[实用新型]一种用于低幅度温度调制测量的高稳定度非接触膨胀计

说明书

技术领域

本实用新型涉及材料热膨胀性测量领域，特别是一种用于低幅度温度调制测量的高稳定度非接触膨胀计。

背景技术

热膨胀系数是材料物理性能中的一个重要参数，测定固体热膨胀系数对研究该材料的基本特性有重要的实际意义，通常使用膨胀计来测量；膨胀计是用于研究各类材料的热膨胀和相转变的方法，适用于金属、陶瓷、高分子聚合物等材料；测量热膨胀系数的难点是如何精确测定固体随温度变化时的长度变化。目前常用的热膨胀系数测量方法主要分为机械式和光学干涉式两种，其中机械式测量是一种非绝对测量方法，该法属于接触式测量，由于机械应力的存在，使得该方法的测量准确度不高；而光学干涉法虽测量精度比机械法有所提高，但测试样品的范围受到限制，如迈克尔逊干涉法测量的样品为非透明材料，迈克尔逊热膨胀干涉仪是一种利用分割光波振幅的方法实现干涉，并以此来测量固体长度变化的精密仪器，其原理是激光束经被测样品或中间界面反射与入射光产生干涉，通过移动的干涉条纹数量换算得到热膨胀系数，中国发明专利一种材料热膨胀系数的双光束激光干涉测量方法，专利号200710176227.1就是该种热膨胀干涉仪的测量方法。温度调制技术，也就是使样品温度在原温度下在一定范围内有可控的变化，如施加一个正弦的变温量，最早在30年前被应用在特别的加热测量中，之后又被用在差分扫描热量计上；温度调制的热物理测量实验可以得到多种不同材料的相转变行为的信息，特别是对低温下的非金属体系，有多种研究方法，但是，没有适合于块状金属合金样品的温度调制测试的高温仪器。温度调制实验需要给样品加热的炉子满足这样的特性：能升到极高温度，而同时热惰性很低，即能够快速调节样品温度，以此适应热量流快速变化的需要，同时，对于时间尺度较长的实验，要能保证足够的温度稳定性。传统的依靠热辐射来加热样品的炉子由于加热元件的温度相对较低，只能提供很有限的样品加热速率，而且，样品周围的材料的升温也对长时间的温度测量实验造成影响，再者，输入能量只有一小部分能用在样品加热上，其他部分能量都以辐射或传导的途径耗散了。

实用新型内容

为了解决上述问题，所述一种用于低幅度温度调制测量的高稳定度非接触膨胀计，加热管及样品均位于真空腔内，真空有效地隔绝了加热管的传热，只有加热元件、样品和样品架是被加热的，即冷壁加热，能够使得真空加热炉腔壁等其他部分保持冷却状态；能够快速升温，并且能以较高的精度快速调节样品温度，满足温度调制实验的需要，对于长时间的实验也有很高的温度稳定度。

本实用新型所采用的技术方案是：

所述一种用于低幅度温度调制测量的高稳定度非接触膨胀计主要包括真空加热炉、样品管、位于样品管内的样品架I和样品架II、激光干涉仪感应头、激光器、冷却水机、氦气流量控制系统、空气流量控制系统、加热管电源、反馈电路、计算机、气管I、气管II、水管、光路I、光路II、主要由卤素灯和硅保护管组成的加热管、加热炉盖子、石英窗口、反射器，所述样品管通过螺丝与所述加热炉盖子连接，所述激光器发射光路I和光路II两束激光能够分别打在位于样品架I上的被测样品和位于样品架II上的对照样品表面上，所述激光干涉仪感应头通过单模玻璃纤维线缆与所述激光器连接，所述氦气流量控制系统通过所述气管I连接所述样品管，所述空气流量控制系统通过所述气管II连接所述加热管的硅保护管，位于所述真空加热炉外的所述冷却水机通过所述水管连接所述加热管的硅保护管，以冷却所述卤素灯的发热组件，所述氦气流量控制系统、空气流量控制系统、加热管电源、反馈电路均位于所述真空加热炉外并连接所述计算机，所述样品管、加热管均具有三套并均位于所述真空加热炉内，所述样品管处于所述真空加热炉的中心位置，所述真空加热炉的内腔上下均具有金属箔反射涂层、侧壁为三个横截面是椭圆轮廓形状的反射器，每个所述反射器的各自的一个椭圆焦点均对应于一个所述加热管内的卤素灯所在位置、各自的另一个椭圆焦点重合于所述样品管所在位置，从而能够将所述加热管的绝大部分热量都汇聚到所述样品管处，能够使得所述真空加热炉腔壁保持冷却状态，所述真空加热炉具有一个透明的石英窗口以便激光光束或样品进入，激光束的大气光路保持在100mm左右，所述真空加热炉和所述激光干涉仪感应头之间连接有一个装有被动空气悬浮系统的重石桌，能够隔离振动。