Оптико-механический дилатометр

Оптико-механический (кварцевый) дилатометр предназначен для определения с большой точностью абсолютных значений линейных коэффициентов теплового расширения твердых тел и состоит из вакуумной камеры (1) с измерительным блоком (2), размещаемыми в термостате (криостате) (3), и оптико-механической системы (см. Рис. 26.8). Рабочий интервал температур дилатометра от 80 до 600 К.

Схема установки. Плоскопараллельный образец (4), длина которого предварительно измеряется при комнатной температуре, устанавливается под один из кварцевых штоков (5) в измерительном блоке. Другой шток упирается непосредственно в дно блока. На дне измерительного блока, рядом с образцом расположен датчик температуры - платиновый термометр сопротивления (6). При изменении температуры блока и образца на величину происходит как удлинение образца так и изменение линейного размера равного ему по длине участка второго кварцевого штока . Разность этих удлинений передается магнитным ярмам (7), закрепленным на свободных концах штоков, и преобразуется в изменение угла поворота зажатого между ярмами ролика (8) (диаметром ), на котором укреплено миниатюрное зеркальце. Угол поворота зеркальца измеряется с помощью автоколлиматора (9) с фокусным расстоянием и окуляр-микрометра (10) с ценой деления .

При этих условиях изменение длины измеряемого образца выражается формулой:

(26.8)

где - угол поворота зеркальца в единицах окулярмикрометра; 1,21 10^{-6 см - константа, определяющая чувствительность используемого в работе прибора.}

Коэффициент теплового расширения образца вычисляется по формуле:

, (26.9)

где - коэффициент теплового расширения кварца, . Вычисленный таким образом коэффициент теплового расширения относится к средней температуре .

Рис. 26.9. Схематическое устройство оптико-механического дилатометра. 1 - вакуумная камера, 2 – измерительный блок, 3 – термостат (криостат), 4 – исследуемый образец, 5 – кварцевые штоки, 6 – термометр сопротивления, 7 – магнитные ярма, 8 – ролик с зеркальцем, 9 – автоколлиматор, 10 – окуляр-микрометр

Схема измерения температуры и термостатирования. Системы термостатирования (поддержания постоянной температуры) измерительного блока и измерения температуры исследуемого образца совмещены. Постоянство температуры термостата в зависимости от исследуемого температурного интервала обеспечивается заполнением его либо хладагентом (жидким азотом), либо проточной водой.

Тепловой контакт между образцом и окружающей средой (термостатом) исключается путем создания разрежения в вакуумной камере (Рис. 26.10). Температура измерительного блока и, соответственно, образца задается, измеряется и регулируется с помощью системы термостатирования, блок-схема которой представлена на Рис. 10. Датчиком температуры служит платиновый термометр сопротивления, включенный в цепь потенциометра Р-348.

Рис. 26.10. Схема измерения температуры и термостатирования

Сигнал разбаланса между напряжением на термометре сопротивления и напряжением, заданным на потенциометре, подается на высокоточный регулятор температуры ВРТ, который формирует необходимый закон регулирования тока в цепи нагревателя измерительного блока. Для контроля градиента температуры по длине образца используется медь-константановая термопара, подсоединенная к фотоусилителю Ф116. Схема термостатирования обеспечивает точность поддержания температуры образца не хуже 0,001 К в течении нескольких часов.

Температура образца, уточненная относительно заданного значения, определяется по градуировочной таблице платинового термометра сопротивления . Величина сопротивления рассчитывается по измерениям падения напряжения на термометре и образцовом сопротивлении () по формуле:

(26.10)