水平熱膨脹儀通過測量樣品在溫度變化下的長度變化,分析其熱膨脹性能,具體流程如下:
樣品安裝:將規則形狀(如圓柱體或長方體)的樣品放置于水平支架,確保與頂桿端面良好接觸。
溫度程序控制:按預設升溫速率加熱樣品,溫度范圍覆蓋室溫至高溫區間。部分型號支持多段溫度程序與循環測試。
位移實時監測:樣品受熱膨脹推動頂桿移動,位移傳感器將機械位移轉化為電信號,經放大處理后記錄為長度變化數據。
水平熱膨脹儀的核心結構圍繞水平方向樣品測量設計,主要包括以下組件:
1.加熱爐
采用管式爐結構,加熱元件(如鐵鉻鋁電熱絲或硅碳棒)均勻分布于爐管周圍,提供穩定的溫度場。爐體設計注重熱區均勻性,部分型號采用蚌殼式結構以提升冷卻效率。
2.樣品支架與頂桿
支架通常由耐高溫材料(如燒結石英或剛玉)制成,支撐樣品并確保其水平放置。頂桿與樣品端面接觸,傳遞膨脹位移至傳感器。
3.位移檢測系統
使用高精度線性可變差動變壓器(LVDT)或光學編碼器,實時監測樣品長度變化。部分型號采用位移測量技術,消除周期性校準需求。
根據設計差異與應用場景,水平熱膨脹儀可分為以下類型:
1.基礎型
結構簡化:采用單頂桿設計,適用于常規材料(如金屬、陶瓷)的熱膨脹系數測量。
操作便捷:通過RS232或USB接口連接電腦,軟件界面直觀,支持一鍵式測試。
應用場景:材料科學實驗室、高校教學實驗。
2.高溫型
耐高溫設計:爐體材料升級為陶瓷纖維板或絕熱材料,工作溫度可達1600℃以上。
氣氛控制:支持真空、惰性氣體(如氮氣)或氧化性氣氛,適應特殊材料測試需求。
安全防護:集成冷卻水流量監測、爐體過熱保護與四級互鎖系統,防止操作失誤導致設備損壞。
應用場景:航空航天材料研發、核工業高溫部件測試。
3.差分式
雙樣品設計:同時測量參考樣品與待測樣品,消除環境因素(如溫度波動)對結果的影響。
高精度:通過差分計算提升數據重復性,膨脹系數測量誤差降低。
功能擴展:支持軟化點檢測、密度測定與熱分析數據庫聯動。
應用場景:精密陶瓷、復合材料性能對比研究。
4.低溫型
超低溫測試:通過液氮冷卻實現-170℃以下低溫環境,研究材料冷縮行為。
零摩擦設計:采用氣浮軸承或磁懸浮技術,減少低溫下機械部件的摩擦干擾。
高靈敏度:光學編碼器分辨率達納米級,捕捉微小長度變化。
應用場景:低溫物理研究、超導材料性能分析。
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