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原文传递一种热膨胀系数测量仪

专利名称：	一种热膨胀系数测量仪
摘要：	本申请公开了一种热膨胀系数测量仪，包括：底板、第一被测材料、第二被测材料、第一位移测量装置、第二位移测量装置；其中，底板上方安装有第一立柱、第二立柱、第三立柱以及第四立柱；第一立柱上方安装有第一被测材料，第二立柱上方安装有第二被测材料，第三立柱上方安装有第一位移测量装置，第四立柱上方安装有第二位移测量装置；第一位移测量装置的轴线和第一被测材料的轴线重合或平行，第二位移测量装置的轴线和第二被测材料的轴线重合或平行，基于第一位移测量装置的测量结果和第二位移测量装置的测量结果的差值和第一被测材料和第二被测材料长度的差值确定第一被测材料和第二被测材料的热膨胀系数。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	江苏弘开传感科技有限公司
发明人：	陈艺征;唐艳;吴永吉;唐锋;陈昌林
专利状态：	有效
申请日期：	2019-02-26T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-17T00:00:00+0800
申请号：	CN201910140673.X
公开号：	CN109765262A
代理机构：	北京派特恩知识产权代理有限公司
代理人：	王军红;张颖玲
分类号：	G01N25/16(2006.01);G;G01;G01N;G01N25
申请人地址：	215126 江苏省苏州市苏州工业园区界浦路61号B栋105室
主权项：	1.一种热膨胀系数测量仪，其特征在于，所述热膨胀系数测量仪包括：底板、第一被测材料、第二被测材料、第一位移测量装置、第二位移测量装置；其中，所述底板上方安装有第一立柱、第二立柱、第三立柱以及第四立柱；所述第一立柱上方安装有第一被测材料，所述第二立柱上方安装有第二被测材料，所述第一被测材料和所述第二被测材料是同种材料；所述第三立柱上方安装有第一位移测量装置，所述第四立柱上方安装有第二位移测量装置；所述第一被测材料和所述第二被测材料具有不同的长度和相同的材料，且在所述第一立柱和所述第二立柱上的安装方式相同；所述第一位移测量装置和所述第二位移测量装置属于相同的位移测量装置，且在所述第三立柱和所述第四立柱上的固定位置以及安装方式均相同；所述第一位移测量装置的轴线和所述第一被测材料的轴线重合或平行，所述第二位移测量装置的轴线和所述第二被测材料的轴线重合或平行，所述第一位移测量装置用于测量所述第一被测材料发生膨胀后的长度改变量，所述第二位移测量装置用于测量所述第二被测材料发生膨胀后的长度改变量；温度改变后，基于第一位移测量装置和第二位移测量装置测量结果的差值以及第一被测材料和第二被测材料长度的差值，确定所述第一被测材料和所述第二被测材料的热膨胀系数。 2.根据权利要求1所述的热膨胀系数测量仪，其特征在于，所述第一位移测量装置和所述第二位移测量装置均包括：位移传感器、传输线和解调装置；其中，所述第一位移测量装置和所述第二位移测量装置均为接触式位移测量装置，所述第一位移测量装置的位移传感器与所述第一被测材料的端部接触，所述第二位移测量装置的位移传感器与所述第二被测材料的端部接触；或者，所述第一位移测量装置和所述第二位移测量装置均为非接触式位移测量装置，所述第一位移测量装置的位移传感器与所述第一被测材料的端部不接触，所述第二位移测量装置的位移传感器与所述第二被测材料的端部不接触。 3.根据权利要求1所述的热膨胀系数测量仪，其特征在于，当所述底板上方没有隔热材料时，所述第一被测材料和所述第二被测材料从固定点到端部的长度分别是L1和L2；所述第一被测材料和所述第二被测材料是同种材料，热膨胀系数是未知量α；所述底板的热膨胀系数为已知量αg；温度改变Δt后，所述第一被测材料和所述第二被测材料发生膨胀后的长度改变量分别为Δd1＝αL1Δt和Δd2＝αL2Δt；Δd0是位移测量装置和其夹具等构件在温度变化后，除了被测材料和底板，其他元器件的热膨胀对位移测量装置测出的长度的影响量总和；因为两个位移测量装置以及安装位置均相同，所以其他因素对两个位移测量装置测出的位移的影响均为Δd0，做差后，两个位移测量装置对应的Δd0能够消除；所述第一被测材料和所述第二被测材料对应等长度的底板的热膨胀位移量分别为Δdg1＝αgL1Δt和Δdg2＝αgL2Δt，所述Δdg1和所述Δdg2是已知量；所述第一位移测量装置和所述第二位移测量装置测出的两个位移Δda1和Δda2分别为两个被测材料热膨胀与底板热膨胀产生的位移以及Δd0的差值，即Δda1＝Δd1-Δdg1-Δd0，Δda2＝Δd2-Δdg2-Δd0，从而确定Δd1＝Δda1+Δdg1+Δd0和Δd2＝Δda2-+Δdg2+Δd0；通过Δd1和Δd2做差消去Δd0，得到所述第一被测材料和所述第二被测材料的热膨胀系数为α为： 4.根据权利要求1所述的热膨胀系数测量仪，其特征在于，当所述底板上方有隔热材料时，所述隔热材料将所述底板和上方的所述第一被测材料、所述第二被测材料、所述第一位移测量装置以及所述第二位移测量装置隔离开，使得当温度改变时，只有所述隔热材料上方的区域温度发生变化，所述底板不发生热膨胀；所述第一被测材料和所述第二被测材料从固定点到端部的长度分别是L1和L2；所述第一被测材料和所述第二被测材料的热膨胀系数是未知量α；温度改变Δt后，所述第一被测材料和所述第二被测材料发生膨胀后的长度改变量分别为Δd1＝αL1Δt和Δd2＝αL2Δt；Δd0是位移测量装置和其夹具构件在温度变化后，除了被测材料和底板，其他元器件的热膨胀对位移测量装置测出的长度的影响量总和；所述第一位移测量装置和所述第二位移测量装置测出的两个位移Δda1和Δda2分别为两个被测材料热膨胀产生的位移与Δd0的差值，即Δda1＝Δd1-Δd0，Δda2＝Δd2-Δd0，从而确定Δd1＝Δda1+Δd0和Δd2＝Δda2+Δd0；通过Δd1和Δd2做差消去Δd0，得到所述第一被测材料和所述第二被测材料的热膨胀系数为α为： 5.根据权利要求3或4所述的热膨胀系数测量仪，其特征在于，所述第一位移测量装置和所述第二位移测量装置使用光纤法布里-珀罗干涉原理测量所述第一被测材料和所述第二被测材料发生膨胀后的长度改变量；其中，所述第一位移测量装置和所述第二位移测量装置中的光纤端部分别作为第一反射面，所述第一被测材料和所述第二被测材料的端部固定有反射镜，作为第二反射面；温度改变后，所述第一被测材料和所述第二被测材料发生热膨胀，所述第一被测材料和所述第二被测材料的端部发生不同的位移，带动反射镜移动，所述第一位移测量装置和所述第二位移测量装置的光纤端部也发生移动，所述第一位移测量装置和所述第二位移测量装置的两个光纤端部的移动量Δd0相同，通过所述第一被测材料和所述第二被测材料发生膨胀后的长度改变量Δd1和Δd2做差能够消除；所述第一位移测量装置和所述第二位移测量装置测出的两个干涉腔长变化量Δda1和Δda2，通过作差法得到所述第一被测材料和所述第二被测材料的热膨胀系数为α。 6.根据权利要求3或4所述的热膨胀系数测量仪，其特征在于，所述第一位移测量装置和所述第二位移测量装置使用微波测距的方法测量所述第一被测材料和所述第二被测材料发生膨胀后的长度改变量；其中，所述第一被测材料和所述第二被测材料的端部固定有导体反射面，所述第一位移测量装置和所述第二位移测量装置均包括外壳、内杆、第一反射点、第二反射点和频谱解调装置；所述第二反射点为外壳和内杆的端部平面，所述外壳和内杆是连续导体；所述频谱解调装置对频谱进行解调，测出所述第二反射点与所述导体反射面之间的距离，所述第二反射点与所述导体反射面之间的距离为绝缘介质腔的腔长；温度改变后，所述第一被测材料和所述第二被测材料的端部发生不同的位移，导致所述第一位移测量装置和所述第二位移测量装置测出的所述第二反射点与所述导体反射面之间的距离发生变化；所述第一位移测量装置和所述第二位移测量装置的固定方式和位置均相同，从而所述第一位移测量装置和所述第二位移测量装置端部的第二反射点移动量Δd0相同，通过所述第一被测材料和所述第二被测材料发生膨胀后的长度改变量Δd1和Δd2做差能够消除；所述第一位移测量装置和所述第二位移测量装置测出的距离改变量分别为Δda1和Δda2，通过作差法得到所述第一被测材料和所述第二被测材料的热膨胀系数为α。 7.根据权利要求3或4所述的热膨胀系数测量仪，其特征在于，所述第一位移测量装置和所述第二位移测量装置使用光学或声波测距的方法测量所述第一被测材料和所述第二被测材料发生膨胀后的长度改变量；其中，所述第一位移测量装置和所述第二位移测量装置使用光学测距的方法的情况下：所述第一位移测量装置和所述第二位移测量装置的固定方式和位置均相同，从而所述第一位移测量装置和所述第二位移测量装置端部的移动量Δd0相同，通过所述第一被测材料和所述第二被测材料发生膨胀后的长度改变量Δd1和Δd2做差能够消除；所述第一位移测量装置和所述第二位移测量装置测出的距离改变量分别为Δda1和Δda2，通过作差法得到所述第一被测材料和所述第二被测材料的热膨胀系数为α；所述第一位移测量装置和所述第二位移测量装置使用声波测距的方法的情况下：所述第一位移测量装置和所述第二位移测量装置的固定方式和位置均相同，从而所述第一位移测量装置和所述第二位移测量装置端部的移动量Δd0相同，通过所述第一被测材料和所述第二被测材料发生膨胀后的长度改变量Δd1和Δd2做差能够消除；所述第一位移测量装置和所述第二位移测量装置测出的距离改变量分别为Δda1和Δda2，通过作差法得到所述第一被测材料和所述第二被测材料的热膨胀系数为α。 8.根据权利要求3或4所述的热膨胀系数测量仪，其特征在于，所述第一位移测量装置和所述第二位移测量装置均为接触式位移测量装置；其中，所述第一位移测量装置和所述第二位移测量装置的探杆触碰到所述第一被测材料和所述第二被测材料的端部；当温度改变后，所述第一被测材料和所述第二被测材料发生热膨胀，挤压所述第一位移测量装置和所述第二位移测量装置的探杆，使所述探杆发生不同的位移，通过所述第一位移测量装置和所述第二位移测量装置测出的探杆的位移分别为Δda1和Δda2，所述第一位移测量装置和所述第二位移测量装置的固定方式和位置均相同，从而所述第一位移测量装置和所述第二位移测量装置静止区域端部的移动量Δd0相同，通过所述第一被测材料和所述第二被测材料发生膨胀后的长度改变量Δd1和Δd2做差能够消除，其中，静止区域的端部指的是位移测量装置中，包裹探杆且不可发生运动的外壳的端部；所述第一被测材料和所述第二被测材料发生膨胀后的长度改变量Δd1和Δd2；所述第一位移测量装置和所述第二位移测量装置测出的距离改变量分别为Δda1和Δda2，通过作差法得到所述第一被测材料和所述第二被测材料的热膨胀系数为α。 9.根据权利要求8所述的热膨胀系数测量仪，其特征在于，所述接触式位移测量装置的原理包括：微波法布里-珀罗谐振腔测量位移的原理、或振弦测量位移的原理、或布拉格光栅测量位移的原理、或线性位移传感器测量位移的原理、或光电编码器测量位移的原理。 10.根据权利要求1所述的热膨胀系数测量仪，其特征在于，第一位移测量装置和第二位移测量装置可固定在所述底板上的任意位置，所述第一被测材料和所述第二被测材料的轴线可指向任意方向，其中，满足以下三个条件可测量被测材料的热膨胀系数：第一条件：所述第一被测材料和所述第二被测材料是同种材料且长度不同；第二条件：所述第一位移测量装置和所述第二位移测量装置的轴线分别与所述第一被测材料和所述第二被测材料的轴线平行或重合；第三条件：所述第一位移测量装置和所述第二位移测量装置相同且固定位置相同。
所属类别：	发明专利