[实用新型]一种低温下材料热膨胀系数的测试装置

说明书

本专利公开了一种低温下材料热膨胀系数的测试装置，该装置包括真空腔体(10)、真空腔体底座(6)、真空泵(1)、制冷装置(5)、测温电阻(14)、电容位移传感器(16)、焊接波纹管(8)、五维位移台(7)、可视化窗口(11)、防辐射屏(18)、数据处理和显示模块(12)。待测样品通过制冷装置冷平台支撑并由制冷装置提供冷量。电容位移传感器左右对置于待测样品的两端以测量待测样品的形变量。数据处理和显示模块对装置中各设备进行实时数据采集、数据处理和结果显示。本装置可获得低温下材料的形变量和热膨胀系数，具有测试结构简单、操作方便、测量精度高的特点。

技术领域

本专利涉及一种材料的热膨胀系数测试装置和测试方法，特别是应用于材料低温下热膨胀系数的真空测试装置。

背景技术

物体由于温度变化会发生胀缩现象。其变化能力以等压条件下，单位温度变化所导致的长度量值的变化，即热膨胀系数表示。目前，热膨胀系数测量的方式主要有激光干涉法、光学投影法、顶杆法等。这些方法在应用时具有一定的缺点和局限性，例如，激光干涉法和光学投影法建立测试装置和实验操作难度较大，顶杆法需要利用已知热膨胀系数的材料做膨胀计。对于材料热膨胀系数的确定，材料形变量的测量精确度极为关键。电容位移传感器能实现无接触测量，能分辨微小的位移，具有灵敏度高，零漂小，频响宽，非线性小，精度稳定性好，抗电磁干扰能力强和使用操作方便的优点，是一种非常可靠的测量材料微小形变量的手段。

发明内容

本专利目的在于提供一种低温下材料热膨胀系数测试装置，解决低温下材料热膨胀系数测试过程较为复杂的问题。

本专利提供一种低温下材料热膨胀系数测试装置，包括真空腔体10、真空腔体底座6、真空泵1、制冷装置5、测温电阻14、电容位移传感器16、焊接波纹管8、五维位移台7、可视化窗口11、防辐射屏18、数据处理和显示模块12。所述的真空腔体10上设有抽真空阀门2和放气阀门9，抽真空阀门2与真空泵1相连接。真空腔体10与真空腔体底座6采用真空橡皮圈4和连接螺丝3密封。真空腔体10与可视化窗口11采用真空橡皮圈4和连接螺丝3密封。真空腔体底座6与制冷装置5采用真空橡皮圈4和连接螺丝3密封，制冷装置5即制冷机或液氮杜瓦。防辐射屏18通过高效导热脂固定于制冷装置冷平台15上，防辐射屏18外表面抛光或镀高反射率镀层，防辐射屏18内表面发黑。测温电阻14通过真空插座13与数据处理和显示模块12连接。焊接波纹管8与真空腔体10采用焊接连接。转接管17与焊接波纹管8采用焊接连接。五维位移台7与转接管17采用连接螺丝3连接，五维位移台7具有五维调节功能，包括三维移动、转动和俯仰。电容位移传感器16与转接管17采用真空橡皮圈4密封。数据处理和显示模块12与测温电阻14、电容位移传感器16、制冷装置5连接，对各设备进行实时控制以及数据采集、处理和结果显示。

一种基于所述的低温下材料热膨胀系数测试装置的热膨胀系数测试方法，方法如下：1)将柱体形状的待测样品19通过高效导热脂固定于制冷装置冷平台15上，将测温电阻14通过高效导热脂固定于待测样品19上，数据处理和显示模块12实时显示待测样品19的温度值；2)通过调节左、右侧的五维位移台7，使左、右侧电容位移传感器16的探测面与待测样品19左、右端面分别保持平行且左、右侧电容位移传感器16的探测面与待测样品19左、右端面之间的距离保持在250μm之内；3)通过真空泵1对真空腔体10进行抽真空并使真空腔体10保持真空状态，通过制冷装置5对待测样品19进行降温使待测样品19达到目标温度；4)通过左、右侧电容位移传感器16对待测样品19的形变量进行检测，并通过数据处理和显示模块12进行数据处理，获得待测样品19在目标温度下的热膨胀系数并显示。