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硬核知识,如何使用膨胀仪来检测金属膨胀系数?_拜恩检测-专业第三方检测机构

发表时间:2019-09-11   来源:

检测金属膨胀系数所用的仪器称为膨胀仪。 膨胀仪的种类很多, 按其放大原理可以概括为光学放大、机械放大以及电磁放大三种类型。 下面仅介绍常用的机械式膨胀仪和光学热膨胀仪。

机械式

一、金属膨胀系数检测设备-简易机械式膨胀仪

千分表简易膨胀仪, 这是最简单的机械(放大) 式膨胀仪。 它是利用千分表直接测量试样的膨胀量,待测试样一般做成 (3-5)mmx(30-50)mm 的杆状,与石英传动杆一起放在石英管 里。 传动杆和试样及千分表的触头保持良好接触。 炉子通电加热时, 试样受热膨胀, 经传动杆传递, 在千分表上计量。 热电偶焊在试样上测量温度。 为防止电炉表面温度过高, 影响千分表的测量精度, 故炉子周围有冷却水套。

某些机械式膨胀仪测量设备可将试样的伸长量经三次杠杆放大到200倍或400倍,再从千分表上读出伸长量。为了避免试样在高温下氧化,有些膨胀仪还附有抽气设备,以便将石英管中空气抽出,或者通入保护气体(氢、氮、氩等)来防止试样氧化。

此外,简易机械式膨胀仪除了上述立式结构外, 还有卧式结构。 采用卧式结构的膨胀仪时,将待测样品置于石英管(或硬质玻璃管)内,而石英管则置于电炉中。 试样必须短(约长10cm),以保证尽量处于管式炉的恒温区内。 为了使管内温度趋于均衡,可在石英管内加一铜管, 将试样置于铜管中, 试样两端用两根石英棒顶住,石英棒另一端则伸出管式炉外。 其中一石英棒顶住一固定物,另一石英棒顶在一千分表上。

 

上述简易机械式膨胀仪结构简单,方法简便,成本低,又有一定的灵敏度,故使用普遍。 缺点是要人工观察记录。

 

光学热膨胀仪

二、金属膨胀系数检测设备-光学热膨胀仪

光学热膨胀仪是在测量金属的热膨胀系数时应用广泛而又较精密的一种仪器,多为卧式。 卧式光学膨胀仪的特点是加热炉横卧,炉温比较均匀;采用光学放大及照相记录测量,惰性小,灵敏度高。 另一特点是用镍铬合金或镍铬钨合金作标准试样,用标准试样的伸长量表示试样的温度, 从而便于在空气介质中加热和随后的急冷过程中测量试样温度。 根据卧式膨胀仪的工作原理, 可将其分为普通光学膨胀仪和示差光学膨胀仪两种。

 

1、普通光学膨胀仪

这种光学膨胀仪的测量系统最主要的部分是由一块小的等腰直角三角形所组成的光学杠杆结构(如图 )。

普通光学膨胀仪原理图

 

三角板当中有一个小型凹面反射镜,三角板的直角顶点安放一个固定铰链,而另外两个顶点则分别为两根石英杆所顶住,这两根石英杆分别与标准试样1 和待测试样2相接触。 当待测试样不变, 只有标准试样伸长时, 则反射镜反射到底片上的光点作水平移动; 当标准试样的长度不变, 仅待测试样伸长时,则反射光点垂直向上移动。 如果两个试样同时受热膨胀,则可画出一条如下图所示的热膨胀曲线。

 

 

( a)亚共析钢; ( b)共析钢; ( x)过共析钢

此曲线在纵坐标上的投影表示待测试样的伸长量, 在横坐标上的投影表示标准试样的伸长量。 标准试样的伸长量与温度有近似线性关系, 这种关系可以事先通过计算或进行测定,因此,可将横坐标换算为标准试样的温度。 如果将标准试样与待测试样放置在靠近的位置上,则可认为它们的温度是一致的,故横坐标即为试样的温度。 这样,光点所照射的曲线即为待测试样温度与伸长量的关系曲线。

示差

2、示差光学膨胀仪

示差光学膨胀仪的测量部分与普通光学膨胀仪所不同的是, 前者三角板的形状不是等腰直角三角形,而是一个具有30°角和60°角的直角三角形,30°角的顶点用铰链固定,如图所示。

示差光学膨胀仪原理图

 

直角顶点通过石英杆与标准试样1 相接触,60°角顶点通过另一石英杆与待测试样 2相接触。 若标准试样不变,仅待测试样伸长时, 经反射镜3 反射后光点垂直向上移动。 若试样不变, 仅标准试样伸长时, 光点不是沿着水平方向移动, 而是沿与水平轴成α 角的方向移动。

 

示差法的优点是在金属内部未发生变化时, 由于试样与标准试样的伸长相互抵消,可采用更大的光学放大倍数, 使转变部分的曲线突出出来, 提高测量的灵敏度。

 

 

此外,还有金属膨胀系数检测设备,还包括干涉式膨胀仪、电容式膨胀仪、 电感式膨胀仪、 电子测微管式膨胀仪、小惯量细丝膨胀仪等等,受篇幅所限,今天我们就不再对其一一列举。

 

 

 

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