§1.2 Классификация дилатометров.

Дилатометры разделяют по принципу действия на несколько групп:

1. Интерференционные - то метод исследования твердых и реже жидких тел, основанный на точном измерении с помощью различных интерференционных оптических систем размеров и реже объема тел под влиянием внешних воздействий, например изменения температуры, электрического поля, магнитного поля. Твердые тела под влиянием внешних воздействий изменяют свои размеры и объем. Жидкие тела изменяют только объем; для исследования изменения объема жидкости необходим тщательный учет изменения размеров сосуда, содержащего жидкость. Разработано несколько простых и очень точных (4 - 5 знаков) методов экспериментального определения изменений размеров твердых тел под влиянием внешних воздействий с помощью приборов - интерференционных дилатометров, в которых в соответствии с изменением длины образца изменяется интерференционная картина, по изменениям которой и определяют изменение длины образца.

Чаще всего интерференционную дилатометрию используют для изучения расширения тел при нагреве в широких температурных диапазонах. Получаемые данные важны для предсказания размеров детали и напряжений в ней при нагреве. Однако чаще всего по измеренной зависимости длины образца вычисляют коэффициент теплового расширения a. Значения a дают информацию о точности гармонического приближения для описания процессов колебаний атомов в данном веществе при разных температурах, что важно для развития теории твердых тел. Кроме того, любая перестройка структуры вещества, любое изменение сил взаимодействия в веществе изменяют a. Поэтому интерференционная дилатометрия и точное измерение a(T) широко используется в физике и технике как простой метод определения температур фазовых переходов, подбора оптимальных термообработок, контроля состава и качества материалов и т. д.

Изучаемое методом интерференционной дилатометрии изменение размеров тел под влиянием внешнего электрического или магнитного поля (соответственно электрострикция или магнитострикция) сложным образом зависит от многих причин, а именно: атомно-кристаллического строения веществ, гистерезиса свойств (в ферромагнетиках), анизотропии кристаллов (часто знак эффекта зависит от направления в кристалле) и т.д. Дилатометрию интерференционную используют и как эффективный метод исследования электрических и магнитных явлений.

Однако интерференционные дилатометры имеют ряд существенных недостатков: необходимость визуального наблюдения в течение всего опыта, сложность и трудоемкость подготовки образцов, высокая чувствительность к вибрациям, неустойчивость контактов в точках соприкосновения образца и прибора.

2. Компараторные - используются для измерения ТКЛР образцов больших размеров, в особенности при высоких температурах. Компараторный метод реализуется и как абсолютный и как относительный метод измерения ТКЛР. Относительным он является в том случае, когда измеряется разность длин двух мер, одна из которых образец, вторая - исходная мера, у которой известен ТКЛР и ее длина. Наиболее совершенные дилатометры компараторного типа, созданные в ряде метрологических институтов различных стран, обеспечивают возможность измерения удлинения со СКО порядка 0,6 мкм. [А.И.ПОХОДУН, А.В.ШАРКОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ Санкт-Петербург 2006 с.55]

3. Рентгеновские - применяются для измерений ТКЛР кристаллических тел, в т.ч. у микрообразцов. Выполненный анализ точности измерений на наиболее совершенных рентгеновских дилатометрах показал, что они могут обеспечить СКО результата измерения относительного удлинения порядка 1*10^-5.

4. механические реализуют относительное измерение ТКЛР. Для относительных дилатометров является обязательным наличие либо промежуточного звена, передающего удлинение, либо меры, относительно которойведется измерение удлинения образца. Относительные дилатометры наиболеешироко распространены в практике лабораторных и промышленных измерений, так как они более производительны и в большинстве случаев не требуютоператоров высокой квалификации. По принципу действия устройства, преобразующего удлинение испытуемого образца, относительные дилатометры подразделяются на: механические, оптические и оптико-механические, электрические и электромеханические. При измерении удлинения на подобных дилатометрах тепловое расширение образца вызывает перемещение рычага, которое механически передается либо стрелке показывающего прибора (индикаторы, оптикаторы), либо автоматически регистрируются. Такого типа дилатометры могут работать в атмосфере, вакууме или защитной среде. Точность дилатометра, в котором реализуется относительное измерение ТКЛР, ограничивается точностью, с которой известен ТКЛР меры сравнения - передающего устройства, и погрешностями измерения температуры всех звеньев кинематической цепи дилатометра. Для лучших типов относительных дилатометров погрешность измерения ТКЛР составляет (2-3)*10^-7К^-1.

5. другие дилатометры с различными принципами действия, как правило, оптимизированные для специальных задач и использующиеся преимущественно в исследовательской практике (ёмкостные, лазерные и т.д.).

Общим недостатком дилатометрического метода в случае изучения внутренних превращений является неточность количественных расчетов получающихся кривых, поскольку не удается количественно отделить объемный эффект превращения от чисто термического расширения или сжатия. В случае двухфазовой смеси, зная коэффициенты линейного расширения обеих фаз, можно по кривой удлинение — температура приближенно судить также об относительном содержании каждой из них в смеси.