[实用新型]由干涉法测材料线膨胀系数的装置

说明书

本实用新型涉及一种物理测试仪器，具体地说，涉及一种采用干涉原理测量材料的线膨胀系数的装置。

众所周知，用于测量材料线膨胀系数的许多类型的膨胀仪已在科研及生产中应用，这些膨胀仪几乎都是以棒状的刚性材料作为试样，不能对生产中大量的薄带金属产品进行测量，在生产中只能取其中间坯料的测量结果作为成品薄带的线膨胀系数，这样不经济也不科学，况且，近年来发展起来的一系列非晶态合金由于采用急冷法制取，故只有薄带产品（试样厚度只有10－30μm左右），得不到中间坯料，用常规膨胀仪器难以精确测量。目前报导的测量小膨胀系数的仪器，都是采用差动变压器或三端电容法为测长传感器，它们虽然都有较高的测长灵敏度，但是由于零点漂移大，线性度差和需要传递杆等缺点，因而稳定性差，测量精度不高，作为非晶态合金之类的小膨胀系数测量，难以胜任。

本实用新型的目的是提供一种利用干涉原理精确测量材料，特别是小膨胀材料的线膨胀系数的装置。

本实用新型的进一步目的是提供一种利用干涉原理精确测量薄带金属试样的线膨胀系数的装置。

本实用新型的构思如下：

本实用新型所述装置是基于等厚干涉原理而构造出的。将试样放在两块干涉片（玻璃板）之间，当有单色光垂直照射时，光在与试样接触的两干涉片表面分别被反射。由于两束反射光之间有光程差，反射后形成等厚干涉条纹，所引起的光程差为：

δ＝2Ln＋λ／2

式中L为两反射面之间的距离，等于试样的长度；λ为入射光波长；n为两干涉片之间介质的折射率，在真空中时，n＝1，构成反射光干涉的条件为：

δ＝2L＋λ／2＝Nλ    N＝1，2，3，…明条纹

δ＝2L＋λ／2＝（2N＋1）λ／2    N＝0，1，2，…暗条纹

当将试样加热时，由于试样膨胀，两块干涉片之间距离增大，从而产生干涉条纹的移动，移动过一个条纹，表示光程差改变了一个波长λ，即试样伸长了λ／2，因此试样的伸长量为

△L＝N· (λ)/2 （N为干涉条纹移过数目）

试样的平均线膨胀系数为：

α＝ (Nλ)/(2L_O(T-To))

式中Lo为室温To下试样的长度，T为试样加热温度。

当在非真空气氛下测量时，要考虑气体的折射率，得到结果为：

△L／Lo＝（Nλ／2Lon₂）＋［（n₁－n₂）／n₂］

（式中：n₁为T₁温度下两干涉片之间介质的折射率；n₂为T₂温度下介质的折射率。）

根据上述构思，本实用新型所述测量材料线膨胀系数的装置包括：产生单色平行光的光源；用于产生干涉现象的位于试样两端的上干涉片和下干涉片；用于检测由上、下干涉片产生的干涉条纹的干涉检测部件；用于记录由干涉检测部件得到的信号的记录器件；用于对试样加热的加热炉；用以测量和控制炉温的测温器件和控温器件。

能够产生平行单色光光源的方法和装置对该技术领域的熟练技术人员来说有多种多样，但对于本实用新型来说，为了得到单色性好和稳定性好的光源，最好选用由激光器、光发散元件、半反射镜和半球镜而产生的单色平行光光源。上述干涉检测部件最好包括摄像机、显示器和光电检测器件。由激光器射出的光束由光发散元件扩散成发散光，再由半反射镜将其反射至半球镜上，从而由半球镜将发散光会聚成平行光束，该平行光束照射到加热炉中的位于试样两端面处的两块干涉片（上、下干涉片）上，反射回来的光线透过所述半反射镜射向摄像机，在与摄像机连接的显示器上显示出干涉图像，再由光电检测器件将显示器上的光信号转换成电信号而由记录器件记录下来。

上述光发散元件可为双凸透镜、玻璃球或其他能使光发射的元件；上述上、下干涉片可以是圆形、方形或其他任意形状的薄片，薄片厚度一般在4－10mm范围内，为了节省材料，希望该厚度越薄越好，薄片材料可选用石英、宝石、高温玻璃或其他耐高温和透明度高的材料。所述光电转换器件可采用放在显示器屏幕上的光导纤维和／或光敏元件诸如光电阻、光敏三极管、光敏二极管等，为了消除自然光、温度变化等因素引起的干扰，最好采用二个或四个光导纤维和／或光敏元件，把它们构成桥路，一个接受Sinθ光信号，另一个接受－Sinθ光信号，即光信号相位相反，这样，由上述因素产生的影响可以抵消，同时还可抵消信号中的直流成分。

上述测温器件一般包括热电偶和电压表或D／A转变器。