing the specimens in section, Figure 5 is a view of Figure 4; Figure 6 is a detail in end elevation showing the quartz rods penetrating the wall. Figure 7 is a bottom plan view of the base plate; Fig.8 shows the levers transmitting the strains in a front view; Figure 9 is a section on line 9-9 of Figure 8; Fig. 10 shows the front view of the lever and the tripod which connects their movements; Fig. Ii is a section through the tripod, Fig. 12 is a schematic representation of the electrical device for the reciprocating movement of the table carrying the recording sheet. The test rod E, and the calibration rod EI are in quartz tubes T " T = (Fig. 4) These tubes are heated at the same time in an electric furnace, and the expansions of the specimens are transferred to the enlarger by means of the quartz rods t ,, t the horizontal base plate 2 of the extensometer, and the quartz rods t1, t, penetrate plate i (fig. 5), the end or cap of these rods rests against the bumpers 3 and 4 (fig. 3, 5), which are guided in a sleeve 5. A frame 9 is attached to the plate i by means of the feet i and 8 (Figs. 2, 6, 8), which can be seen in Fig. 8 from the front and in Fig. 9 in section This frame carries four adjustable stops io, i ie are arranged along two parallel lines and against which the tips and p ,, P2 'of the lever L ,, L, (Fig. 8 to io). These levers have points ii and 12 in their middle parts, against which the bumpers 3 and 4 are placed (Fig. 2 and 9). On the other hand, the levers L1, L., end in two blocks g1, g, made of hardened steel. A spring, such as B. 13 in Fig. 2, holds each of the levers Lt, L .; in its place.

Die Hebel L, L., sind somit um die Verbindungslinien der Spitzen p,, p,' bzw. p,, p,' schwenkbar und bilden .eine erste Vergrößerungseinrichtung, indem die Klötzchen g,, g, am Ende dieser Hebel sich um einen der Dehnung je eines Probestückes El, E, proportionalen Betrag Verschieben. Diese Dehnungen werden mittels eines Dreifußes B (Abb.9 bis i i), der mit drei in Form eines rechtwinkligen Dreieckes angeordneten scharfen Spitzen a1, a." a. versehen ist, zusammengesetzt. Die Spitze a, am Scheitel des rechten Winkels ruht in einer kleinen Pfanne 0 in der Mitte des Klötzchens g= (Abb. 8). Die Spitze a3 stützt sich auf die sorgfältig polierte ebene Fläche des Klötzchens g,. Die Spitze al endlich greift in eine waagerechte Nut ,im Stahlklotz 1I (Abb. i i) ein, der auf dem an der Platte i angebrachten Träger 14 befestigt ist (Abb. 2). Diese Nut und die Pfanne 0, die in der Verlängerung derselben angeordnet ist, verhindern jede Drehung des Dreifußes in seiner eigenen Ebene. D,ie Federn r1, r." r" (Abb. io und i i) sichern die Berührung zwischen den verschiedenen Bestandteilen. Eine Nadel A, die in einer mit Glycerintinte benetzten Feder P endet, ist in den Dreifuß B eingesetzt, und zwar senkrecht zur Ebene der drei Spitzen a" a." d3 (Abb. 2 und 3).The levers L, L., are thus around the lines connecting the tips p ,, p, 'or p ,, p,' pivotable and form .eine first enlarging device by the blocks g ,, g, at the end of this lever, adjust to one of the elongation of a test piece El, E, proportional amount move. These stretches are made using a tripod B (Fig.9 to i i), the one with three arranged in the form of a right triangle sharp points a1, a. "a. is provided, composed. The point a, at the apex of the right angle rests in a small pan 0 in the middle of the block g = (Fig. 8). The tip a3 rests on the carefully polished flat surface of the Block g ,. The point al finally engages in a horizontal groove in the steel block 1I (Fig. I i), which is attached to the support 14 attached to the plate i is (Fig. 2). This groove and the pan 0, which are arranged in the extension of the same prevent any rotation of the tripod in its own plane. The feathers r1, r. "r" (Fig. io and i i) ensure contact between the various components. A needle A, which ends in a pen P wetted with glycerin ink, is in the Tripod B inserted, perpendicular to the plane of the three points a "a." d3 (fig. 2 and 3).

Die dreizinkige Gabel 30 (Abb. 6) ist ein Keil, den man während der Dehnung unter die Kappen der Stangen t1, t, schiebt. Dieser Keil begrenzt die Verschiebung der Gleitstücke nach links und bewahrt den Dreifuß B vor .allzu großen Winkelausschlägen.The three-pronged fork 30 (Fig. 6) is a wedge that is pushed under the caps of the rods t1, t during the stretching. This wedge limits the movement of the sliders to the left and protects the tripod B from .all too large angular deflections.

Wenn die Probestücke sich ausdehnen, so vollführt der Dreifuß eine aus zwei Drehungen zusammengesetzte Bewegung zu der festen Spitze a,; die eine Drehung, die um die waagerechte Achse a,, a, erfolgt, ist proportional der Differenz der Dehnungen der beiden Probestücke; die zweite, die Drehung um eine lotrechte Achse durch a,, ist proportional der Dehnung des Eichmaßstabes. Auf diese Weise beschreibt das Ende der Feder P die Differentialdehnungskurve auf einer Kugelfläche mit dem Mittelpunkt a,.When the specimens expand, the tripod makes a two-turn motion toward the fixed point a; The one rotation that takes place about the horizontal axis a 1, a , is proportional to the difference in the elongations of the two test pieces; the second, the rotation about a vertical axis through a ,, is proportional to the elongation of the standard. In this way, the end of the spring P describes the differential expansion curve on a spherical surface with the center a ,.

Es handelt sich nun darum, diese sphärische Kurve auf einem ebenen Blatt Papier zu registrieren und dabei Reibungen auszuschließen, die der Genauigkeit der Aufzeichnung abträglich wären. Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, das Blatt auf einer Tafel D anzubringen, die von einem auf den Schienen 15 und 16 des Sockels :2 beweglichen Schlitten G getragen wird (Abb. 2, 3), der eine hin und her gehende Be«egung senkrecht zur mittleren Richtung der Nadel q beschreibt.It is now a question of this spherical curve on a plane Register a sheet of paper, eliminating any friction that would affect the accuracy would be detrimental to the recording. The solution to this problem is to Sheet to be attached to a board D, which is held by a on the rails 15 and 16 of the Pedestal: 2 movable carriages G is carried (Fig. 2, 3), one to and fro describes a going movement perpendicular to the central direction of the needle q.

Die Feder ist am Ende eines Rohres C befestigt, das auf der Nadel A gleiten kann; dieses Rohr steht unter der Wirkung einer Feder R, die das Rohr gegen den Anschlagstift b drückt (Abb. 2).The spring is attached to the end of a tube C that is on the needle A can slide; this tube is under the action of a spring R, which the tube presses against the stop pin b (Fig. 2).

Die Amplitude der hin und her gehenden Bewegung des Schlittens G ist so bemessen, daß die Feder außer Berührung mit der "Tafel D kommt, sobald der Schlitten am Ende seines Weges angelangt ist; wenn aber die Tafel sich in Abb. 2 nach links verschiebt, so trifft sie die Feder P und schiebt das Rohr C auf der Nadel A zurück, wobei ein Punkt auf dem Papier eingetragen wird. Die Kurve wird somit von einer Reihe von Punkten gebildet, die einander genügend nahe sind, um eine fortlaufende Linie zu bilden.The amplitude of the reciprocating movement of the carriage G is dimensioned so that the spring comes out of contact with "panel D as soon as the slide at the end has arrived on his way; but when the table is in Fig. 2 moves to the left, it hits the spring P and pushes the tube C open needle A back, marking a point on the paper. The curve will thus formed by a series of points which are sufficiently close to each other to to form a continuous line.

Da nach jeder Eintragung eines Punktes die Berührung zwischen Feder und Papier unterbrochen wird, ist die Einstellung der Nadel A unbeeinflußt von einer Reibung der Feder am Papier.Since after each entry of a point the contact between the spring and paper is interrupted, the setting of needle A is unaffected by either Friction of the pen on the paper.

Um der Tafel die hin und her gehende Bewegung zu erteilen, kann man eine beliebige mechanische Vorrichtung verwenden, z. B. einen durch Uhrwerk oder einen Elektromotor betätigten Exzenter. Vorteilhaft ist z. B. die folgende auf der Dehnung eines Drahtes beruhende Vorrichtung.To give the board the back and forth movement, one can use any mechanical device, e.g. B. a clockwork or an electric motor operated eccentric. Is advantageous z. B. the following on the Stretching a wire based device.

Die Tafel D wird von einem Haken U (Abb. 12 und 2) bewegt, der mit einem unter der Grundplatte 2 angeordneten Hebel K verbunden ist (Abb. 7 und i2). Dieser Hebel ist um eine lotrechte Achse 1-1, 1I' sch«enkbar, Am Ende TV des Hebels K ist ein Draht F befestigt, dessen anderes Ende an einer Stellschraube l;'' festgemacht ist. Um den Platz zu sparen, ist der Draht F um eine Rolle r i geführt, so daß die wirksame Länge des Drahtes annähernd gleich der doppelten Länge der Grundplatte 2 ist. Dieser Draht F besteht aus einer Eisen-Nickel-Chromlegierung von großer Wärmedehnung und großer Zähigkeit in der Hitze. Er kann durch einen elektrischen Strom erhitzt werden, dessen Unterbrechen und Schließen durch einen Quecksilber-Tropfenunterbrecher 1 erfolgt. Dieser Unterbrecher ist um eine waagerechte Achse O schwenkbar. Die Schwenkbewegung wird durch einen Arm S bewirkt, der starr mit dem Hebel K verbunden ist. Am Ende dieses Armes S ist eine Stellschraube h angeordnet, die auf den mit dem Unterbrecher 1 verbundenen Arm Q-X einwirkt. Eine Feder N, deren freies Ende an dem Haken U angreift, hält den Draht F andauernd gespannt. Der Unterbrecher 1 und die Stellschraube V' sind mit zwei Klemmen 18, i9 verbunden, an die eine beliebige Stromquelle gelegt wird (Abb. i2).The panel D is moved by a hook U (fig. 12 and 2) which is connected to a lever K arranged under the base plate 2 (fig. 7 and i2). This lever can be pivoted about a vertical axis 1-1, 11 '. A wire F is attached to the end TV of the lever K, the other end of which is fastened to an adjusting screw 1;''. In order to save space, the wire F is guided around a roller ri so that the effective length of the wire is approximately twice the length of the base plate 2. This wire F consists of an iron-nickel-chromium alloy of great thermal expansion and great toughness in the heat. It can be heated by an electric current, which is interrupted and closed by a mercury drop interrupter 1. This interrupter can be pivoted about a horizontal axis O. The pivoting movement is brought about by an arm S which is rigidly connected to the lever K. At the end of this arm S there is arranged an adjusting screw h which acts on the arm QX connected to the interrupter 1. A spring N, the free end of which engages the hook U, keeps the wire F taut all the time. The interrupter 1 and the adjusting screw V 'are connected to two terminals 18, i9 to which any power source can be connected (Fig. I2).

Durch den Strom erhitzt sich der Draht F und dehnt sich aus. Die Längenänderung wird durch den Hebel K vergrößert auf den Halten U übertragen, und die Tafel D trifft unter dem Einfluß der Feder N auf die Feder P.The wire F heats up and expands as a result of the current. The change in length is increased by the lever K and transferred to the holder U , and the panel D hits the spring P under the influence of the spring N.

Diese Bewegung bewirkt aber eine Schwenkung des Quecksilberunterbrechers I, dessen Arm Y von der Stellschraube V betätigt wird, und der Stromkreis wird unterbrochen.However, this movement causes the mercury breaker to pivot I, whose arm Y is operated by the adjusting screw V, and the circuit is broken.

Der Draht erkaltet und zieht sich zusammen, der Schlitten wird bis zu dem Punkt zurückgezogen, wo der Unterbrecher I von neuem geschlossen wird, worauf sich das Spiel wiederholt.The wire cools down and contracts, the slide is up withdrawn to the point where breaker I is closed again, whereupon the game repeats itself.

Die Stellschrauben Z' und V' gestatten die Amplitude der hin und her gehenden Bewegung und die Mittellage ihres Hubes in bezug auf die Spitze der Feder P zu regeln.The adjusting screws Z 'and V' allow the amplitude of the back and forth going movement and the central position of its stroke in relation to the tip of the spring P to regulate.

Die Bewegung erfolgt geräuschlos und regelmäßig. Außerdem gestattet die beschriebene Vorrichtung, die Zeit auf den Differentialdehnungskurven zu vermerken. Wird nämlich der den Dehnungsantrieb speisende elektrische Strom durch einen. Zeitunterbrecher gesteuert, z. B. alle fünf Minuten für eine Minute unterbrochen, dann setzt sich die Kurve aus isochronen Stücken zusammen, deren Länge die Zeitdauer von vier Minuten bedeutet, während der Zwischenraum zwischen ihnen einer Minute entspricht.The movement is noiseless and regular. Also permitted the device described to note the time on the differential strain curves. Namely, the electrical current feeding the expansion drive through a. Time breaker controlled, e.g. B. interrupted for one minute every five minutes, then sits down the curve is composed of isochronous pieces, the length of which is four minutes means while the space between them is equal to one minute.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Differential thermal extensometer with transmission of the change in length of a calibrated rod and a test rod by means of an enlarging lever on a tripod which executes a movement of two rotations about mutually perpendicular axes around a fixed point, characterized in that a rod (A ) carries a pen (P) , which is arranged opposite a board which bears the writing surface and is moved back and forth perpendicularly to it, in such a way that it strikes the pen tip moving on a spherical surface at regular intervals.

2. Apparatus according to claim i, in which one through which an electric current flows periodically and is warmed up as a result and extended wire acting on the panel, characterized in that the from an alloy of high thermal expansion and great toughness even at high temperatures existing wire (F) is arranged such that 6 ° i of its cooling and corresponding Foreshortening the panel is moved in one direction while heating it and corresponding extension by a spring (N) a movement of the panel after the opposite direction is effected.