Спосіб визначення температурного коефіцієнта лінійного теплового розширення твердого матеріалу при низьких температурах

Спосіб визначення температурного коефіцієнта лінійного теплового розширення твердого матеріалу при низьких температурах, що включає операції охолодження зразка матеріалу, наступного утримання заданої температури протягом заданого часу, подальшого безперервного підвищення температури, із поточною реєстрацією температури та зміни лінійних розмірів зразка, за якими визначають температурний коефіцієнт лінійного теплового розширення досліджуваного матеріалу при низьких температурах, який відрізняється тим, що попередньо на зразку встановлюють тензометр, призначений для безпосереднього вимірювання деформацій, а похибку вимірювань, спричинену температурними деформаціями тензометра, визначають під час додаткового експерименту, який проводять в такому ж інтервалі температур на зразку еталонного матеріалу, значення коефіці 2 3 34519 теми вимірювання, втрати точності через теплообмін між зразком і елементами системи вимірювання, тощо. В основу пропонованої корисної моделі поставлена задача створення такого способу визначення температурного коефіцієнта лінійного теплового розширення твердого матеріалу при низьких температурах, який би дозволив підвищити точність визначення температурного коефіцієнта лінійного теплового розширення за рахунок створення умов для визначення і врахування похибок, що виникають в процесі вимірювань у системі вимірювання. Поставлена задача вирішується пропонованим способом, що, як і відомий спосіб визначення температурного коефіцієнта лінійного теплового розширення твердого матеріалу при низьких температурах, що включає операції охолодження зразка матеріалу, наступне утриманням заданої температури протягом заданого часу, подальше безперервне підвищення температури, із поточною реєстрацією температури та зміни лінійних розмірів зразка, за якими визначають температурний коефіцієнт лінійного теплового розширення досліджуваного матеріалу при низьких температурах, а відповідно до пропозиції, попередньо на зразку встановлюють тензометр, призначений для безпосереднього вимірювання деформацій, а похибку вимірювань, спричинену температурними деформаціями тензометра, визначають під час додаткового експерименту, який проводять в такому ж інтервалі температур на еталонному зразку матеріалу, значення коефіцієнта лінійного розширення якого відомі. Система визначення температурного коефіцієнта лінійного теплового розширення твердого матеріалу при низьких температурах, яку використовують у пропонованому способі, включає кріокамеру, в якій вмонтовані опори для кріплення зразка, термопари та тензометр, призначений для закріплення на робочій ділянці досліджуваного зразка, системи управління та реєструючі прилади. Під час дослідження сигнали тензометра подаються на блок-підсилювач системи вимірювання та відтворюються у графічній формі на реєструючому приладі. Сигнали термопари також подаються на реєструючий прилад. Оскільки прилад, що сприймає зміну лінійних розмірів зразка - тензометр, розташовують безпосередньо на поверхні досліджуваного зразка матеріалу, створені умови для визначення і врахування похибок, що виникають в процесі вимірювань у системі вимірювання. Приклад. Визначали температурний коефіцієнт лінійного розширення епоксидного односпрямованого вуглепластика у діапазоні температур 77-293К. Попередньо виконували підготовку зразка до випробування, вибір режимів випробувань проводився у відповідності до вимог [ДСТУ 2308-93. "Метод визначення температурного коефіцієнта лінійного розширення композиційних матеріалів в трьох взаємоортогональних напрямках"]. Чинний від 01.01.1995p. Підготовлений зразок встановлювали у кріокамері. На робочій ділянці зразка закріплювали тензометр та термопару. В кріокамеру, після 4 встановлення зразка з прикріпленим до нього тензометром і вживленою термопарою, заливали охолоджувач - рідкий азот. Потім кріостат закривали для термостабілізації системи. Через 30 хвилин після завершення інтенсивного кипіння азоту через кран, який розміщений на камері, поступово, порціями, щоб запобігти потраплянню через нього в систему повітря, зливали до 90% рідкого азоту. Нагрівання зразка і системи вимірювання відбувалося довільно за рахунок конвенктивного теплообміну через стінки кріокамери, що контактують з навколишнім середовищем з температурою 293±2К. Для реєстрації температурного видовження використовували низькотемпературний тензометр, який попередньо прокалібрували як в середовищі рідкого азоту, так і при кімнатній температурі. Залежність зміни коефіцієнта калібровки від температури прийняли лінійною. Сигнал з тензометра надходив до блоку-підсилювача експериментальної машини INSTRON-1126 та відтворювався у графічному ви гляді самописцем на діаграмній стрічці. Температуру вимірювали за допомогою попередньо каліброваної термопари «мідьконстантан». Термо-ЕРС термопари вимірювали за допомогою цифрового мілівольтметру марки В7-21А. Для визначення залежності помилки, що вноситься тензометром, від температури, експеримент спочатку проводили на прямокутному зразку з еталонного матеріалу з поперечним перетином 10´3,5мм. Еталонний зразок був виго товлений з титанового сплаву ВТ1-0, залежність коефіцієнта температурного розширення якого в інтервалі низьких та кріогенних температур відома [Новицкий Л.А., Кожевников И.Г. Теплофизические свойства материалов при низких температурах. Справочник. -Москва: Машиностроение, 1975. -216с.]. Після цього проводили експеримент з тотожними режимами із зразком з вуглепластика, що мав форму прямокутного паралелепіпеда з поперечним перетином 10´3,5мм і визначали коефіцієнт температурного розширення як a= 1 [k (T2 ) × SВП (Т2 ) - Еr ( T2 )] - [k (T ) × SВП (Т1) - Еr (T )] 1 1 , × l0 T2 - T1 де l0 - база вимірювань при Т=293К, Т1, Т2 нижнє і верхнє значення температури і відповідні їм: k (T1), k(T2 ) - калібровочні коефіцієнти тензометра; SВП (Т1 ), SВП (Т2 ) - показання тензометра для вуглепластикового зразка; 293 Er (T1 ) = k ( 1 )× SВТ 1 - 0 (Т1 ) - l0 ò a ВТ 1 - 0 (Т ) × dT , T T1 293 ò aВТ 1- 0(Т ) × dT T2 помилки тензометра; Er(T2 ) = k ( 2 )× SВТ 1 - 0 (Т 2 ) - l0 T температурні SВТ 1-0 (Т1), SВТ 1-0 (Т 2 ) - показання тензометра для зразка зі сплаву ВТ 1-0; a ВТ 1-0(Т) - коефіцієнт температурного розширення сплаву ВТ 1-0. Таким чином використання пропонованого способу визначення температурного коефіцієнта лінійного розширення надає можливість підвищити 5 34519 точність визначення коефіцієнта температурного розширення матеріалів в широкому діапазоні температур за рахунок створення умов для визначен Комп’ютерна в ерстка Л.Литв иненко 6 ня і врахування похибок, що виникають в процесі вимірювань у системі вимірювання. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601