[其他]霍尔膨胀仪

说明书

本发明为一种依靠电磁转换原理制成的测量材料膨胀特性的仪器。

众所周知，利用电磁转换的方法制成的膨胀仪早已问世，例如差动变压器式膨胀仪就是一例。然而这类仪器的精度通常不高，一般在10^－4／C左右，这已经不能满足对于材料精密测量的要求；若使其精度进一步提高，则要有许多补救措施作保证，结果变得复杂化，操作起来也不方便。目前普遍使用的高精度膨胀仪一般都是依近代先进技术如“激光”、“电子衍射”等制成，一般可达10^－6－10^－7／℃的精度，可带之而来的是仪器制造成本成几倍至几十倍的增长；测量时间长；对于试样的形状要求的比较严格，这是目前已有技术中普遍存在的又一缺点，例如用激光式膨胀仪或电子衍射式膨胀仪进行测量，则要将试样加工成直径为10毫米、长为100毫米的管状体；对于某些材料来说，是不易作到。有些仪器测量一个试样的膨胀度需要几天的时间，费时过长。

本发明的目的在于设计并制造出一种造价低，精度高、操作简便的新型膨胀仪。经反复构思多次实验已得到能够满足上述发明目的仪器——霍尔膨胀仪。

霍尔膨胀仪仍依靠电磁转换原理制成，其特征在于仪器的检测系统是由装有霍尔元件的固定装置，可在一维方向自由滑动的膨胀传动装置以及热屏蔽装置等三部分构成。附图是该仪器检测部分的结构示意图及A－A剖面图。其各组成部件分别为：螺栓1、螺母2、轴承3、横梁4、上滑块5、立梁6、热屏蔽7、外壳8、霍尔元件9、磁铁10、下滑块11、外壳固定螺钉12、底板13、支撑柱14、导杆15。

前面所说的装有霍尔元件的固定装置指的是由霍尔元件9、上滑块5、螺栓1、螺母2、立梁6、轴承3和横梁4组成的结构，各部件间是这样配合的：霍尔元件固定在上滑块上，上滑块与螺栓相固接，螺栓通过螺母将其固定在支架上。支架指的是横梁和立梁。其中，支架的立梁与横梁相固结，立梁上设有导轨，横梁上边有轴承，轴承装在横梁的中间，轴承的外套与横梁相固结，螺栓从轴承中间通过，通过螺母将其固定在轴承的内套上。由“固定部分”的上述结构可知，这里的“固定”仅对于支架、轴承等而言是固定的，而对于上滑块及螺栓而言的固定是相对的。因为螺栓及其连接部分是可调的。为了适应试样长度不同等要求，可以转动螺母，使之通过上滑块将霍尔元件升高或者降低，以保证在测量时霍尔元件与磁铁之间仍然保持最佳距离，维持最高的灵敏度。轴承是为了降低摩擦，实现螺母对螺栓的调节功能设置的。螺母和轴承内套相固定。当转动螺母时，轴承内套和螺母一起转动，而轴承外套和横梁之间一直相对静止。

前面所说的可在一维方向自由滑动的膨胀传动装置指的是由磁铁10、下滑块11和导杆15组成的结构。其中磁铁固定在下滑块上，下滑块与导杆相固结，导杆从底板中间穿过，通过石英杆与试样相接触。

为了保证检测部分所获得的信号具有足够的精度，要求霍尔元件和磁铁间的相对运动只能允许一个自由度，即两者间的距离只能严格地在一维方向上发生变化。上下两滑块在导轨上的滑动即可实现上述要求。为了保证仪器的精度要求，导轨与滑块间特别是导轨与下滑块间的配合要特别好，一方面要紧密以保证其一维性，另一方面又要尽量减少摩擦以降低试样膨胀时所受到的摩擦力的影响。

检测系统的热屏蔽装置应能将整个固定装置和滑动装置都罩起来。和底板构成一封闭系统。其材料可以采用杜瓦瓶（保温瓶胆），也可以是其它的绝热材料。因为检测系统的材料也将受到温度的影响而发生热膨胀现象，可能产生测量误差。安装热屏蔽的目的就在于尽量使检测系统处于绝热封闭状态，免受环境因素的影响。

用上述方法实现的膨胀仪，其原理是：当试样因温度变化而发生线性膨胀或收缩时，通过导杆15传感，带动下滑块11，使下滑块11上的磁铁10与上滑块5上的霍尔元件9的相对位置发生变化，从而使得霍尔元件的霍尔电压亦发生变化，测量出这个变化值，并加以处理与显示，即可达到测量材料膨胀特性的目的。

本项发明已实施，所做出的霍尔膨胀仪的结构和附图基本相向。仪器中试样的放置无特征之处，操作方法亦无需特殊之规定。试制出的霍尔膨胀仪的精度为10^－7－10^－9／℃，价格在4－5千元人民币／台，测试一次的时间约为3－5小时，对于试样形状的限制不大，若棒状试样，其直径3－5毫米，长50毫米即可；带状、丝状或万、扁、圆型都行。