[其他]一种石英示差膨胀计

说明书

本发明系对物理学领域中的一种测量仪 器——膨胀仪的改进。

通常的膨胀仪由试样膨胀量传递装置、膨胀量测 量装置、加热或冷却装置、温度控制装置等几部分组 成，而其核心部分即试样膨胀量传递装置均系均用顶 杆式石英示差结构，如早期的施文纳尔(chevenard) 光杠杆放大型膨胀仪(1)和近期报导的美国专利 3377838、苏联专利953540和587376所公布之膨胀 计，均采用细长的石英棒顶杆来传递试样的膨胀信 息，并采用导向轴孔来约束顶杆使它沿试样膨胀的方 向作一维直线运动，这种结构，不仅在稍为偏心载荷 的情况下，细长杆易于产生弯曲变形，而且也无法避 免由于顶杆与轴孔间的间隙所引起的跳动和摩擦的 影响。此外，由于石英杆无法进行精密的磨削加工， 其外形不够均匀一致也会使膨胀信息传递失真。所 有这些因素限制了石英示差膨胀计精度和准确度的 提高。目前最好的石英示差膨胀计，它的不确定度也 仅能达到0.2×10^-6/℃，这对于研究超低膨胀材 料在窄温区内的热膨胀性能来说，显然是不够的。另 一方面，激光干涉膨胀仪虽然精度和准确度都很高， 但它对震动极为敏感，试样制备、装样调试和测试数 据处理又极为复杂，测试一个试样需要较长的时间， 不适合于大量试样的性能测量，而且仪器本身造价 高，因此也不适合于一般的科研和生产单位使用。

本发明的目的就是在现有的石英示差膨胀计的 基础上作出改进，以得出一种结构较为简单而又具有 较高精度、灵敏度和稳定性的膨胀计，使它能适合于 一般科研和生产单位在研究超低膨胀材料时应用。 本发明提供了一种拉杆式石英示差膨胀计，首先在设 计原理上，本发明摈弃了精密仪器设计中通常遵循的 机动设计原理而采用了最低势能原理。其次，在结构 上采用拉杆代替顶杆来传递试样的膨胀信息。即在 本发明中采用了管状框架叠套拉杆机构，它由可移动 的叠套拉杆和外套管状固定框架组成，并采用熔融石 英作上述框架和拉杆的材料，借助于弹性元件的作用 使试样与管状框架和叠套拉杆机构始终紧密接触且 处于弹性势能最低状态。试样膨胀即推动叠套拉杆 运动，并可由测量仪器测量出其膨胀量的大小。基于 上述结构使得本发明所提供的拉杆式石英示差膨胀 计同已知的顶杆式石英示差膨胀计相比较，不仅具有 很高的精度和准确度(如配合立式光学计时，不确定 度可达0.09×10^-6/℃)，而且有极高的稳定性和 抗震性。

本发明所提供的拉杆式石英示差膨胀计其结构 原理和实施例如图1所示。

附图说明：(1)叠套拉杆上段实心石英棒；(2)叠 套拉杆中段石英管；(3)叠套拉杆下段石英托盘；(4) 外套管状固定框架石英管；(5)管状固定框架条状石 英压盘；(6)试样；(7)带漏斗状凹面的石英垫片；(8) 固定框架的上法兰托架；(9)叠套拉杆的上自由浮动 托帽；(10)弹簧；(1 1)金属弹性波纹管。

图1的中、下部即为管状框架叠套拉杆机构，它 由叠套拉杆和外套管状固定框架组成，两者互不拉 触。叠套拉杆由三部分熔烧而成，其上段为实心的石 英棒(1)、中段为纵向剖开而带宽缝的石英管(2)，下 段为圆盘而带球头的石英托盘(3)。外套管状固定框 架则由外套的石英管(4)和带中心圆柱体的条状石英 压盘(5)构成，两者熔烧为一体。外套管状固定框架 的上端固接在用低膨胀合金制成的法兰托架(8)上， 而叠套拉杆则穿过上述法兰托架的中心圆孔并同一 个用低膨胀合金制成的自由浮动托帽(9)固接为一 体。自由浮动托帽上部为一平面托盘，下部则稍为细

一些并呈管形，管的内径同叠套拉杆上段的实心 石英棒相配合，石英棒的上端就固定在该管形部分的 内壁上。自由浮动托帽的平面托盘其上平面在工作 状态下系与千分表、立式光学计或差动变压器的测量 杆端部相接触；而其下平面则通过一个弹簧(10)或一 个金属弹性波纹管(1 1)同法兰托架相联接。上述弹 簧和金属弹性波纹管的作用在于既平衡掉叠套拉杆 机构的重力，又确保使试样与叠套拉杆机构始终紧密 接触并处于弹性势能最低状态。