【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属热膨胀系数检测，具体为一种金属热膨胀系数双端面测定方法和装置。
技术介绍
1、物体受热时其长度、面积、体积等物理量都会增大，其中长度方面的增大用膨胀系数来表征，也称为线膨胀系数。膨胀系数的研究广泛应用于耐火材料、建筑材料、玻璃、金属、塑料、陶瓷、钢轨、复合材料的高温制造等方面。如火车钢轨，要预留伸缩缝；精密仪器仪表的关键零件要考虑到温度变化导致的变形；工程中一些过盈量较大的机械零件可利用材料的热膨胀性来配合装配或拆卸等。
2、目前，金属受热膨胀系数的测量大多采用单端面法，例如千分表法、干涉圆环吞没计数法、光杠杆法。这类方法都需要将被测金属棒的一端固定，并且自由端需要通过接触、镶嵌反射镜等方式实现微小伸长的测量。这不免会影响测量结果，针对上述问题，需要对现有设备进行改进。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种金属热膨胀系数双端面测定方法和装置，以解决上述
技术介绍
中提出的测定方法都需要将被测金属棒的一端固定，并且自由端需要通过接触、镶嵌反射镜等方式实现微小伸长的测量，会影响测量结果的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种金属热膨胀系数双端面测定装置，包括激光光源系统、第一干涉系统、第二干涉系统、真空管式炉、温度控制器、金属棒和观察屏等，其中，激光光源系统产生频率稳定的激光束；第一干涉系统测量金属左端面伸长量；第二干涉系统测量金属右端面伸长量；真空管式炉加热金属棒；温度控制器实现真空管式炉的加热和温控；金属棒受热后
3、具体地，所述激光光源系统由频率稳定激光器和1*2光纤组成，激光器发出频率稳定的激光经过1*2光纤（分光比为5:5）分为强度相等的两束激光并通过光纤传输。
4、具体地，所述第一干涉系统由第一扩束会聚透镜、第一分光镜（分光比为5:5）、第一参考镜和第一观察屏；所述第一扩束会聚透镜形成的点光源正好位于第一分光镜前表面。
5、具体地，所述第一干涉系统会在第一观察屏上产生同心圆环。
6、具体地，所述第二干涉系统由第二扩束会聚透镜、第二分光镜（分光比为5:5）、第二参考镜和第二面观察屏；所述第二扩束会聚透镜形成的点光源正好位于第二分光镜前表面。
7、具体地，所述第二干涉系统会在第二观察屏上产生同心圆环。
8、具体地，所述第一观察屏和第二观察屏可以更换成ccd相机。
9、具体地，所述真空管式炉采用两层玻璃管封闭，夹层抽真空，中空式透光薄膜电阻加热设计，加热电流为0～0.6a可调，最大输出电压45v为被测金属提供均匀加热场。
10、具体地，所述真空管式炉通过左端固定锁紧机构和右端固定锁紧机构固定在炉架上，可以实现pt100输入和输出、加热电流输入。
11、具体地，所述温度控制器采用pt100传感器测温，调节管式炉加热电流大小，控制加热速率，指示加热电流大小。
12、具体地，所述被测金属棒的两个端面抛光，分别充当第一干涉系统和第二干涉系统的测量镜；通过隔热圈置于真空管式炉内受热后伸长，以此改变测量臂的光程，使第一和第二干涉同心圆环分别发生吞没现象。
13、具体地，所述被测金属棒的中间安装有内嵌pt100温度传感器探头的温度测量传导铜块，用于实时测量金属棒的受热温度。
14、具体地，一种金属热膨胀系数双端面测定方法，该方法基于所述的一种金属热膨胀系数双端面测定装置进行，包括如下步骤：
15、步骤1，真空管式炉安装
16、首选将嵌有pt100温度传感器探头的被测金属棒小心翼翼地平放入真空管式炉内，使pt100温度传感器探头处于炉体中间位置，然后，通过左端和右端固定锁紧机构将真空管式炉固定在炉架上，最后，连接好pt100探头的输入和输出端子，以及加热电流输入端子。
17、步骤2，第一干涉系统调节
18、在激光光源正常工作情况下，首先仔细调节第一扩束会聚透镜，使金属棒左端面反射光原路返回，然后，依次放置好第一分光镜、第一参考镜和第一观察屏。最后调节第一参考镜，使观察屏上出现清晰的同心圆环干涉图形。
19、步骤3，第二干涉系统调节
20、在激光光源正常工作情况下，首先仔细调节第二扩束会聚透镜，使金属棒左端面反射光原路返回，然后，依次放置好第二分光镜、第二参考镜和第二观察屏。最后调节第二参考镜，使观察屏上出现清晰的同心圆环干涉图形。
21、步骤4，设定温度控制器
22、开启加热控制，调节加热电流大小，设定控温点。
23、步骤5，加热和数据记录
24、开启加热控制，记录样品上的实测温度值和特定温度区间内第一和第二观察屏上圆环的各自吞没数，测温结束后两端相加计算被测金属的线胀系数。记录过程中，可以采用按试件一定的伸长量（例如50或100个干涉环变化对应的光程差），测出试件温度的变化量；也可以采用按升高一定的温度（例如5℃或10℃）测量试件伸长量的方法。
25、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：该金属热膨胀系数双端面测定方法和装置，
26、（1）本专利技术采用双端测量结构，创新和丰富了金属热膨胀系数测量方法，采用真空管式炉加热金属棒，其加温均匀，保温性好；
27、（2）本专利技术采用光纤导光，减少设备体积，提高稳定性，采用金属棒抛光的端面作为反射面实现金属棒本身的直接测量，减少了外加设备的影响，提供了测量精度，可以实现单端面和双端面测量的自由切换，拓宽了设备应用空间。
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1.一种金属热膨胀系数双端面测定装置，其特征在于，包括激光光源系统、第一干涉系统、第二干涉系统、真空管式炉、温度控制器、金属棒和观察屏，其中，激光光源系统产生频率稳定的激光束；第一干涉系统测量金属左端面伸长量；第二干涉系统测量金属右端面伸长量；真空管式炉加热金属棒；温度控制器实现真空管式炉的加热和温控；金属棒受热后沿轴向伸长；观察屏展示干涉条纹吞没。
2.根据权利要求1所述的一种金属热膨胀系数双端面测定装置，其特征在于：所述激光光源系统由频率稳定激光器和1*2光纤组成，激光器发出频率稳定的激光经过1*2光纤分为强度相等的两束激光并通过光纤传输。
3.根据权利要求1所述的一种金属热膨胀系数双端面测定装置，其特征在于：所述第一干涉系统由第一扩束会聚透镜、第一分光镜、第一参考镜和第一观察屏；所述第一扩束会聚透镜形成的点光源正好位于第一分光镜前表面，所述第一干涉系统会在第一观察屏上产生同心圆环，所述第二干涉系统由第二扩束会聚透镜、第二分光镜、第二参考镜和第二面观察屏；所述第二扩束会聚透镜形成的点光源正好位于第二分光镜前表面，所述第二干涉系统会在第二观察屏上产生同心
4.根据权利要求3所述的一种金属热膨胀系数双端面测定装置，其特征在于：所述第一观察屏和第二观察屏更换成CCD相机。
5.根据权利要求3所述的一种金属热膨胀系数双端面测定装置，其特征在于：所述真空管式炉采用两层玻璃管封闭，夹层抽真空，中空式透光薄膜电阻加热设计，加热电流为0～0.6A可调，最大输出电压45V为被测金属提供均匀加热场。
6.根据权利要求1所述的一种金属热膨胀系数双端面测定装置，其特征在于：所述真空管式炉通过左端固定锁紧机构和右端固定锁紧机构固定在炉架上，实现PT100输入和输出、加热电流输入。
7.根据权利要求3所述的一种金属热膨胀系数双端面测定装置，其特征在于：所述温度控制器采用Pt100传感器测温，调节管式炉加热电流大小，控制加热速率，指示加热电流大小。
8.根据权利要求3所述的一种金属热膨胀系数双端面测定装置，其特征在于：所述被测金属棒的两个端面抛光，分别充当第一干涉系统和第二干涉系统的测量镜；通过隔热圈置于真空管式炉内受热后伸长，以此改变测量臂的光程，使第一和第二干涉同心圆环分别发生吞没现象。
9.根据权利要求3所述的一种金属热膨胀系数双端面测定装置，其特征在于：所述被测金属棒的中间安装有内嵌PT100温度传感器探头的温度测量传导铜块，用于实时测量金属棒的受热温度。
10.一种金属热膨胀系数双端面测定方法，其特征在于，该方法基于权利要求1-9中任意一项所述的一种金属热膨胀系数双端面测定装置进行，包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种金属热膨胀系数双端面测定装置，其特征在于，包括激光光源系统、第一干涉系统、第二干涉系统、真空管式炉、温度控制器、金属棒和观察屏，其中，激光光源系统产生频率稳定的激光束；第一干涉系统测量金属左端面伸长量；第二干涉系统测量金属右端面伸长量；真空管式炉加热金属棒；温度控制器实现真空管式炉的加热和温控；金属棒受热后沿轴向伸长；观察屏展示干涉条纹吞没。
2.根据权利要求1所述的一种金属热膨胀系数双端面测定装置，其特征在于：所述激光光源系统由频率稳定激光器和1*2光纤组成，激光器发出频率稳定的激光经过1*2光纤分为强度相等的两束激光并通过光纤传输。
3.根据权利要求1所述的一种金属热膨胀系数双端面测定装置，其特征在于：所述第一干涉系统由第一扩束会聚透镜、第一分光镜、第一参考镜和第一观察屏；所述第一扩束会聚透镜形成的点光源正好位于第一分光镜前表面，所述第一干涉系统会在第一观察屏上产生同心圆环，所述第二干涉系统由第二扩束会聚透镜、第二分光镜、第二参考镜和第二面观察屏；所述第二扩束会聚透镜形成的点光源正好位于第二分光镜前表面，所述第二干涉系统会在第二观察屏上产生同心圆环。
4.根据权利要求3所述的一种金属热膨胀系数双端面测定装置，其特征在于：所述第一观察屏和第二观察屏更换成ccd相机。
5.根据权利要求3所述的一...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭英，郑捷，张宝武，方波，王震，
申请(专利权)人：杭州大华仪器制造有限公司，
类型：发明
国别省市：
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