一种提高测试精度的石墨热膨胀系数测试方法与流程

1.本发明涉及石墨工件膨胀系数测试技术领域，具体为一种提高测试精度的石墨热膨胀系数测试方法。


背景技术：

2.石墨热膨胀测试是通过利用热膨胀系数测量仪器是用于测定在高温状态金石墨在受热焙烧过程中的膨胀和收缩性能；由加载传感器装置、电阻炉、小车、基座、电器控制箱五部份组成，电炉升温后炉膛内的试样发生膨胀，顶在试样端部的测试杆产生与之等量的膨胀量，这一膨胀量由电感位移传感器及仪表精确测量出来，并由仪表显示。
3.目前石墨热膨胀系数测试，主要依据石墨电极热膨胀系数cte测定方法gb3074.4-2016，但是，现有的标准方法未考虑炉体及支架等膨胀带来的影响。
4.在专利号为cn201810148761.x的中国专利中，公开了一种测试球形石墨热膨胀性的试验装置及其检测方法，包括热膨胀性检测槽，热膨胀性检测槽的底部设置有下端检测装置，热膨胀性检测槽内的上端夹紧块、侧面夹紧块和下端检测装置共同对试样装载装置进行夹持；本发明通过设置球形石墨试样装载装置将球形石墨装载后通过夹持机构将试样装载装置夹持，夹持后通过加热装置将试样装载装置加热后，检测膨胀性能。
5.但是，上述专利公开的测试方法并未解决虑炉体及支架等膨胀带来的对测试结果影响的技术问题。


技术实现要素：

6.针对以上问题，本发明提供了一种提高测试精度的石墨热膨胀系数测试方法，通过先对标准样品进行测试，获得测试结果与标准样品已知的真实热膨胀值进行对比获得测试仪的误差值，再对待测石墨棒进行热膨胀测试，将获得的测试结果与误差值进行校准，获得更为精准石墨热膨胀测试的测试值，解决炉体及支架等膨胀带来的对测试结果影响的技术问题。
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
8.一种提高测试精度的石墨热膨胀系数测试方法，包括以下步骤：
9.步骤一、标样放置，将已知膨胀系数的标准样品置于测试仪的测量机构中的测样托架的测试槽内；
10.步骤二、炉腔到位，正对所述测样托架的电阻炉由底部安装的滑动机构带动向所述测样托架移动，使得所述测样托架伸入至所述电阻炉的炉腔的内部；
11.步骤三、预处理，测样托架伸入至所述电阻炉的炉腔的内部后，通过炉腔上的抽真空孔进行抽真空处理，再通过炉腔上的进气孔通入保护气；
12.步骤四、标准品测试，由电阻炉上的电阻加热器对炉腔内的标准样品进行加热，由测量机构中的测量组件对标准样品热膨胀测试，获得测试值
△
l
标测
，将测试值
△
l
标测
与标准样品在相同温度情况下的真实膨胀值
△
l
标
相对比，获得测试仪的误差值
△
l
系
与
△
l
标测
及
△
l
标
之间的关系式：
△
l
标测
＝
△
l
标
+
△
l
系
；
13.步骤五、炉腔切换，完成标准样品测试后，所述滑动机构带动所述电阻炉滑动复位，所述电阻炉复位后，由旋转驱动机构带动所述电阻炉进行旋转，使得所述电阻炉上的炉腔进行切换；
14.步骤六、样品测试，重复步骤一至四，将待测石墨棒置于测试槽内进行热膨胀测试，获得测试值
△
l
样测
，
△
l
样测
与待测石墨棒的真实膨胀值
△
l
样
之间存在关系：
△
l
样测
＝
△
l
样
+
△
l
系
，待测石墨棒的真实膨胀值
△
l
样
＝
△
l
样测
‑△
l
标测
+
△
l
标
。
15.作为改进，所述步骤二中，所述滑动机构包括：
16.滑轨，所述滑轨铺设于测试仪的卧式箱体上；
17.滑块，所述滑块滑动安装于所述滑轨上；
18.滑座，所述滑座安装于所述滑块上，该滑座怀抱所述电阻炉，且所述电阻炉相对于所述滑座转动设置；
19.丝杆螺母，所述丝杆螺母嵌设于滑座的底部；
20.丝杆，所述丝杆转动安装于所述卧式箱体上，该丝杆上设置有所述丝杆螺母；以及
21.滑动电机，所述滑动电机安装于所述卧式箱体一侧端部的机头内，该滑动电机带动所述丝杆旋转，驱动所述滑座滑动。
22.作为改进，所述滑座上设置有分别用于与所述炉腔上的进气孔与抽真空孔连通的进气管及抽真空管。
23.作为改进，所述步骤四中，所述测量组件包括传动杆、长度传感器以及测样托架，所述传动杆穿设于所述机头上，该传动杆设置于所述机头靠近所述电阻炉的一侧，所述长度传感器与所述传动杆连接，所述测样托架套设于所述传动杆外，该测样托架正对所述电阻炉的一端开设有用于放置待测石墨棒的测试槽。
24.作为改进，所述步骤五中，所述旋转驱动机构包括：
25.驱动电机，所述驱动电机安装于所述滑座上，该驱动电机为伺服电机；
26.旋转齿轮，所述旋转齿轮安装于所述驱动电机的旋转轴上，该旋转齿轮随旋转轴同步旋转；以及
27.旋转齿圈，所述旋转齿圈套设于所述电阻炉上，该旋转齿圈与所述旋转齿轮啮合设置。
28.作为改进，所述测试槽的底部设置有驱动所述石墨棒旋转的摩擦组件，该摩擦组件包括：
29.摩擦辊，所述摩擦辊转动嵌设于所述测试槽的底部，该摩擦辊靠近所述传动杆的端部套设有自旋转齿轮；
30.自旋转齿圈，所述自旋转齿圈套设于所述传动杆上，该自旋转齿圈与所述自旋转齿轮啮合；
31.套管，所述套管套设于所述传动杆上，该套管与所述自旋转齿圈一体连接设置；
32.从动齿轮，所述从动齿轮相对于所述自旋转齿圈套设于所述套管的另一侧端部；
33.主动齿轮，所述主动齿轮转动安装于所述从动齿轮的下方，该主动齿轮与所述从动齿轮啮合设置；以及
34.自旋转电机，所述自旋转电机安装于所述机头内，该自旋转电机驱动所述主动齿
轮旋转设置。
35.作为改进，与所述步骤四同步的，所述测量机构还包括清扫组件，所述清扫组件对所述电阻炉上不进行测试工作的炉腔进行清扫处理。
36.作为改进，所述清扫组件包括：
37.空心轴，所述空心轴转动安装于所述机头上，该空心轴内部中空设置有进气通道，且该空心轴上开设有若干的排气孔；
38.毛刷，所述毛刷设置于所述空心轴的外圆周侧壁上，该毛刷用于清洁所述炉腔的内壁；
39.联动齿轮，所述联动齿轮套设于所述空心轴上，该联动齿轮与所述主动齿轮啮合设置；以及
40.控制阀门，所述控制阀门安装于所述空心轴的进气通道内，该控制阀门位于所述空心轴与所述机头的连接位置处，且该控制阀门控制所述进气通道的通断。
41.作为改进，与所述步骤四同步的，所述测量机构还包括抽尘组件，所述抽尘组件对所述电阻炉上不进行测试工作的炉腔进行抽尘处理。
42.作为改进，所述抽尘组件包括：
43.抽尘管，所述抽尘管安装于所述机头上，该抽尘管的侧壁上开设有用于将所述炉腔内的杂质抽出的抽气孔；
44.传动齿轮，所述传动齿轮套设于所述抽尘管上，该传动齿轮与所述主动齿轮啮合设置；以及
45.启动阀门，所述启动阀门安装于所述抽尘管内，该启动阀门位于所述抽尘管与所述机头的连接位置处，且该启动阀门控制所述抽尘管的通断。
46.本发明的有益效果在于：
47.(1)本发明通过先对标准样品进行测试，获得测试结果与标准样品已知的真实热膨胀值进行对比获得测试仪的误差值，再对待测石墨棒进行热膨胀测试，将获得的测试结果与误差值进行校准，获得更为精准石墨热膨胀测试的测试值，解决炉体及支架等膨胀带来的对测试结果影响的技术问题；
48.(2)本发明通过利用将电阻炉设置为若干个的炉腔，并且配合电阻炉进行旋转设置，在一组的炉腔内的石墨完成热膨胀测试后，进行炉腔的切换，利用另一常温的炉腔进行石墨热膨胀的测试，无需等待炉腔由高温冷却至室温，解决了石墨热膨胀测试效率低下的技术问题；
49.(3)本发明利用在放置待测石墨测棒的测试槽的底部设置摩擦组件利用摩擦组件带动待测石墨棒进行自旋转，使得待测石墨棒在加热过程中受热的更加均匀，避免因为测试槽的原因导致石墨棒受热不均匀；
50.(4)本发明通过设置清扫组件与抽尘组件，配合测量组件的设置，使得测量组件在承载待测石墨棒进行热膨胀测试的同时，利用清扫组件与抽尘组件对其余的炉腔进行清理和冷却，避免炉腔长期使用后积灰导致炉腔对石墨热膨胀测试产生不良影响；
51.(5)本发明通过在空心轴及抽尘管内分别设置控制阀门与启动阀门，利用电阻炉移动过程中，对控制阀门与启动阀门产生挤压，使得空心轴及抽尘管与外部的通风设备和抽尘设备连通，对炉腔内部进行冷却与清理，避免炉腔积灰对石墨热膨胀测试产生不良影
响。
52.综上所述，本发明具有测试效率高、测试精度高等优点，尤其适用于石墨热膨胀测试技术领域。
附图说明
53.图1为本发明方法流程示意图；
54.图2为本发明正视结构示意图；
55.图3为本发明电阻炉立体结构示意图；
56.图4为本发明剖视结构示意图；
57.图5为图4中a处结构放大示意图；
58.图6为本发明旋转驱动机构立体结构示意图；
59.图7为本发明机头剖视结构示意图；
60.图8为本发明测量机构立体结构示意图；
61.图9为图8中b处结构放大示意图；
62.图10为本发明摩擦辊立体结构示意图；
63.图11为本发明空心轴立体结构示意图；
64.图12为本发明联动齿轮正视结构示意图；
65.图13为本发明控制阀门与启动阀门立体结构示意图；
66.图14为本发明控制阀门与启动阀门剖视结构示意图一；
67.图15为本发明控制阀门与启动阀门剖视结构示意图二。
具体实施方式
68.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
69.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
70.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
71.实施例1：
72.如图1所示，一种提高测试精度的石墨热膨胀系数测试方法，包括以下步骤：
73.步骤一、标样放置，将已知膨胀系数的标准样品置于测试仪的测量机构4中的测样托架413的测试槽414内；
74.步骤二、炉腔到位，正对所述测样托架413的电阻炉2由底部安装的滑动机构3带动向所述测样托架413移动，使得所述测样托架413伸入至所述电阻炉2的炉腔21的内部；
75.步骤三、预处理，测样托架413伸入至所述电阻炉2的炉腔21的内部后，通过炉腔21上的抽真空孔212进行抽真空处理，再通过炉腔21上的进气孔211通入保护气；
76.步骤四、标准品测试，由电阻炉2上的电阻加热器213对炉腔21内的标准样品进行加热，由测量机构4中的测量组件41对标准样品热膨胀测试，获得测试值
△
l
标测
，将测试值
△
l
标测
与标准样品在相同温度情况下的真实膨胀值
△
l
标
相对比，获得测试仪的误差值
△
l
系
与
△
l
标测
及
△
l
标
之间的关系式：
△
l
标测
＝
△
l
标
+
△
l
系
；
77.步骤五、炉腔切换，完成标准样品测试后，所述滑动机构3带动所述电阻炉2滑动复位，所述电阻炉2复位后，由旋转驱动机构5带动所述电阻炉2进行旋转，使得所述电阻炉2上的炉腔21进行切换；
78.步骤六、样品测试，重复步骤一至四，将待测石墨棒10置于测试槽414内进行热膨胀测试，获得测试值
△
l
样测
，
△
l
样测
与待测石墨棒10的真实膨胀值
△
l
样
之间存在关系：
△
l
样测
＝
△
l
样
+
△
l
系
，待测石墨棒10的真实膨胀值
△
l
样
＝
△
l
样测
‑△
l
标测
+
△
l
标
。
79.其中，所述步骤二中，所述滑动机构3包括：
80.滑轨31，所述滑轨31铺设于测试仪的卧式箱体1上；
81.滑块32，所述滑块32滑动安装于所述滑轨31上；
82.滑座33，所述滑座33安装于所述滑块32上，该滑座33怀抱所述电阻炉2，且所述电阻炉2相对于所述滑座33转动设置；
83.丝杆螺母34，所述丝杆螺母34嵌设于滑座33的底部；
84.丝杆35，所述丝杆35转动安装于所述卧式箱体1上，该丝杆35上设置有所述丝杆螺母34；以及
85.滑动电机36，所述滑动电机36安装于所述卧式箱体1一侧端部的机头11内，该滑动电机36带动所述丝杆35旋转，驱动所述滑座33滑动。
86.进一步的，所述滑座33上设置有分别用于与所述炉腔21上的进气孔211与抽真空孔212连通的进气管331及抽真空管332。
87.作为优选的，所述步骤四中，所述测量组件41包括传动杆411、长度传感器412以及测样托架413，所述传动杆411穿设于所述机头11上，该传动杆411设置于所述机头11靠近所述电阻炉2的一侧，所述长度传感器412与所述传动杆411连接，所述测样托架413套设于所述传动杆411外，该测样托架413正对所述电阻炉2的一端开设有用于放置待测石墨棒10的测试槽414。
88.更进一步的，所述步骤四中，电阻加热器213以0.1℃/min的速度将炉腔21内的温度升温至35℃后，恒温2小时以上，再以≤3℃/min的升温速率将炉腔21内的温度升高到指定测试温度点，恒温1min。
89.此外，与所述步骤四同步的，所述测量机构4还包括清扫组件43，所述清扫组件43对所述电阻炉2上不进行测试工作的炉腔21进行清扫处理。
90.并且，与所述步骤四同步的，所述测量机构4还包括抽尘组件44，所述抽尘组件44对所述电阻炉2上不进行测试工作的炉腔21进行抽尘处理。
91.实施例2：
92.如图2至图15所示，一种高效率石墨热膨胀测试仪，包括卧式箱体1，还包括：
93.电阻炉2，所述电阻炉2通过滑动机构3滑动设置于所述卧式箱体1上，该电阻炉2上沿轴向设置有若干的炉腔21，该炉腔21呈圆周等距排列于所述电阻炉2上，所述电阻炉2与所述滑动机构3相对转动设置；以及
94.测量机构4，所述测量机构4正对所述电阻炉2安装于所述卧式箱体1上，该测量机构4包括测量组件41，所述测量组件41包括传动杆411、长度传感器412以及测样托架413，所述传动杆411穿设于所述卧式箱体1一侧端部的机头11上，该传动杆411设置于所述机头11靠近所述电阻炉2的一侧，所述长度传感器412一端与所述传动杆411连接，该长度传感器412的另一端与pc机410相连接，所述测样托架413套设于所述传动杆411外，该测样托架413正对所述电阻炉2的一端开设有用于放置待测石墨棒10的测试槽414。
95.其中，所述炉腔21内壁上设置有保温层22，该炉腔21上设置有进气孔211与抽真空孔212，且该炉腔21的底部设置有电阻加热器213。
96.进一步的，所述滑动机构3包括：
97.滑轨31，所述滑轨31铺设于所述卧式箱体1上；
98.滑块32，所述滑块32滑动安装于所述滑轨31上；
99.滑座33，所述滑座33安装于所述滑块32上，该滑座33怀抱所述电阻炉2，且所述电阻炉2相对于所述滑座33转动设置；
100.丝杆螺母34，所述丝杆螺母34嵌设于滑座33的底部；
101.丝杆35，所述丝杆35转动安装于所述卧式箱体1上，该丝杆35上设置有所述丝杆螺母34；以及
102.滑动电机36，所述滑动电机36安装于所述机头11内，该滑动电机36带动所述丝杆35旋转，驱动所述滑座33滑动。
103.更进一步的，所述滑座33上设置有分别用于与所述炉腔21上的进气孔211与抽真空孔212连通的进气管331及抽真空管332。
104.此外，所述滑座33上安装有旋转驱动机构5，该旋转驱动机构5驱动所述电阻炉2旋转，切换该电阻炉2上的炉腔21。
105.作为优选的，所述旋转驱动机构5包括：
106.驱动电机51，所述驱动电机51安装于所述滑座33上，该驱动电机51为伺服电机；
107.旋转齿轮52，所述旋转齿轮52安装于所述驱动电机51的旋转轴上，该旋转齿轮52随旋转轴同步旋转；以及
108.旋转齿圈53，所述旋转齿圈53套设于所述电阻炉2上，该旋转齿圈53与所述旋转齿轮52啮合设置。
109.并且，所述测试槽414的底部设置有驱动所述石墨棒10旋转的摩擦组件42，该摩擦组件42包括：
110.摩擦辊421，所述摩擦辊421转动嵌设于所述测试槽414的底部，该摩擦辊421靠近所述传动杆411的端部套设有自旋转齿轮422；
111.自旋转齿圈423，所述自旋转齿圈423套设于所述传动杆411上，该自旋转齿圈423与所述自旋转齿轮422啮合；
112.套管424，所述套管424套设于所述传动杆411上，该套管424与所述自旋转齿圈423
一体连接设置；
113.从动齿轮425，所述从动齿轮425相对于所述自旋转齿圈423套设于所述套管424的另一侧端部；
114.主动齿轮426，所述主动齿轮426转动安装于所述从动齿轮425的下方，该主动齿轮426与所述从动齿轮425啮合设置；以及
115.自旋转电机427，所述自旋转电机427安装于所述机头11内，该自旋转电机427驱动所述主动齿轮426旋转设置。
116.作为一种优选的实施方式，所述测量机构4还包括清扫组件43与抽尘组件44，所述测量组件41、清扫组件43及抽尘组件44呈圆周等距分布设置，且所述测量组件41、清扫组件43及抽尘组件44均与所述电阻炉2上的炉腔21正对设置。
117.其中，所述清扫组件43包括：
118.空心轴431，所述空心轴431转动安装于所述机头11上，该空心轴431内部中空设置有进气通道432，且该空心轴431上开设有若干的排气孔434；
119.毛刷433，所述毛刷433设置于所述空心轴431的外圆周侧壁上，该毛刷433用于清洁所述炉腔21的内壁；
120.联动齿轮435，所述联动齿轮435套设于所述空心轴431上，该联动齿轮435与所述主动齿轮426啮合设置；以及
121.控制阀门436，所述控制阀门436安装于所述空心轴431的进气通道432内，该控制阀门436位于所述空心轴431与所述机头11的连接位置处，且该控制阀门436控制所述进气通道432的通断。
122.进一步的，所述抽尘组件44包括：
123.抽尘管441，所述抽尘管441安装于所述机头11上，该抽尘管441的侧壁上开设有用于将所述炉腔21内的杂质抽出的抽气孔442；
124.传动齿轮443，所述传动齿轮443套设于所述抽尘管441上，该传动齿轮443与所述主动齿轮426啮合设置；以及
125.启动阀门444，所述启动阀门444安装于所述抽尘管441内，该启动阀门444位于所述抽尘管441与所述机头11的连接位置处，且该启动阀门444控制所述抽尘管441的通断。
126.此外，控制阀门436与启动阀门444包括阀体4361、阀芯4362及复位弹簧4363，其中阀体4361上开设有l形的通风孔道4364，阀芯4362上设置有与通风孔道4364配合的通风口4365，阀芯4362在被电阻炉2挤压，压缩复位弹簧4363时，通风口4365与通风孔道4364对齐，达到连通的目的，并且，在阀芯4362上设置有供电阻炉2进行挤压的展开臂4365，展开臂4365穿过空心轴431与抽尘管441的侧壁上开设的滑槽，展开臂4365在滑槽处设置有用于密封滑槽的密封板4366，此外展开臂4365与电阻炉2抵触的部位嵌设有滚动的滚珠4367。
127.需要说明的是，在与测量组件41配合的炉腔21完成石墨的热膨胀测试工作后，电阻炉2通过滑动机构3复位，并且利用旋转驱动机构5进行旋转，切换炉腔21，将处于室温情况下的炉腔21旋转至正对测量组件41的位置上，之后，将测试槽414内已经完成热膨胀测试的石墨棒取下，换上新的待测石墨棒10，滑动机构3再次驱动电阻炉2与测量组件41配合，测量组件41的测样托架413的根部设置有与炉腔21对应配合的密封塞415，密封塞415与炉腔21配合形成密闭的空间，外部的抽真空设备通过抽真空孔212将炉腔21内的空气抽出后，再
通过进气孔211输入保护气体，之后由电阻加热器213对炉腔21和炉腔21内的待测石墨棒10进行加热，对石墨棒进行热膨胀测试。
128.进一步说明的是，在加热过程中，为了保证石墨棒的受热膨胀的更加均匀，通过在测试槽414的底部设置摩擦组件42，利用摩擦组件42带动石墨棒进行自旋转，使得石墨棒膨胀的更加均匀。
129.并且，带动摩擦组件42进行运转的主动齿轮426采用间隔的缺齿设置，使得石墨棒在旋转的过程中获得停歇，进行热膨胀的测试。
130.为了提高炉腔21在对石墨热膨胀测试过程中的精度，在其余的炉腔21不进行石墨热膨胀测试时，分别由清扫组件43与抽尘组件44对炉腔21内部进行降温与清理，使得炉腔21可以更快速的冷却，同时可以保持清洁，不会出现炉腔21内部积灰的情况，导致加热过程中温度不均。
131.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。