專利名稱:用于測量金屬樣品的膨脹計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求I的前序部分所述的用于測量金屬樣品的膨脹計(jì)。
背景技術(shù):
存在這樣的膨脹計(jì),其中金屬樣品沿縱向方向夾緊在兩個支柱之間。通過感應(yīng)線圈加熱樣品,并且借助于兩個支柱測量長度變化。此外測定在樣品的中心區(qū)域中的樣品溫度。這樣的膨脹計(jì)的缺點(diǎn)是,在與支柱的接觸面上熱量從樣品中散出,并且由此在樣品內(nèi)形成溫度梯度,從而已測量的溫度和長度變化之間的相關(guān)性受到影響。特別是在待研究的相變的情況下,這能夠?qū)е略跇悠穬?nèi)的相變不同時(shí)進(jìn)行,因?yàn)槔缭谥行膮^(qū)域中的相變已經(jīng)結(jié)束,而在樣品的邊緣區(qū)域中的相變才開始。感應(yīng)場的不均勻性對所述溫度梯度造成附加的不利影響。在這樣的膨脹計(jì)中,因?yàn)椴荒芎翢o問題地檢測所述相變,因此測量具有錯誤,這尤其在高的加熱速度和冷卻速度的情況下可以察覺到?!?br>
發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是,完成一種用于測量金屬樣品的膨脹計(jì),借助于所述膨脹計(jì)能夠精確地測量與溫度相關(guān)的長度變化。所述目的借助于具有權(quán)利要求I所述的特征的膨脹計(jì)得以實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明,膨脹計(jì)包括用于測定樣品的長度變化的光學(xué)測量裝置。由此可以無接觸地測量長度變化。由于所述無接觸的測量,沒有熱量在測量位置上散出。此外,長度變化能夠借助光學(xué)測量裝置以高精度測量。光學(xué)測量裝置優(yōu)選測定在測量平面中的長度變化,并且用于測量樣品溫度的測量感應(yīng)器測量在所述平面的區(qū)域中的溫度。由此即使在沿縱向方向存在溫度梯度的情況下這也能夠?qū)嵤┚_的長度變化測量,因?yàn)闇囟鹊臏y量在縱向變化的測量區(qū)域中發(fā)生。在本文中,“長度變化”的測量不一定意味著沿樣品的縱向方向的測量,而是沿樣品的任一方向、優(yōu)選橫向于樣品的縱向方向的測量。測量感應(yīng)器能夠測定在光學(xué)測量裝置的測量平面的區(qū)域中的溫度,其中在所述區(qū)域中還應(yīng)測定測量感應(yīng)器與測量平面的微小的距離,該距離不利地影響測量。根據(jù)本發(fā)明的另一構(gòu)造方案,光學(xué)測量裝置具有發(fā)送器和接收器以及用于測量溫度的至少一個測量感應(yīng)器,所述測量感應(yīng)器位于樣品的朝向接收器或背離接收器的一側(cè)上的光學(xué)測量裝置的陰影中。因此,溫度測量能夠在測量平面中精確地進(jìn)行,其中測量感應(yīng)器不干擾所述光學(xué)測量裝置,因?yàn)樗鰷y量感應(yīng)器位于陰影中或位于朝向發(fā)送器的一側(cè)上。僅樣品的通過光學(xué)測量裝置測量的邊緣區(qū)域應(yīng)與測量感應(yīng)器保持分隔開。在所述光學(xué)測量裝置中,作為發(fā)送器能夠使用具有用于生成平行光路的準(zhǔn)直儀的光源。作為接收器能夠使用測定樣品的陰影圖像的傳感器,例如高速線性CCD (ChargeCoupled Device,電荷耦合元件)傳感器。因此,用于測量溫度的測量感應(yīng)器能夠在光學(xué)測量裝置的“陰影區(qū)域”中接觸樣品,并因此不阻礙長度變化的測量。
優(yōu)選的是,測量感應(yīng)器構(gòu)造為熱電偶,所述熱電偶借助尖端固定在樣品上。由于熱電偶的導(dǎo)體的小的橫截面,所述熱電偶不會持久地影響樣品的溫度。至少一個感應(yīng)線圈在中心區(qū)域中優(yōu)選具有間隙,并且光學(xué)測量裝置的測量平面設(shè)置在所述間隙的區(qū)域中。由此,測量平面能夠垂直于樣品的縱向方向定向,其中僅微小地提高感應(yīng)線圈的在間隙的區(qū)域中的節(jié)距,以便提供用于光學(xué)測量裝置的測量平面的空間。至少一個感應(yīng)線圈能夠具有任意的形狀。優(yōu)選使用圓形線圈,但是也使用扁平線圈和特殊適配的線圈,所述線圈為了光學(xué)測量裝置在中心區(qū)域中具有間隙,因此測量光束能夠不受阻礙地測定樣品的長度變化。此外還可能的是,設(shè)有具有均勻的繞組的螺旋形感應(yīng)線圈,并且所述測量平面與所述繞組的節(jié)距基本上平行地定向,從而能夠不必在感應(yīng)線圈的區(qū)域中設(shè)置較寬的間隙。樣品保持器優(yōu)選包括兩個支柱或傳動桿,所述樣品能夠沿縱向方向夾緊在所述支柱或傳動桿之間。在此,通過所述傳動桿也能夠測定沿樣品的縱向方向的長度變化。在該
情況下附加地,光學(xué)測量裝置能夠基本上垂直于縱向方向地進(jìn)行測量。
下面借助于實(shí)施例參考附圖詳細(xì)解釋本發(fā)明。在附圖中圖I示出根據(jù)本發(fā)明的膨脹計(jì)的示意圖;圖2示出圖I的膨脹計(jì)的在樣品的區(qū)域中的放大細(xì)節(jié)圖;圖3示出樣品的在具有溫度分布的樣品保持器的區(qū)域中的放大圖;圖4示出具有改裝的樣品保持器的圖I的膨脹計(jì)的視圖;并且圖5示出圖4的膨脹計(jì)的在樣品的區(qū)域中的視圖。
具體實(shí)施例方式膨脹計(jì)I包括在殼體內(nèi)的樣品室2,其中金屬樣品3夾緊在樣品保持器中,所述樣品保持器通過第一支柱4和第二支柱14形成。樣品3能夠是圓柱形桿、管、長方體、多邊形或其它幾何形狀的物體。下文中,沿著支柱4和14延伸的方向被視為縱向方向。樣品室2能夠借助保護(hù)氣體和/或真空而熱隔離,并具有在此未詳細(xì)說明的其它功能。為了測量樣品3的長度變化,設(shè)有帶有發(fā)送器6和接收器9的光學(xué)測量裝置。發(fā)送器6包括光源,例如高功率GaN發(fā)光二極管(LED),所述高功率GaN發(fā)光二極管射出具有恒定波長的光,然后所述光通過光學(xué)系統(tǒng)(例如借助于準(zhǔn)直儀和漫射器)對準(zhǔn)樣品3。由此由發(fā)送器6發(fā)射帶狀光路7,所述帶狀光路射在樣品3的中心區(qū)域中,亦即射在樣品3的整個長度的約30%和70%之間的區(qū)域中。在背離樣品3的一側(cè)上帶狀光路8射到接收器9上,其中帶狀光路8將樣品3的陰影圖像投影到接收器9中。用于精確地測定樣品3的長度的光學(xué)傳感器作為接收器可以設(shè)置在測量平面的區(qū)域中,其中測量平面通過帶狀光路7和8形成。在此,光學(xué)測量裝置的測量平面基本上垂直于樣品保持器4和14的縱向方向定向。在樣品室2中,在樣品3周圍設(shè)直感應(yīng)線圈5,所述感應(yīng)線圈沿縱向方向延伸超過樣品3。通過感應(yīng)線圈5,樣品3能夠以高速、例如以超過lOOOK/s的速度被加熱。
此外,在加熱或冷卻樣品3時(shí)能夠測定沿樣品3的縱向方向的長度變化,因?yàn)樵O(shè)有位移傳感器10,所述位移傳感器與第二支柱14連接,其中測量第二支柱14的運(yùn)動。第一支柱4固定不動地構(gòu)成。如在圖2的放大圖中所示,在樣品3上存在具有熱電偶的形式的測量感應(yīng)器11,所述熱電偶借助尖端例如通過點(diǎn)焊固定在樣品3上。熱電偶11包括第一導(dǎo)體12和第二導(dǎo)體13,各導(dǎo)體的橫截面與樣品3相比非常小地構(gòu)成,從而通過導(dǎo)體12和13的散熱是可忽略的。熱電偶11的尖端設(shè)置在樣品3的在光學(xué)測量裝置的測量平面的區(qū)域中的陰影區(qū)域中,所述測量平面朝向接收器9。由此,樣品3的溫度相對精確地在也通過光學(xué)測量裝置測量長度變化的位置上測定。優(yōu)選的是,熱感應(yīng)器11精確地設(shè)置在測量平面的區(qū)域中。為了加熱樣品3,感應(yīng)線圈5纏繞在樣品3周圍,其中也能夠使用扁平線圈或其它與情況相匹配的線圈形狀。在光學(xué)測量裝置或測量平面的區(qū)域中、在感應(yīng)線圈5的兩個相鄰的繞組之間構(gòu)成有間隙L。在所述間隙L中繞組的節(jié)距選擇為略大的,由此光路7能夠在 一平面中射到樣品3上,并且此外光路8能夠在不影響繞組的情況下由接收器9接收。還可能的是,光學(xué)測量裝置的測量平面通過光路7和8輕微傾斜地定向,以便縮小在感應(yīng)線圈5的兩個繞組之間的間隙L。在該情況下,測量平面不再精確地垂直于樣品保持器的縱向方向定向。在圖3中,樣品3夾緊在樣品保持器的第一支柱4和第二支柱14之間。樣品3通過感應(yīng)線圈5加熱,并且如所見,樣品3在中心區(qū)域中具有1000°C的溫度,而在邊緣區(qū)域中可見在第一支柱4和第二支柱14上散熱,從而在邊緣區(qū)域僅具有995°C的溫度。在該膨脹計(jì)中,溫度差dT不會導(dǎo)致不精確的測量,因?yàn)楣鈱W(xué)測量裝置的測量平面和用于測量樣品的溫度的測量感應(yīng)器設(shè)置在樣品3的中心區(qū)域中,在所述中心區(qū)域中在樣品保持器4和14上不再存在溫度減小。由此尤其是在金屬樣品例如在高溫相(奧氏體)和低溫相(馬氏體)之間相變時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)精確的與溫度相關(guān)的長度變化測量。膨脹計(jì)I在圖I和2中以淬火模式示出,其中樣品3由于溫度變化而膨脹或收縮,而在圖4中圖I的膨脹計(jì)I以變形模式示出。在此,相同的構(gòu)件標(biāo)有相同的附圖標(biāo)記。在變形模式中,使用第一支柱4’和第二支柱14’作為樣品保持器,所述第一支柱和第二支柱具有相對于樣品3明顯較大的橫截面。由此,樣品3能夠在任意溫度下墩鍛,然后迅速冷卻,以便例如產(chǎn)生時(shí)間-溫度轉(zhuǎn)變圖表。通過感應(yīng)線圈5能夠加熱樣品3,而通過用氣體包圍沖刷樣品3冷卻該樣品。通過具有發(fā)送器6和接收器9的光學(xué)測量裝置能夠測量與溫度相關(guān)的長度變化。在測量平面的區(qū)域中設(shè)有溫度感應(yīng)器11,所述溫度傳感器對應(yīng)于圖2構(gòu)造,并設(shè)置在發(fā)送器6的一側(cè)上,但是設(shè)置在樣品3的中心區(qū)域中,并且不設(shè)置在由光學(xué)測量裝置測定的邊緣區(qū)域中。
權(quán)利要求
1.一種用于測量金屬樣品的膨脹計(jì)(1),包括 a)樣品保持器(4、14),樣品(3)能夠固定在該樣品保持器上; b)至少一個設(shè)置在樣品(3)上的感應(yīng)線圈(5),用于加熱樣品(3); c )至少一個測量感應(yīng)器(11),用于測量樣品(3 )的溫度, 其特征在于, d )設(shè)有光學(xué)測量裝置(6、9 ),用于測定樣品(3 )的長度變化。
2.如權(quán)利要求I所述的膨脹計(jì),其特征在于,光學(xué)測量裝置(6、9)測定在測量平面中的長度變化,并且測量感應(yīng)器(11)測量樣品(3)的尤其是在所述平面的區(qū)域中的溫度。
3.如權(quán)利要求I或2所述的膨脹計(jì),其特征在于,光學(xué)測量裝置具有發(fā)送器(6)和接收器(9),并且用于測量溫度的測量感應(yīng)器(11)在朝向接收器(9)的一側(cè)上接觸樣品(3)。
4.如上述權(quán)利要求之一所述的膨脹計(jì),其特征在于,測量感應(yīng)器(11)構(gòu)成為熱電偶,該熱電偶的尖端固定在樣品(3 )上。
5.如上述權(quán)利要求之一所述的膨脹計(jì),其特征在于,所述至少一個感應(yīng)線圈(5)在中心區(qū)域中具有間隙(L),并且光學(xué)測量裝置的測量平面設(shè)置在所述間隙(L)的區(qū)域中。
6.如上述權(quán)利要求之一所述的膨脹計(jì),其特征在于,樣品保持器包括兩個支柱(4、14;4’、14’),樣品(3)能夠沿縱向方向夾緊在所述兩個支柱之間。
7.如權(quán)利要求6所述的膨脹計(jì),其特征在于,光學(xué)測量裝置(6、9)的測量平面基本上垂直于縱向方向定向。
8.如上述權(quán)利要求之一所述的膨脹計(jì),其特征在于,通過樣品保持器(4、14)也能夠測定沿樣品(3)的縱向方向的長度變化。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于測量金屬樣品的膨脹計(jì)(1),包括樣品保持器(4、14),樣品(3)能夠固定在該樣品保持器上;至少一個設(shè)置在樣品(3)上的感應(yīng)線圈(5),用于加熱樣品(3);和至少一個測量感應(yīng)器(11),用于測量樣品(3)的溫度,其中,設(shè)有光學(xué)測量裝置(6、9),用于測定樣品(3)的長度變化。由此能夠精確地測定樣品的與溫度相關(guān)的長度變化。
文檔編號G01N25/16GK102866173SQ20121023163
公開日2013年1月9日 申請日期2012年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月5日
發(fā)明者H-L·貝爾 申請人:貝爾-熱分析有限公司