DILATOMETR FUNKČNÍ VZOREK. Prof. Mgr. Jan Toman, DrSc.

Transkript

1 FUNKČNÍ VZOREK Prof. Mgr. Jan Toman, DrSc. DILATOMETR Součinitel délkové teplotní roztažnosti je tepelně technický parametr, který je důležitý pro aplikace konkrétních výrobků na stavbě [1]. Vypočte se z definičního vztahu: Lt = Lo. ( 1 + α t ) kde Lt je délka vzorku při teplotě t, Lo délka vzorku při teplotě 0, α součinitel délkové teplotní roztažnosti t teplota Často se využívá měření relativního prodloužení: Lt - L 0 ε = = α. t L 0 Protože ale relativní prodloužení se mění s teplotou musí i součinitel délkové teplotní roztažnosti být závislý na teplotě. Uvažuje se proto často průměrná hodnota součinitele délkové teplotní roztažnosti pro teplotní interval 0 až t ε α 0 t = t a pro teplotu t musíme využít diferenciálního vyjádření: d ε α t = d t Snadno lze dokázat, že při zanedbání hodnot nízkých řádů můžeme psát β t = 3 α t kde β t je součinitel objemové teplotní roztažnosti. Konkrétně teplotní závislost součinitele teplotní roztažnosti na teplotě zjistíme tak, že proměříme relativní prodloužení pro určité teploty (nejvhodněji po 100 C až do C) a tyto naměřené hodnoty vyneseme do grafu v závislosti na teplotě. Tuto funkci analyticky vyjádříme a její derivací potom můžeme určit pro každou teplotu hodnotu α t.

2 MĚŘENÍ SE PROVÁDĚLO NA SPECIÁLNÍM DILATOMETRU [2]. Do něho se vloží proměřovaný vzorek, postupně se zvyšuje teplota až do 1000 C a sledují se délkové změny trámečku. Z těchto údajů se potom snadno vypočítá součinitel teplotní roztažnosti. 10 Legenda : T1 Regulační termočlánek T2 Měřící termočlánek 1 Plášť pece s vnitřní izolací 2 Topná spirála 3 Konstrukce pro uložení měřeného vzorku 4 Počítač 5 Prostup v boku pece 6 Keramická přenosová kontaktní tyčinka 7 Proměřovaný vzorek 8 Měřící zařízení 9 Nosná konstrukce 10 Masivní podstavec

3 Fotografie 1. Celkový pohled při měření Fotografie 2. Pohled před vložením do pece

4 Fotografie 3. Detail měřícího zařízení Fotografie 4. Detail uložení měřeného vzorku

5 Protože celková délka, která je snímána se skládá jednak z délky vlastního proměřovaného vzorku a jednak z délky kontaktní tyčinky, je nutno odečíst od celkové délkové změny změnu kontaktní tyčinky. To se umožní provedením kalibrace přístroje. Naměřené hodnoty se zpracovávají graficky. Příklad výsledků měření na materiálu PROMATECT

6 1500 Měření dilatací PROMATECT poprvé (závislost na teplotě) 1000 teplota( C), čas(min), celkové prodl.(0,001mm), reduk. prodl.(0,001mm) teplota ( C) teploota čas celkové prodloužení redukované prodloužení Obr. 1 Měření na nevypáleném vzorku 1,00E-02 Měření dilatací PROMATECT podruhé (v závislosti na teplotě) relativní prodloužení (-) 8,00E-03 6,00E-03 4,00E-03 2,00E-03 0,00E+00-2,00E teplota ( C) celkové relativní prodl. redukované rel.prodl. Obr. 2- Měření na vypáleném vzorku

7 Teplotní dilatace - PROMATECT- poprvé 0,008 0,006 relativní změna délky (-) 0,004 0, ,002-0, ,006-0,008 teplota ( C) Obr.3- Měření při plynulém pomalém ohřevu Dilatace - Promatect-podruhé relativní prodloužení (-) 0,009 0,008 0,007 0,006 0,005 0,004 0,003 0,002 0, , teplota ( C) Obr.4 Měření při plynulém pomalém ohřevu

8 αt jako Z těchto grafů se pak snadno určí součinitel délkové teplotní roztažnosti derivace (tečna) pro každou teplotu t a αot (sečna), jako průměrná hodnota součinitele délkové teplotní roztažnosti pro interval teplot 0 až t C. Tabulka I.Součinitel délkové teplotní roztažnosti α 0 t pro materiál PROMATECT pro teplotní intervaly až C. t 100 C 200 C 300 C 400 C 500 C 600 C 700 C 800 C 900 C 1000 C α 0 t ,42 10,56 2,40 2,15 1,42 2,52 6,29 5,51-4,62-5,40 poprvé α 0 t ,6 6,2 6,4 6,4 7,7 7,3 7,6 7,9 8,0 8,6 podruhé ZÁVĚR Během prováděných měření se ukázalo, že je lepší než zahřívat vzorky postupně po krocích po 100 C, zahřívat pomalou rychlostí plynule. Zpoždění v nárůstu teploty je totiž zanedbatelné, ale grafy jsou monotónnější a výpočet derivací je tudíž přesnější.. Výsledky měření ukázaly, že je třeba proměřit vzorky nejméně 2x, protože při prvém měření dochází k vysušení vzorků a tím ke zkracování. Další zkrácení vyvolá také materiálová strukturální nestabilita. LITERATURA [1] Toman J., Michalko O., Korecký T., : VÝBER NAJVHODNEJŠIEHO MATERIÁLU NA POŽIARNE OBKLADOVÉ DOSKY. In: Stavebné materiály 03/2012 str.50-53, JAGA Groop s.r.o. Bratislava [2] Toman J., Krička A., Trník A. : ZAŘÍZENÍ PRO MĚŘENÍ DÉLKOVÝCH ZMĚN MATERIÁLU PŘI VYSOKÝCH TEPLOTÁCH.In: Užitný vzor č , ÚPV Praha, 2011 PODĚKOVÁNÍ Funkční vzorek byl vytvořen za podpory Výzkumného záměru MŠMT ČR číslo MSM