ДИЛАТОМЕТР ОБЪЕМНЫЙ

Заявляемая полезная модель относится к измерительной технике, в частности, к устройствам для измерения объемных изменений материалов. Она может быть использована в строительстве для определения морозостойкости бетона в сооружаемых и эксплуатируемых конструкциях, а также в технологических процессах на стадии изготовления бетона.
Известен дифференциальный объемный дилатометр (см. а.с. №1404914 «Дифференциальный объемный дилатометр», кл. G 01 N 25/16 от 09.07.1986 г., опубликованное 23.06.1988 г.). Он содержит камеру с компенсационным и измерительным сильфонами и индукционный измерительный преобразователь перемещений.
К его недостаткам следует отнести сложность конструкции, большие массогабаритные параметры и невысокую точность измерения объемных изменений материалов вследствие значительных дополнительных погрешностей измерительной системы, обусловленных существенным различием физических параметров испытуемого бетонного и эталонного алюминиевого образцов.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели и выбранным в качестве прототипа является дифференциальный объемный дилатометр ДОД - 100К (см. Изменение №1 к ГОСТу 10060.3-95 «Бетоны. Дилатометрический метод ускоренного определения морозостойкости»). Данное устройство содержит подвижно установленную на подставке камеру с приваренной герметизирующей круглой крышкой, в которой выполнено заливное отверстие. На стороне камеры, противоположной крышке, вертикально установлен сильфон, над которым сверху соосно с ним закреплен датчик линейных перемещений. Камера имеет возможность поворачиваться вокруг своей горизонтальной оси в вертикальной плоскости. При подготовке прибора к работе камеру разворачивают крышкой вверх и заполняют рабочей жидкостью. В рабочем состоянии камера находится крышкой вниз, а сильфон и датчик линейных перемещений находятся над камерой.
Достоинствами такого устройства являются более высокая точность измерения объемных изменений материалов и значительный ресурс работы.
К недостаткам следует отнести значительные массогабаритные показатели из-за большой высоты прибора, состоящего из
последовательно связанных камеры, сильфона и датчика; неудобство в работе, связанное с дополнительными операциями переворачивания камеры при удалении воздуха из рабочей жидкости, и использование большой морозильной камеры из-за большой высоты прибора; недостаточная эффективность системы воздухоудаления, ведущая к снижению точности измерений.
Задачей создания заявляемой полезной модели является разработка дилатометра объемного с высокой точностью измерения объемных изменений материалов, с уменьшенными габаритами, преимущественно по вертикальной составляющей, и массой, с небольшим временем подготовительных операций. Кроме того, устройство должно иметь хорошие эргономические показатели, быть удобным в эксплуатации и недорогим.
Техническим результатом является повышенная точность измерения объемных изменений материалов и компактность устройства.
Указанная задача и технический результат достигаются тем, что у дилатометра объемного, содержащего подвижно установленную на подставке камеру, соединенную с сильфоном через переливное отверстие и снабженную крышкой с заливным отверстием, при этом сильфон и датчик линейных перемещений расположены вертикально и связаны между собой, согласно полезной модели, крышка внутри камеры выполнена вогнутой, переливное отверстие расположено в стенке камеры, а оси сильфона и датчика линейных перемещений параллельны. Кроме того, высота сильфона относится к его диаметру, как 3:1 и соизмерима с высотой камеры.
Заявляемая полезная модель соответствует критерию «новизна», т.к. совокупность ее существенных признаков не известна из существующего уровня техники.
Она соответствует также критерию «промышленная применимость», т.к. возможно ее использование в экономике или любой другой сфере деятельности человека.
Выполнение крышки внутри камеры вогнутой дает возможность воздуху, вытесненному рабочей жидкостью из камеры, собираться в пространстве под крышкой при неизменном уровне рабочей жидкости. Через заливное отверстие собравшийся воздух выходит наружу при покачивании камеры. Следовательно, из-за отсутствия дополнительных погрешностей, вносимых воздухом, повышаются точность измерения и удобство в эксплуатации.
Расположение переливного отверстия в стенке камеры позволяет установить сильфон и связанный с ним датчик линейных перемещений вертикально вдоль стенки камеры.
Любые боковые перемещения сильфона при этом исключены, следовательно, исключено внесение дополнительных погрешностей, и точность измерений значительно повышается. Выполнение осей сильфона и датчика линейных перемещений параллельными также повышает чувствительность устройства и точность измерений, т.к. все линейные перемещений сильфона передаются строго на чувствительную часть датчика.
Выполнение сильфона с высотой, относящейся к его диаметру, как 3:1 и соизмеримой с высотой камеры, позволяет уменьшить его площадь поперечного сечения до оптимальной (результаты получены опытным путем), и повысить чувствительность к малым объемным изменениям материалов. При этом достигается компактность конструкции и высокая точность измерений.
Кроме того, компактное устройство при испытаниях можно размещать в морозильных камерах с более равномерными температурными полями, что также способствует повышению точности измерений.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображен общий вид дилатометра объемного.
Дилатометр объемный содержит металлическую камеру 1 в форме куба, которая крепежным узлом 2 подвижно закреплена на подставке 3. В выпуклой крышке 4 камеры 1 выполнено заливное отверстие 5 с пробкой 6. Верхний торец 7 сильфона 8 через кронштейн 9 жестко соединен с камерой 1. В нижний торец 10 сильфона 8 вкручена направляющая шпилька 11, которая проходит через нижний кронштейн 12 камеры 1. Сильфон 8 выполняется из сплава металлов, например, из сплава 36 НХТЮ. Сильфон 8 через чувствительный элемент 13, выполненный из металла, связан с датчиком 14 линейных перемещений резисторного типа, например ММ-20 с разрешающей способностью не меньше 10 мкм. Датчик 14 линейных перемещений закреплен на нижнем кронштейне 12 камеры 1 так, что оси сильфона 8 и датчика 14 линейных перемещений параллельны. Сильфон 8 и датчик 14 линейных перемещений могут быть помещены в металлический кожух (на чертеже не показан). Дилатометр объемный также снабжен датчиком 15 температуры, вмонтированным в стенку камеры 1, а также подпружиненным стопорным язычком 16, расположенным на подставке 3, который фиксирует камеру 1 в рабочем состоянии вертикально. Крышка 4 прижимается к камере 1 прижимными гайками 17 для максимальной герметизации камеры 1 в процессе измерений.
Работа дилатометра объемного осуществляется следующим образом.
Испытуемый образец, например насыщенный водой кубик бетона размером 100×100×100 мм, помещают в камеру 1 и заливают через заливное отверстие 5 рабочей жидкостью, например, керосином. Крышку 4 плотно подгоняют к камере 1 и герметизируют с помощью прижимных гаек 17. Камеру 1 несколько минут покачивают, при этом вытесненный рабочей жидкостью воздух собирается под выпуклой крышкой 4. Затем пробкой 6 закрывают отверстие 5. Камеру 1 с помощью стопорного язычка 16 фиксируют в вертикальном положении. Дилатометр с образцом устанавливают в морозильную камеру, выдерживают 30 минут при естественной температуре, а затем начинают замораживание со скоростью 0,3°С/мин до температуры минус (18±2)°С. Объем керосина при охлаждении уменьшается, и нижний торец 10 сильфона 8, соединенный со шпилькой 11 перемещается вверх. Связанный с ним через чувствительный элемент 13 датчик 14 линейных перемещений фиксирует перемещения. В момент замерзания воды в испытуемом бетонном кубике его объем увеличивается, и керосин вытесняется из камеры 1 в сильфон 8. При этом нижний торец 10 сильфона 8 перемещается вниз и чувствительный элемент 13 датчика 14 тоже перемещается вниз. С датчика 14 линейных перемещений и с датчика 15 температуры через блок цифровой обработки (на чертеже не показан) информация поступает в компьютер, где регистрируется и обрабатывается в специальной программе.
Предлагаемая конструкция дилатометра объемного позволяет создать компактное устройство, повышает точность измерения объемных изменений материалов, позволяет ускорить и упростить проведение испытаний, свести к минимуму влияние субъективных факторов и использовать при испытаниях экономичные морозильные камеры небольших размеров.