[发明专利]用于测量样本长度变化和/或样本上变形力的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于测量样本长度变化和/或用于测量样本上的变形力的装置和方法，特别适于在此后也被称为“TMA(Thermo Mechanical Analysis)”的热机械分析中使用，或适于在此后也被称为“DMA(Dynamic-Mechanical Analysis)”的动态机械分析中使用。

背景技术

TMA确定在限定的机械负载下，样本(例如，固体、液体或糊状材料)的作为温度和/或时间的函数的尺寸变化。

DMA确定在限定的动态机械变形下，样本上的作为温度和/或时间的函数的变形力。

可将“变形力”和“变形”理解成力或路径(样本通过其而变形)而测量并处理。对于在其中所述样本经受随时间按正弦变化的变形(变形路径)的“狭义上”的标准DMA而言，“变形力”和“变形”在另一方面还可以用(按正弦变化的变形力的)“力振幅”或用(按正弦变化的变形路径的)“路径振幅”来表征。

TMA和DMA可提供例如有关性能、组成、结构、生产条件和材料可能用途的有价值的信息。

作为TMA使用的典型领域，仅作为示例可以举出的是对塑料(例如弹性体)、涂料和油漆、复合材料、粘合剂、薄膜、纤维、陶瓷、玻璃和金属的表征。

DMA可用于例如确定表征材料的弹性或粘弹性特性的粘弹性材料性能(模量、损耗因子、衰减等)或温度。

除了TMA和DMA的已经提及的用途之外，本发明还可用于例如所谓的松弛测量(relaxation measurement)，其中在限定的特别例如是恒定的机械变形负载下将样本上的变形力作为温度和/或时间的函数来测量和记录。

虽然在开头部分所提及类型的各种装置和方法在现有技术中是公知的，但是在实践中，特别是与TMA和/或DMA一起使用时，仍需要继续改进这类装置和方法，例如在用简单直接和可靠的设计实现可能的最精确测量的性能方面进行改进。

发明内容

本发明所解决的问题在于提供一种在开头部分所提及类型的装置和方法，通过所述装置和方法可特别是以简单直接、可靠和精确的方式来在可以良好限定的方式预先选择的力负载下同时测量样本长度变化和/或来在可以良好限定的方式预先选择的变形下同时测量样本上的变形力。

根据本发明的第一方面，该问题通过下述装置来解决，所述装置用于测量以预定方式在一定方向(此后被称为纵向方向)上受到力负载的样本的长度变化，其中该装置具有在纵向方向上延伸的推杆，所述推杆在测量过程中通过推杆的端部在样本上施加预定的力，该装置还具有测量装置，在测量过程中通过所述测量装置测量由在纵向方向上的样本长度变化所导致的推杆的移动，其中所述测量装置包括：

-固定基座；

-推杆基座，其通过引导装置安装到固定基座上，以便可相对于固定基座在纵向方向上移动，推杆固定或能够固定到该推杆基座上；

-可控的驱动装置，用于相对于所述固定基座在纵向方向上驱动推杆基座(以便调节预定的力)；

-力测量装置，用于检测由推杆施加到样本上的力；

-路径传感器，用于测量推杆相对于基座在纵向方向上的移动；以及

-控制装置，其设计成根据预定的力负载取决于通过力测量装置所检测到的力来控制所述驱动装置。

特别是可适于在TMA装置中使用的该装置可有利地以相对简单直接的方式设计，其中在预定的力负载以及所测得的长度变化两方面也实现了较高的精确度。

关于术语“预定的力负载”，应当指出的是，其在原则上可涉及拉伸力负载以及由推杆施加到有关样本上的压缩力负载两者。

在最简单的情况下，预定的力负载涉及恒定的力，其例如在TMA的情况下，在通过的整个温度范围内或在TMA的整个持续时间内保持恒定。然而，与此不同，力负载也可代表随时间变化的力。

最后，应当指出的是，根据预定的力负载施加到样本上的力在原则上可以是(在技术可行范围内)任意小的。对此，该装置不仅可特别有利地用于“狭义上”的TMA，而且还可用于所谓的“膨胀测量(dilatometry)”，其中所述“狭义上”的TMA中发生“略微大的”的力负载(例如，具有可操作地达到的大于0.5N的值，特别是大于1N，例如约3-5N)，所述“膨胀测量”中在可以忽略不计的力负载(例如至多0.5N的力)下在狭义上确定样本长度变化。

此处所用的术语热机械分析或TMA在该方面可以通常的方式理解，也可包括作为特例的膨胀测量。