一种线膨胀系数的测量装置和方法与流程

本发明涉及线膨胀系数测量，具体涉及一种线膨胀系数的测量装置和方法。

背景技术：

1、线膨胀系数是材料的固有特性，是材料随温度变化发生膨胀或收缩程度大小的反应，该参数在汽车工程设计、零件制造等领域均有重要参考价值。车用塑料件通常使用非填充类改性塑料和填充类改性塑料制作，非填充类改性塑料在各个方向上的热胀冷缩效应基本一致，即在各个方向上的线膨胀系数相当；而填充类改性塑料由于受填充物的影响，其在各个方向上的热胀冷缩呈现一定的方向性，即在各个方向上的线膨胀系数具有较大的差异，因此，车用塑料件在制作成零件前需要对其各个方向的线膨胀系数进行测量，以便于设计者根据实际需求选择各个方向的线膨胀系数合适的车用塑料件。

2、现阶段的车用塑料件的线膨胀系数通常是使用tma热分析仪进行测量，但是tma热分析仪只能测量车用塑料在一个方向上的线膨胀系数，如果使用tma热分析仪测产量车用塑料在其他方向上的线膨胀系数，则需要制备多个试样，依次对各个试样进行测量，并且对一个试样测量一个方向上的线膨胀系数，从而得出相同车用塑料的各个方向的线膨胀系数。

3、该种方法测量车用塑料的各个方向的线膨胀系数需要采用不同的试样分别测量，这样将需要进行多次测量，从而会导致测量结果容易受到测量人员操作的影响和各个试样的差异的影响，从而导致测量数据具有较大的误差。

技术实现思路

1、本技术提供一种线膨胀系数的测量装置和方法，以至少解决相关技术问题中车用塑料的各个方向的线膨胀系数的测量结果具有较大的误差技术问题。本发明采用的技术方案如下：

2、根据本技术涉及的第一方面，提供一种线膨胀系数的测量装置，包括绝热箱、测样台、加热板、多个位移传感器和控制器，绝热箱内形成有加热腔；测样台设于加热腔内，用于放置待测试样；加热板设于加热腔内，且固定于绝热箱上；多个位移传感器间隔设置于绝热箱上，一个位移传感器与待测试样的一个侧壁对应，用于检测与其对应的侧壁的位移；控制器被配置为：控制加热板按照预设的升温速率，将加热腔内的温度从第一预设温度升温至第二预设温度，其中第一预设温度小于第二预设温度；接收加热腔升温过程中，多个位移传感器检测到的对应的侧壁在不同温度下的位移，并得出各个侧壁的位移与温度的第一关系曲线。

3、根据上述技术手段，通过将待测试样放置到测样台上，通过控制器控制加热板工作，以使加热板对加热腔加热，以使加热腔内的温度按照预设的升温速率从第一预设温度升至第二预设温度，在此过程中，一个位移传感器与待测测试样的一个侧壁对应，可以使一个位移传感器检测待测试样的一个侧壁的位移，并将检测到的位移信心传输至控制器，由控制器根据多个位移传感器检测到的对应的侧壁在不同温度下的位移，得出各个侧壁的位移与温度的第一关系曲线，从而根据第一关系曲线可以得出待测试样的各个方向上的线膨胀系数。

4、通过该装置只需要对一个待测试样进行一次实验，即可得出待测试样的多个方向上的线膨胀系数，从而可以避免对多个待测试样依次进行测量，从而不需要测量人员多次将待测试样放入测样台上，减小了测量人员操作时出现的误差，减小测量人员的操作对测量结果的影响，同时也不需要使用不同的待测试样，能够减小待测试样本身对测量结果的影响，从而能够减小测量数据的误差，提高测量的准确性。

5、在一种可能的实施方式中，线膨胀系数的测量装置还包括降温装置，降温装置与加热腔连通，用于对加热腔降温；控制器还被配置为：根据预设的降温速率控制降温装置对加热腔降温，以使加热腔内的温度从第二预设温度降至第一预设温度；接收加热腔降温过程中，多个位移传感器检测到的对应的侧壁在不同温度下的位移，并得出各个侧壁的位移与温度的第二关系曲线；将各个侧壁的第一关系曲线与第二关系曲线进行拟合，以得到各个侧壁的第一线膨胀系数曲线。

6、根据上述技术手段，可以对两次测量结果进行相互印证，并对两次测量结果进行拟合，以得出比较准确的测量结果，从而能够提高测量结果的准确性。

7、在一种可能的实施方式中，控制器还被配置为：在加热腔内的温度降至第一预设温度后，再次控制加热板按照预设的升温速率，将加热腔内的温度从第一预设温度升温至第二预设温度；接收加热腔再次升温过程中，多个位移传感器检测到的对应的侧壁在不同温度下的位移，并得出各个侧壁的位移与温度的第三关系曲线；将各个侧壁的第三关系曲线与第一线膨胀系数曲线进行拟合，以得到各个侧壁的第二线膨胀系数曲线。

8、根据上述技术手段，可以对测量结果进行多次印证，并对多次测量结果进行拟合，以进一步得出比较准确的测量结果，从而能进一步提高测量结果的准确性。

9、在一种可能的实施方式中，线膨胀系数的测量装置还包括旋转座和驱动组件，旋转座设于加热腔内，且与绝热箱转动连接，测样台设于旋转座上，且能够随旋转座同步转动；驱动组件与旋转座连接，用于驱动旋转座转动，以调整测样台上的待测试样的位置，以使待测试样的各个侧壁与各个位移传感器一一对应。

10、根据上述技术手段，能够调整待测试样的各个侧壁与对应的位移传感器的位置，以使位移传感器能够准确的测量对应的侧壁的位移，从而提高测量结果的准确性。

11、在一种可能的实施方式中，测样台包括固定座、第一定位件和第二定位件，固定座连接于绝热箱上；第一定位件滑动连接于固定座上；第二定位件滑动连接与固定座上，且与第一定位件间隔设置，待测试样的部分位于第一定位件和第二定位件之间，且第一定位件和第二定位件能够向靠近彼此或远离彼此的方向滑动，以将待测试样夹紧或松开。

12、根据上述技术手段，能够对待测试样进行定位，避免待测试样受热变形后出现偏移的情况，从而保证对待测测试样的线膨胀系数的测量的准确性。

13、在一种可能的实施方式中，固定座包括底座、导杆、第一调节螺杆和第二调节螺杆，底座连接于绝热箱上，底座包括相对设置的两个固定板，固定板上开设有螺纹孔；导杆连接于两个固定板之间，第一定位件和第二定位件均滑动连接于导杆上；第一调节螺杆与一个固定板上的螺纹孔螺接，且与第一定位件抵接，用于推动第一定位件在导杆上滑动；第二调节螺杆与另一个固定板上的螺纹孔螺接，且与第二定位件抵接，用于推动第二定位件在导杆上滑动。

14、根据上述技术手段，使固定座的结构比较简单，能够便于对第一定位件和第二定位件调节。

15、在一种可能的实施方式中，多个位移传感器包括至少一个激光位移传感器，一个激光位移传感器与待测试样的一个侧壁相对应，用于测量待测试样的一个侧壁的位移；和/或，多个位移传感器包括至少一个激光位移红外温度集成传感器，一个激光位移红外温度集成传感器与待测试样的一个侧壁相对应，用于测量待测试样的一个侧壁的位移和加热腔内的温度；和/或，线膨胀系数的测量装置还包括温度压力集成传感器，温度压力集成传感器设于加热腔内，用于检测加热腔内的温度和压力。

16、根据上述技术手段，激光位移传感器和激光位移红外温度集成传感器的检测精度高，能够准确的测量待测试样的侧壁的位移；温度压力集成传感器和激光位移红外温度集成传感器可以节省安装空间，从而有利于线膨胀系数的测量装置中各部件的布置。

17、在一种可能的实施方式中，加热板的数量为多个，多个加热板沿加热腔的周向间隔设置，待测试样位于多个加热板之间。

18、根据上述技术手段，多个加热板可以使加热腔内的各个位置的升温比较均匀，从而可以使待测试样的受热比较均匀，进而使待测试样在受热膨胀过程中各个侧壁的位移变化比较均匀，以提高待测试样的线膨胀系数的测量结果的准确性。

19、根据本技术提供的第二方面，提供了一种线膨胀系数的测量方法，采用上述的线膨胀系数的测量装置，线膨胀系数的测量方法包括：获取待测试样，并将待测试样放置于测样台上；控制加热板按照预设的升温速率，将加热腔内的温度从第一预设温度升温至第二预设温度，其中第一预设温度小于第二预设温度；接收加热腔升温过程中，多个位移传感器检测到的对应的侧壁在不同温度下的位移，并得出各个侧壁的位移与温度的第一关系曲线；根据公式α＝(l2-l1)/l1(t2-t1)计算任一温度区间内，待测试样在各个方向上的线膨胀系数，其中，α为线膨胀系数，l1为待测试样在任一温度区间的下限温度时的位移，l2为待测试样在任一温度区间的上限温度时的位移，t1为任一温度区间的下限温度，t2为任一温度区间的上限温度。

20、在一种可能的实施方式中，在获取待测试样，并将待测试样放置于测样台上之后，线膨胀系数的测量方法还包括：向加热腔内通入氮气，以对加热腔内的空气进行置换；和/或，在根据公式α＝(l2-l1)/l1(t2-t1)计算任一温度区间内，待测试样在各个方向上的线膨胀系数之前，线膨胀系数的测量方法还包括：根据预设的降温速率控制加热腔内的温度从第二预设温度降至第一预设温度；接收加热腔降温过程中，多个位移传感器检测到的对应的侧壁在不同温度下的位移，并得出各个侧壁的位移与温度的第二关系曲线；将各个侧壁的第一关系曲线与第二关系曲线进行拟合，以得到各个侧壁的第一线膨胀系数曲线。

21、由此，本技术的上述技术特征具有以下有益效果：

22、(1)本发明通过设置加热板、多个位移传感器和控制器的配合，只需要对一个待测试样进行一次实验，即可得出待测试样的多个方向上的线膨胀系数，从而可以避免对多个待测试样依次进行测量，从而不需要测量人员多次将待测试样放入测样台上，减小了测量人员操作时出现的误差，减小测量人员的操作对测量结果的影响，同时也不需要使用不同的待测试样，能够减小待测试样本身对测量结果的影响，从而能够减小测量数据的误差，提高测量的准确性。

23、(2)本发明通过将第一关系曲线和第二关系曲线进行拟合，可以对两次测量结果进行相互印证，并对两次测量结果进行拟合，以得出比较准确的测量结果，从而能够提高测量结果的准确性。

24、(3)本发明通过将第三关系曲线和第一线膨胀系数曲线进行拟合，可以对测量结果进行多次印证，并对多次测量结果进行拟合，以进一步得出比较准确的测量结果，从而能进一步提高测量结果的准确性。

25、(4)本发明通过旋转座和驱动组件，能够调整待测试样的各个侧壁与对应的位移传感器的位置，以使位移传感器能够准确的测量对应的侧壁的位移，从而提高测量结果的准确性。

26、(5)本发明通过固定座、第一定位件和第二定位件的设置，能够对待测试样进行定位，避免待测试样受热变形后出现偏移的情况，从而保证对待测测试样的线膨胀系数的测量的准确性。

27、(6)本发明通过导杆、第一调节螺杆和第二调节螺杆的配合，可以简化固定座的结构，且便于对第一定位件和第二定位件进行调节。

28、(7)本发明中激光位移传感器和激光位移红外温度集成传感器的检测精度高，能够准确的测量待测试样的侧壁的位移；温度压力集成传感器和激光位移红外温度集成传感器可以节省安装空间，从而有利于线膨胀系数的测量装置中各部件的布置。

29、(8)本发明通过设置多个加热板，可以使加热腔内的各个位置的升温比较均匀，从而可以使待测试样的受热比较均匀，进而使待测试样在受热膨胀过程中各个侧壁的位移变化比较均匀，以提高待测试样的线膨胀系数的测量结果的准确性。

30、需要说明的是，第二方面的实现方式所带来的技术效果可参见第一方面中对应实现方式所带来的技术效果，此处不再赘述。

31、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本技术。