27.4. Резонансный метод
Резонансный дилатометр высокой чувствительности предназначен для исследований в области низких температур (4,2 - 300 К).
Схема дилатометрической ячейки показана на рис. 27.11. Измерительным элементом дилатометра является полукоаксиальный резонатор, чувствительный к малым деформациям его упругого дна. Резонатор состоит из корпуса 1, центрального проводника 2., нижней части корпуса 3 и тонкой мембраны 4, которая служит дном резонатора. Собственная частота резонатора зависит от величины зазора между торцом центрального проводника 2 и мембраной (2 мкм). Набор деталей, состоящий из толкателя 5, исследуемого образца 6, пластины пьезокварца 7, медного диска (нижняя обкладка пьезокварца) 8, диска из плавленого кварца 9, закрепляется в нижней части корпуса резонатора 3 с помощью опорного диска 10 и контргайки 11. Изменение длины образца через толкатель 5 передается на мембрану 4, деформируя ее, и приводит к изменению собственной частоты резонатора. Изменение частоты определяется гетеродинным методом с использованием частотной модуляции.
Рис. 27.11. Схема дилатометрической ячейки низкотемпературного резонансного дилатометра
Таким образом, измерение удлинения образца сводится к регистрации изменения собственной частоты резонатора. Чувствительность метода к удлинению 10-12 см. Размеры толкателя и всех деталей, на которых лежит образец, изменяются при изменении температуры и вносят свой вклад в деформацию дна резонатора, т. е. в изменение его собственной частоты. Следовательно, измерения, проводимые на данном дилатометре, являются относительными. Для получения абсолютных значений коэффициента расширения исследуемого вещества необходимо вводить поправку на расширение всех указанных выше деталей (6, 8, 9, 10, 11).
Несомненным достоинством дилатометра является простота изготовления исследуемых образцов, которые должны иметь форму диска диаметром - 17 мм и толщиной -2 мм. По-видимому, описанный дилатометр вследствие его высокой чувствительности целесообразно использовать прежде всего для исследований различных превращений, происходящих в твердом теле, а не для измерения абсолютных значений коэффициентов расширения, поскольку при этом необходимо вводить многочисленные поправки.
27.5. Тензометрический метод
Этот метод измерения является относительным. Чувствительным элементом в данном случае служат проволочные датчики сопротивления: Четыре датчика, два из которых наклеены на эталон, а два - на исследуемый образец, соединены в мостовую схему (рис. 27.12) При изменении температуры вследствие разного расширения образца и эталона деформация датчиков оказывается различной, что приводит к различному изменению их сопротивления. В результате в мостовой схеме появляется сигнал разбаланса ( ), величина которого пропорциональна разности удлинений образца и эталона.
, (27.1)
- постоянная прибора, определяемая параметрами используемых датчиков. Если в качестве эталона использовать материал, из которого изготовлены датчики, измерения, станут абсолютными, поскольку датчики, наклеенные на эталон, в этом случае не должны деформироваться. Чувствительность метода - 10-6 см; точность существенно зависит от технологии наклеивания датчиков. Последняя определяет и температурный интервал, в котором метод может быть использован.