Dilatometer - Dilatometer
Et dilatometer er et videnskabeligt instrument, der måler volumenændringer forårsaget af en fysisk eller kemisk proces. En velkendt anvendelse af et dilatometer er kviksølv-i-glas termometer , hvor ændringen i volumen af væskesøjlen læses fra en gradueret skala. Fordi kviksølv har en forholdsvis konstant ekspansionshastighed over omgivende temperaturområder, er volumenændringerne direkte relateret til temperaturen.
Ansøgninger
Dilatometre er blevet brugt til fremstilling af metalliske legeringer, undersøgelse af martensittransformation , komprimerede og sintrede ildfaste forbindelser, glas, keramiske produkter, kompositmaterialer og plast.
Dilatometri anvendes også til at overvåge forløbet af kemiske reaktioner, især dem, der udviser en betydelig molær volumenændring (f.eks. Polymerisation). Et specifikt eksempel er hastigheden af faseændringer.
Inden for fødevarevidenskab bruges dilatometre til at måle det faste fedtindeks for madolie og smør.
En anden almindelig anvendelse af et dilatometer er måling af termisk ekspansion . Termisk ekspansivitet er en vigtig ingeniørparameter og defineres som:
Typer
Der findes en række dilatometertyper:
- Kapacitansdilatometre har en parallel pladekondensator med en stationær plade og en bevægelig plade. Når prøvelængden ændres, bevæger den den bevægelige plade, som ændrer afstanden mellem pladerne. Kapacitansen er omvendt proportional med afstanden. Ændringer i længden på 10 picometre kan registreres.
- Forbindelsesstang (trykstang) dilatometer , den prøve, der kan undersøges, er i ovnen. En forbindelsesstang overfører den termiske ekspansion til en trækmåler , som måler forskydningen. Da målesystemet (forbindelsesstang) udsættes for den samme temperatur som prøven og derved ligeledes udvides, opnår man en relativ værdi, som skal konverteres bagefter. Matchede materialer med lav ekspansion og differentiale konstruktioner kan bruges til at minimere indflydelsen af forbindelsesstangsekspansion
- Høj opløsning - Laser Dilatometer Højeste opløsning og absolut nøjagtighed er mulig med et Michelson Interferometer type Laser Dilatometer. Opløsning går op til picometre. Ovenpå giver princippet om interferensmåling mulighed for meget højere nøjagtighed, og det er en absolut måleteknik uden behov for kalibrering.
- Optisk dilatometer er et instrument, der måler dimensionsvariationer for en prøve, der opvarmes ved temperaturer, der generelt ligger fra 25 til 1400 ° C. Det optiske dilatometer muliggør overvågning af materialers udvidelser og sammentrækninger ved hjælp af en berøringsfri metode: optisk gruppe, der er tilsluttet et digitalt kamera, optager billederne af det ekspanderende / sammentrækningseksemplar som funktion af temperaturen med en opløsning på ca. ± 70 mikrometer pr. pixel. Da systemet tillader opvarmning af materialet og måler dets langsgående / lodrette bevægelser uden kontakt mellem instrument og prøve, er det muligt at analysere de mest duktile materialer, såsom polymerer , såvel som de mest skrøbelige, såsom de usammenhængende keramiske pulvere til sintringsproces .
Til enklere målinger i et temperaturinterval fra 0 til 100 ° C, hvor vand opvarmes og strømmer eller over prøven. Hvis der skal måles lineære ekspansionskoefficienter for et metal, løber varmt vand gennem et rør fremstillet af metallet. Røret varmer op til vandets temperatur, og den relative ekspansion kan bestemmes som en funktion af vandtemperaturen.
Til måling af den volumetriske udvidelse af væsker tager man en stor glasbeholder fyldt med vand. I en ekspansionsbeholder (glasbeholder med en nøjagtig volumenskala) med prøvevæsken. Hvis man varmer vandet op, udvides prøvevæsken, og volumenændringerne læses. Imidlertid skal udvidelsen af prøvebeholderen også tages i betragtning.
Ekspansion og tilbagetrækningskoefficient for gasser kan ikke måles ved hjælp af dilatometer, da trykket spiller en rolle her. Til sådanne målinger er et gastermometer mere egnet.
Dilatometre inkluderer ofte en mekanisme til at kontrollere temperaturen. Dette kan være en ovn til målinger ved forhøjede temperaturer (temperaturer til 2000 ° C) eller en kryostat til målinger ved temperaturer under stuetemperatur. Metallurgiske anvendelser involverer ofte sofistikerede temperaturkontroller, der er i stand til at anvende nøjagtige temperatur-tidsprofiler til opvarmning og quenching af prøven.
