YBB00202003-2015 平均线热膨胀系数测定法.doc

YBB00202003-2015

平均线热膨胀系数测定法

Pingjunxianrepengzhangxishu Cedingfa

Test for Coefficent of Mean Linear Thermal Expansion

本法规定了远低于转变温度的弹性固体玻璃的平均线热膨胀系数的测定方法。

本法适用于各种材料药用玻璃平均线热膨胀系数的测定。

定义

（1）平均线热膨胀系数α（t 0：t ）

在一定的温度间隔内，供试品的长度变化与温度间隔及供试品初始长度之比。用式（1）表示：

()00001:t t L L L t t --?=

α

式中：

t 0 —初始温度或基准温度，℃；

t —供试品实际温度，℃；

L 0 —试验时玻璃供试品在温度t 0的长度，mm ；

L —供试品在温度t 时的长度，mm 。 本法规定标称基准温度t 0是20℃，因此平均线热膨胀系数表示为α（20℃：t ）。

（2）转变温度t g

玻璃动态黏度为1012.3

Pa ·s 时的温度，该温度表示了玻璃由脆性状态向粘滞状态的转变，它相应于热膨胀曲线高温部分和低温部分两切线交点的温度。

仪器装置

（1）测量供试品的长度装置，精度为0.1%。

（2）推杆式膨胀仪（水平或垂直），能测出2×10-5L 0的供试品长度变化量（即2μm/100mm ）。 测长计的接触力不应超过1.0N 。这个力通过平面与球面的接触起作用，球面当的曲率半径不应小于供试品的直径。在一些特殊的装置中需要平行平面。

承载供试品装置应确保供试品安放在稳固的位置上，在整个实验过程中供试品要与推杆轴在同一轴线上，防止有任何微小改变。

若承载供试品装置是用石英玻璃制造，见结果表示（2）中给出的注意事项。

应采用标准材料进行仪器性能试验，方法见仪器性能试验

（3）加热炉

加热炉应与膨胀仪装置相匹配，起温度上限要比预期的转变温度高50℃左右，加热炉相对于膨胀仪的工作位置在轴向和径向上应具有0.5mm 以内的重现性。

在试验温度范围内（即上限温度比最高的预期的转变温度t g 低150℃并至少为300℃），在整个供试品长度区间，炉温应能恒定在±2℃之内。

（4）炉温控制装置应符合升降速率为5℃/min ±1℃/min 控制要求。

（5）温度测量装置

在t 0和t 温度范围内，能准确测定供试品的温度，误差应小于±2℃之内。

供试品

（1）形状和尺寸

供试品通常为棒状，起形状取决于所用膨胀仪的类型，长度L0至少应为膨胀仪测长装置的测长分辨率的5×104倍。

注：例如，供试品可以是直径为5mm的圆棒，也可以是截面为5mm×5mm、长度为25～100mm的正方形棒，在某些情况下，横截面为100mm2更为方便。

（2）制备

供试品在试验前应退火：将供试品加热至比转变温度高大约30℃，然后以2℃/分钟的速率将供试品冷至比转变温度低大约150℃，在无通风的条件下将供试品进一步冷却至室温。

（3）数量

每次试验测定两个供试品，见结果表示（4）。

测定法

（1）试验范围的选择

根据定义规定标称基准温度为20℃，然而，由于实际原因，温度可以在18℃和28℃之间起始，终点温度一般是290℃≤t≤310℃。t的相应标称值为300℃。温度和温差读数精度应为2℃，虽然在结果表示中的实际计算中使用温度的实际测量值，可是试验范围用标称温度表示。对于用标称温度表示的给定系数a（20℃：300℃），只要所选的实际温度在规定的限度内，系数不受影响。

（2）基准长度的测定

在基准温度t0时，测定退过火的供试品的基准长度L0，其精度为0.1%，然后放供试品在膨胀仪内，稳定5分钟以上。

（3）升温试验

在初始温度t0时确定膨胀仪的位置，并将这个读数作为将要测量的未校正的长度变化量ΔL meas的零点，然后将炉温控制装置调到所需的加热程序开始升温。记录温度t和相应的长度变化量ΔL meas直到达所需的终点温度。除另有规定外，升温速率不应超过每1分钟5℃。

因为在温度由t0到t的升温期间，记录的膨胀的读数ΔL meas，由于热电偶的热节点和实验供试品之间存在温差，所以试验供试品的表现温度应加上修正值。

注：此修正值的大小，依赖于温度变化速率和加热炉与试供品之间热交换的速率。从根本上说来，修正值是要与恒温试验相比较而确定的。

（4）恒温试验

在最初始温度为t0时确定膨胀仪的位置，并将这个读作为将要测量的未校正的长度变化量ΔL meas的零点，然后加热时炉温达到所选择的终点温度t，并保持炉温恒定到±2℃，20min后从膨胀仪上读取ΔL meas

的值。

注：虽然升温试验进行中测试各种温度t的系数a（t0:t）,如果只要求一个终点温度t时，应优先采用恒温试验，因为这个试验能提供比较好的精度。

结果表示

(1)最终长度（L）的计算

由测得的长度Δlmeas，计算温度为t时的修正后的最终长度（L）用式（2）

L=L0+ΔL MEAS+ΔL Q-ΔL B

式中修正项ΔLQ和ΔLB分别在下面(2)或（3）中解释。

（2）承载试供品装置膨胀（ΔL Q）的计算

在单推杆式膨胀仪的情况下，式（2）中的修正项ΔL Q是位于供试品近旁的承载供试品装置在温度为

t0时长度为L0的那部分的热膨胀。

在差动式推杆膨胀仪的情况下，修正项ΔL Q是标准杆的热膨胀，标准杆与样品有相同的长度，在温度为t0时长度为L0。

在任何一种情况下，修正项ΔL Q用式（3）计算：

ΔL Q=L0×a Q（t0;t）

在单推杆式膨胀仪的情况下，a Q是制作承载供试品装置所用材料的平均线热膨胀系数。

在差动式推杆膨胀仪的情况下，a Q是制作标准杆材料的平均线热膨胀系数。

如果承载试供品装置，推杆或标准杆是由基本上不含氢氧根的石英玻璃制作，可以使用表1中给出的a Q值，膨胀仪的这些部件在第一次使用之前必须在1100℃退火7小时，然后以0.2℃/分恒定速率从1100℃冷却至900℃。

为了避免石英玻璃的失透，表面要保持清洁，建议用分析纯乙醇清洗两次，清洗后避免用手指接触表面。

表1 石英玻璃的平均线热膨胀系数a Q值

Q

（3）膨胀仪修正值（ΔL B）的测定

设置膨胀仪的修正值ΔL B是必要的，因为处于温度为t的供试品和处于环境温度的测长计之间的过渡区域内温度分布不均匀。膨胀仪修正项用空白试验测定。

使用单推杆式膨胀仪时，空白试验的供试品由与制造膨胀仪相同材料制作，如果空白试验供试品是由石英玻璃制成的则应该按照结果表示(2)退火。

使用差劲式推杆膨胀仪时，允许使用由任何合适的材料制作的两个相同的样品。

空白试验应和玻璃的测定在相同的条件下进行，在每次按仪器性能试验时要重复空白试验。

（4）平均线热膨胀系数的计算。

为计算平均线热膨胀系数α（t0：t），将L0和ΔL MEAS的测量值，根据结果表示（2）和（3）确立的修正值，t0实测值及t值（如果是升温试验，用修正后的值）代入式（4）：

αt0:t=1

×

?L meas+?L Q??L B

计算两个供试品的α（20℃：t），一般为α（20℃：300℃），也可根据需要分别测定出α（20℃：200℃），α（20℃：100℃），α（20℃：400℃）.如果α（20℃：t）＜10×10-6K-1取两位有效数字，如果α（20℃：t）≥10×10-6K-1取三位有效数字。

如果两个供试品的结果偏差不大于0.2×10-6K-1，取算术平均值。否则，要用另外两个供试品重做试验。

仪器性能试验

为了核对整个试验装置是否在正常的运行，用标准品做样品，按实验步骤和结果表示的实验步骤进行试验和计算，标准品的平均线热膨胀系数值是已知的标准值。

建议使用下面的标准材料：

—国家计量单位认证的标准玻璃；

—美国标准参考材料731；

—按照结果表示（2）退过火的石英玻璃；

标准样品的形状和尺寸，应与通常在试验装置中进行试验的样品形状和尺寸相似。

应确保标准材料的热膨胀特性不被试验所改变，如果标准材料是玻璃应按供试品的（2）退火，除非标准材料的验证者规定了其他步骤。

线膨胀系数测量的讲义

金属线膨胀系数的测量 绝大多数物质都具有“热胀冷缩”的特性，这是由于物体内部分子热运动加剧或减弱造成的。这个性质在工程结构的设计中，在机械和仪器的制造中，在材料的加工（如焊接）中，都应考虑到。否则，将影响结构的稳定性和仪表的精度。考虑失当，甚至会造成工程的损毁，仪表的失灵，以及加工焊接中的缺陷和失败等等。 一．实验目的 学习测量金属线膨胀系数的一种方法。 二．实验仪器 金属线膨胀系数测量实验装置、YJ-RZ-4A数字智能化热学综合实验仪、 游标卡尺、千分表、待测金属杆（铜杆、铁杆） 金属线膨胀系数测量的实验装置如图1所示 内有加热引线和温度传感器引线 图1 YJ-RZ-4A数字智能化热学综合实验仪面板如图2所示 图2 三．实验原理 材料的线膨胀是材料受热膨胀时，在一维方向的伸长。线胀系数是选用材料的一项重要指标。特别是研制新材料，少不了要对材料线胀系数做测定。 固体受热后其长度的增加称为线膨胀。经验表明，在一定的温度范围内，原长为L的物体，受热后其伸长量?L与其温度的增加量?T近似成正比，与原长L亦成正比，即

?L = T L ?α （1） 式中的比例系数α称为固体的线膨胀系数（简称线胀系数）。大量实验表明，不同材料的线胀系数不同，塑料的线胀系数最大，金属次之，殷钢、熔凝石英的线胀系数很小。殷钢和石英的这一特性在精密测量仪器中有较多的应用。 几种材料的线胀系数 实验还发现，同一材料在不同温度区域，其线胀系数不一定相同。某些合金，在金相组织发生变化的温度附近，同时会出现线胀量的突变。因此测定线胀系数也是了解材料特性的一种手段。但是，在温度变化不大的范围内，线胀系数仍可认为是一常量。 为测量线胀系数，我们将材料做成条状或杆状。由（1）式可知，测量出1T 时杆长L （一般，杆在1T 时的长度L 可以近似等于杆在常温时的长度）、受热后温度达2T 时的伸长量?L 和受热前后的温度1T 及2T ，则该材料在（1T ，2T ）温区的线胀系数为： α = ) (12T T L L -? （2） 其物理意义是固体材料在（1T ，2T ）温区内，温度每升高一度时材料的相对伸长量，其单位为1)(-?C 。 测线胀系数的主要问题是如何测伸长量?L 。而?L 是很微小的，如当L ≈250mm,温度变化12T T -≈100℃，金属的a 数量级为10 5 -1)(-?C 时，可估算出?L ≈0.25mm 。对于这么 微小的伸长量，用普通量具如钢尺或游标卡尺是测不准的。可采用千分表（分度值为0.001mm ）、读数显微镜、光杠杆放大法、光学干涉法。本实验中采用千分表测微小的线胀量。 千分表是一种通过齿轮的多极增速作用，把一微小的位移，转换为读数圆盘上指针的读数变化的微小长度测量工具，它的传动原理如图3所示，结构如图4所示， 千分表在使用前，都需要进行调零，调零方法是：在测头无伸缩时，松开“调零固定旋钮”，旋转表壳，使主表盘的零刻度对准主指针，然后固定“调零固定旋钮”。调零好后，毫米指针与主指针都应该对准相应的0刻度。 千分表的读数方法：本实验中使用的千分表，其测量范围是0-1mm 。当测杆伸缩0.1mm 时，主指针转动一周，且毫米指针转动一小格，而表盘被分成了100个小格，所以主指针可以精确到0.1mm 的1/100，即0.001mm ，可以估读到0.0001mm 。即： 千分表读数=毫米表盘读数＋ ?1000 1 主表盘读数 （单位：mm ） （毫米表盘读数不需要估读，主表盘读数需要估读） 例如：图5中千分表读数为：0.2＋ ?1000 1 59.8=0.2598 mm

固体热膨胀系数的测量实验报告

固体热膨胀系数的测量班级：姓名：学号：实验日期： 一、实验目的 测定金属棒的线胀系数，并学习一种测量微小长度的方法。 二、仪器及用具 热膨胀系数测定仪(尺读望远镜、米尺、固体线膨胀系数测定仪、铜棒、光杠杆、温度计等) 三、实验原理 1．材料的热膨胀系数 线膨胀是材料在受热膨胀时，在一维方向上的伸长。在一定的温度范围内，固体受 热后，其长度都会增加，设物体原长为L，由初温t1加热至末温t2，物体伸长了 △L,则有 () 1 2 t t L L- = ?α（1）（2） 此式表明，物体受热后其伸长量与温度的增加量成正比，和原长也成正比。比例系 数称为固体的线胀系数。一般情况下，固体的体胀系数为其线胀系数的3倍。 2．线胀系数的测量 在式（1）中△L是个极小的量，这样微小的长度变化，普通米尺、游标卡尺的精度是不够的，可采用千分尺、读数显微镜、光杠杆放大法、光学干涉法等。考虑到测 量方便和测量精度，我们采用光杠杆法测量。光杠杆系统是由平面镜及底座，望远 镜和米尺组成的。光杠杆放大原理如下图所示： () 1 2 t t L L - ? = α

当金属杆伸长△L时，从望远镜中叉丝所对标尺刻度前后为b1、b2，这时有：带入（2）式得固体线膨胀系数为： 四、实验步骤及操作 1.单击登陆进入实验大厅 2.选择热力学试验单击 3.双击固体热膨胀系数的测量进入实验界面 4.在实验界面单击右键选择“开始实验” 5.调节平面镜至竖直状态 6.进行望远镜调节，调节方位、聚焦、目镜是的标尺刻线清晰，调节中丝读 数为0.0mm,并打开望远镜视野 7.单击铜棒测量长度，单击温度计显示铜棒温度，打开电源加热，记录每升 高10度时标尺读数直至温度升高到90度止 l L D b b? = - 2 1 2 () D l b b L 2 1 2 - = ? () ()k DL l t t DL b b l 2 2 1 2 1 2= - - = α

热膨胀实验

实验一热膨胀实验 一．实验目的 1.了解材料线膨胀系数测定的意义、方法。 2.了解WTD2智能型热膨胀仪的原理、结构和操作步骤。 3.学会初步掌握测试数据和曲线的分析方法。 二．实验原理 现代化大型工程，如高层建筑、铁路、桥梁、航空航天器件等，都是由多种复杂的材料构成，要经过酷暑寒冬甚至太空中的急剧温度变化，因此必须确切地掌握有关材料的热膨胀系数以及其随温度变化的规律。 利用热膨胀方法对材料进行测定和研究称为“膨胀分析”。它不仅用于膨胀系数的测定，也是研究动态相变过程的有效手段，例如钢中过冷奥氏体的等温转变过程（TTT曲线）和连续冷却转变过程（CCT曲线）的测定，最常用的方法就是膨胀分析。在金属材料研究中，材料的结构转变、再结晶、时效固溶和沉淀析出，往往都伴随着体积的变化，因此可以用膨胀分析法来研究。又如粉末冶金中材料烧结致密度的评定，非晶体材料的软化温度的测定等，也可以用这一方法。 1.线膨胀系数 线膨胀系数是指与单位温度变化对应的试样单位长度的线膨胀量,当温度从T1变到T2时,试样的长度相应地从L1变到L2, 则材料在该温度区间的平均线膨胀系数α为: L2－L1 ΔL α＝—————＝———— L1(T2－T1) L1 ΔT 线膨胀系数α单位为: mm·mm-1·℃-1 2. 体膨胀系数 体膨胀系数是指与单位温度变化对应的试样单位体积的体积膨胀量，当温度从T1变到T2时,试样的体积相应地从V1变到V2，则材料在该温度区间的平均体膨胀系数β为： V2－V1 ΔV β＝——————＝———— V1 (T2－T1) V1ΔT 由于体膨胀系数测定较为复杂,所以对于热膨胀各向同性的材料，平均

材料热膨胀系数的测定

材料热膨胀系数的测定 1. 实验目的 1.1 掌握热机分析的基本原理、仪器结构和使用方法。 1.2 掌握热膨胀系数的概念以及测定方法。 2. 基本原理 物体的体积或长度随着温度的升高而增大的现象称为热膨胀。它是衡量材料的热稳定性好坏的一个重要指标。目前，测定材料线膨胀系数的方法很多，有示差法（或称“石英膨胀计法”）、双线法、光于涉法、重量温度计法等。在所有这些测试方法中，以示差法具有广泛的实用意义。 当物体的温度从T 1上升到T 2时，其体积也从V 1变化为V 2，则该物体在T 1一T 2的温度范围内，温度每上升一个单位。单位体积物体的平均增长量为平均体膨胀系数。从测试技术来说，测体膨胀系数较为复杂。因此，在讨论材料的热膨胀系数时，常常采用线膨胀系数，其意义是温度升高1℃时单位长度上所增加的长度，单位为cm ·cm ·℃-1 。 将试样装在装样管内用顶杆压住试样，顶杆与位移传感器接触，在加热炉中，通过精密温度控制仪按规定的升温速率加热试样到试验最终温度，并经位移传感器测量加热过程中试样的线膨胀情况．按下式计算由室温至试验温度的各温度间隔的线膨胀系数： 0 0001);(t t L L L t t --?=α 式中：0t —— 初始温度，℃； t —— 实际（恒定或变化）的试样温度，℃； 0L ——受测玻璃试样，在温度为0t 时的长度，mm ； L ——温度为t 时的试样长度，mm 。 若标称初始温度0t 为20℃；因此平均线性热膨胀系数就应表示为);C 20(t ?α。膨胀系数实际上并不是一个恒定的值，而是随温度变化的，所以上述膨胀系数都是具有在一定温度范围内的平均值的概念，因此使用时要注意它适用的温度范围。 3. 仪器与试剂 热机分析仪 XYW-500B

线膨胀系数实验报告参考

线胀系数测量实验报告参考稿 【实验目的】 1．学习并掌握测量金属线膨胀系数的一种方法。 2．学会用千分表测量长度的微小增量。 【实验仪器】 FB712型金属线膨胀系数测量仪一台，千分表（1-0-0.001mm ）一个，待测铜管一根。 【实验原理】 材料的线膨胀是材料受热膨胀时，在一维方向的伸长。线胀系数是选用材料的一项重要指标。特别是研制新材料，少不了要对材料线胀系数做测定。 如图所示，待测铜管的线胀系数为： () t L L ???= α 式中L 为温度为1t 摄氏度时的管长，L ?为管受热后温度从1t 升高到2t 时的伸长量，t ?为管受热前后的温度升高量 (12t t t -=?) 。 该式所定义的线胀系数的物理意义是固体材料在()21t , t 温度区域内，温度每升高一度时材料的相对伸长量，其单位为()1 C -?。 【实验内容和步骤】 1．把样品铜管安装在测试架上。连接好加热皮管，打开电源开关，以便从仪器面板水位显示器上观察水位情况。水箱容积大约为ml 750。 3.加水步骤:先打开机箱顶部的加水口和后面的溢水管口塑料盖，用漏斗从加水口往系统内加水，管路中的气体将从溢水管口跑出，直到系统的水位计仅有上方一个红灯亮，其余都转变为绿灯时，可以先关闭溢水管口塑料盖。接着可以按下强制冷却按钮，让循环水泵试运行，由于系统内可能存在大量气泡，造成水位计显示虚假水位，只有利用循环水泵试运行过程，把系统内气体排出，这时候水位下降，仪器自动保护停机。 4．设置好温度控制器加热温度:金属管加热温度设定值可根据金属管所需要的实际温度值设置。 5．将铜管（或铝管）对应的测温传感器信号输出插座与测试仪的介质温度传感器插座相连接。将千分尺装在被测介质铜管（或铝管）的自由伸缩端固定位置上，使千分表测试端与被测介质接触，为了保证接触良好，一般可使千分表初读数为mm 2.0左右，只要把该数值作为初读数对待，不必调零。(如认为有必要，可以通过转动表面，把千分尺主指针读数基本调零，而副指针无调零装置。) 6．正常测量时，按下加热按钮（高速或低速均可，但低速档由于功率小，一般最多只能加热到C 50?左右)，观察被测金属管温度的变化，直至金属管温度等于所需温度值（例如C 35?）。.

FD-LE线膨胀系数测定仪说明书

FD-LEA 线膨胀系数测定仪 说 明 书

上海复旦天欣科教仪器有限公司 中国上海

FD-LEA 线膨胀系数测定仪 一、概述 FD-LEA线膨胀系数测定仪是对固体线膨胀系数的一种直读式测定仪，在大专院校的普通物理实验教学中对物质的热胀冷缩的特性可做出定量考查，并可对金属的线膨胀系数做精确测量计算。物质在一定温度范围内，原长为ι的物体受热后伸长量l?与其温度的增加量t?近似成正比，与原长ι也成正比，即：l?=t???ι α。式中α为固体的线膨胀系数。实验证明：不同材料的线膨胀系数是不同的。同学可对已配备的实验铁棒、铜棒、铝棒进行测量并计算其线膨胀系数。 该仪器的恒温控制由高精度数字温度传感器与单片电脑设定，读数精度为±0.1℃，可加热温度控制范围为室温--80℃。 二、用途 1、测量铁、铜、铝棒的线膨胀系数。

2、测量其它固体物质的线膨胀系数(要求加工成Φ8× 400mm的圆棒)。 3、分析影响测量精度的诸因素。 4、观察某些合金材料在金相组织发生变化温度附近，出现 线膨胀量的突变现象。 5、掌握使用千分表和温度控制仪的操作方法。 三、技术指标 1、温度读数精度：±0.1℃。 2、温度控制精度：±0.1℃/Min。 3、温度控制范围：室温—80℃。 4、伸长量测量精度：0.001mm，最大测量范围为0—1mm。 5、温控仪使用环境和外型尺寸： 1)输入电源：220V±10% 50Hz—60Hz 2)湿度：85% 3)温度：0—40℃ 4)外型尺寸：315×250×140(mm) 5)仪器重量：约3kg 6、电加热恒温箱外型尺寸：560×120×20 (mm)

DH4608金属热膨胀系数实验仪说明书(08-9-6)

DH4608型金属热膨胀系数实验仪 使 用 说 明 书 杭州大华科教仪器研究所 杭州大华仪器制造有限公司

固体的线热膨胀系数的测量 物体因温度改变而发生的膨胀现象叫“热膨胀”。通常是指外压强不变的情况下，大多数物质在温度升高时，其体积增大，温度降低时体积缩小。也有少数物质在一定的温度范围内，温度升高时，其体积反而减小。在相同条件下，固体的膨胀比气体和液体小得多，直接测定固体的体积膨胀比较困难。但根据固体在温度升高时形状不变可以推知，一般而言，固体在各方向上膨胀规律相同。因此可以用固体在一个方向上的线膨胀规律来表征它的体膨胀。 我公司的DH4608型金属热膨胀系数实验仪是对固体线热膨胀系数的一种直读式测量仪，在大专院校的普通物理实验教学中对物质的热胀冷缩的特性可做出定量考查，并可对金属的线膨胀系数做精确测量计算。物质在一定温度范围内，原长为0L 的物体受热后伸长量L ?与其温度的增加量t ?近似成正比，与原长0L 也成正比，即：t L L ?=?0α。式中α为固体的线热膨胀系数。实验证明：不同材料的线膨胀系数是不同的。同学可对已配备的实验铁棒、铜棒、铝棒进行测量并计算其线膨胀系数。 DH4608型金属热膨胀系数实验仪是对固体线热膨胀系数的一种精密测定仪，可对各种固体的热胀冷缩的特性做出定量检测，并可对金属的线膨胀系数做精确测量。本仪器的恒温控制由高精度温度传感器（Pt100）与具有模糊PID 控制的微控器（MCU ）组成，炉内用特厚良导体纯铜管导热，在达到炉内温度热平衡时，炉内温度不均匀性≤0.1℃，仪器温度读数精度为士0.1℃，加热温度控制范围为室温至80℃。 一、实验目的 ⒈ 了解DH4608固体热膨胀系数实验仪的基本结构和工作原理。 ⒉ 掌握使用千分表和温度控制仪的操作方法。

材料的热膨胀系数

热膨胀系数 物体由于温度改变而有胀缩现象。其变化能力以等压(p一定)下，单位温度变化所导致的长度量值的变化，即热膨胀系数表示。 线胀系数是指固态物质当温度改变摄氏度1度时，其某一方向上的长度的变化和它在20℃（即标准实验室环境）时的长度的比值。各物体的线胀系数不同，一般金属的线胀系数单位为1/摄氏度。 大多数情况之下，此系数为正值。也就是说温度变化与长度变化成正比，温度升高体积扩大。但是也有例外，如水在0到4摄氏度之间，会出现负膨胀。而一些陶瓷材料在温度升高情况下，几乎不发生几何特性变化，其热膨胀系数接近0。 中文名：热膨胀系数 英文名：coefficient of thermal expansion , CTE 线膨胀系数：α=ΔL/(L*ΔT) 面膨胀系数：β=ΔS/(S*ΔT) 体膨胀系数：γ=ΔV/(V*ΔT) 1. 概述 expansion thermal coefficient 热膨胀系数有线膨胀系数α、面膨胀系数β和体膨胀系数γ。 式中ΔL为所给长度变化ΔT下物体温度的改变，L为初始长度； ΔS为所给面积变化ΔT下物体温度的改变，S为初始面积； ΔV为所给体积变化ΔT下物体温度的改变，V为初始体积； 严格说来，上式只是温度变化范围不大时的微分定义式的差分近似；准确定义要求ΔV与ΔT无限微小，这也意味着，热膨胀系数在较大的温度区间内通常不是常量。 线热膨胀系数αL

δ = 热膨胀系数* 全长* 温度变化 = 10.8 * 10-6 * 100mm * 100℃ = 0.108 (mm) 3. 热膨胀系数的精密测试与测量能力溯源 为了保证材料热膨胀系数国与国之间的量值统一和互认，国际计量局长度委员会（CCL）2004年启动过材料热膨胀系数的国际比对，有十几个国家参加了这个项目的国际比对。 为应对国际比对，更为了统一与实现国内材料的热膨胀系数测量能力及热膨胀仪测量精度，经国家局批准在国家计量院(中国计量科学研究院)建立“材料热膨胀系数国家最高标准装置”，以满足量值统一及测试需求。该标准基于最小误差链原则，把相关量值直接溯源到国家基准单位，在-180度到2400度范围内提供最高达10E-8量级测量不确定度。 4. 金属膨胀系数 测定温度条件及单位：20℃，(单位10-6/K或10-6/℃） 备注：简单讲就是材料在变化1摄氏度时长度的相对变化量。 膨胀系数实际就是：1MM长的材料在变化1摄氏度时长度变化了多少NM(纳米)。 一般钢材的热膨胀系数为（10-20）×10-6 /℃，系数越大在受热后变形则越大，反之则越小。 比如：钢轨的线膨胀系数是：11.8 nm/(mm×℃)，实际上就是指1mm(毫米)长的钢轨在温度变化1摄氏度时长度会变化11.8nm (纳米)。 金属名称元素符号线性热膨胀系数金属名称元素符号线性热膨胀系数铍Be 12.3 铝Al 23.2 锑Sb 10.5 铅Pb 29.3 铜Cu 17.5 镉Cd 41.0

固体热膨胀系数的测量实验报告

固体热膨胀系数的测量 实验报告 Revised as of 23 November 2020

固体热膨胀系数的测量 班级： 姓名： 学号： 实验日期： 一、实验目的 测定金属棒的线胀系数，并学习一种测量微小长度的方法。 二、仪器及用具 热膨胀系数测定仪(尺读望远镜、米尺、固体线膨胀系数测定仪、铜棒、光杠杆、温度计等) 三、实验原理 1．材料的热膨胀系数 线膨胀是材料在受热膨胀时，在一维方向上的伸长。在一定的温度范围内，固体受热后，其长度都会增加，设物体原长为L ，由初温t1加热至末温t2，物体伸长了 △L,则有 ()12t t L L -=?α （1） （2） 此式表明，物体受热后其伸长量与温度的增加量成正比，和原长也成正比。比例系数称为固体的线胀系数。一般情况下，固体的体胀系数为其线胀系数的3倍。 2．线胀系数的测量 在式（1）中△L 是个极小的量，这样微小的长度变化，普通米尺、游标卡尺的精度是不够的，可采用千分尺、读数显微镜、光杠杆放大法、光学干涉法等。考虑到测量方便和测量精度，我们采用光杠杆法测量。光杠杆系统是由平面镜及底座，望远镜和米尺组成的。光杠杆放大原理如下图所示： () 12t t L L -?= α

当金属杆伸长△L 时，从望远镜中叉丝所对标尺刻度前后为b1、b2，这时有： 带入（2）式得固体线膨胀系数为： 四、实验步骤及操作 1.单击登陆进入实验大厅 2.选择热力学试验单击 3.双击固体热膨胀系数的测量进入实验界面 4.在实验界面单击右键选择“开始实验” 5.调节平面镜至竖直状态 6.进行望远镜调节，调节方位、聚焦、目镜是的标尺刻线清晰，调节中丝读数为,并打开望远镜视野 7.单击铜棒测量长度，单击温度计显示铜棒温度，打开电源加热，记录每升高10度时标尺读数直至温度升高到90度止 l L D b b ?=-212()D l b b L 212-= ?()()k DL l t t DL b b l 221212=--= α

固体线膨胀系数的测定

固体线膨胀系数的测定 绝大多数物质具有热胀冷缩的特性，在一维情况下，固体受热后长度的增加称为线膨胀。在相同条件下，不同材料的固体，其线膨胀的程度各不相同，我们引入线膨胀系数来表征物质的膨胀特性。线膨胀系数是物质的基本物理参数之一，在道路、桥梁、建筑等工程设计，精密仪器仪表设计，材料的焊接、加工等各种领域，都必须对物质的膨胀特性予以充分的考虑。 【实验目的】 1、学习测量固体线膨胀系数的一种方法。 2、了解一种位移传感器——数字千分表的原理及使用方法。 3、了解一种温度传感器——AD590的原理及特性。 4、通过仪器的使用，了解数据自动采集、处理、控制的过程及优点。 5、学习用最小二乘法处理实验数据。 【实验原理】 1、线膨胀系数 设在温度为t1时固体的长度为L1，在温度为t2时固体的长度为L2。实验指出，当温度变化范围不大时，固体的伸长量△L= L2－L1与温度变化量△t= t2－t1及固体的长度L1成正比。即： △L=αL1△t (1)式中的比例系数α称为固体的线膨胀系数，由上式知： α=△L/Ll·1/△t (2)可以将α理解为当温度升高1℃时，固体增加的长度与原长度之比。多数金属的线膨 胀系数在(0.8—2.5)×10-5/℃之间。 线膨胀系数是与温度有关的物理量。当△t很小时，由（2）式测得的α称为固体在温度为t1时的微分线膨胀系数。当△t是一个不太大的变化区间时，我们近似认为α是不变的，由（2）式测得的α称为固体在t1—t2温度范围内的线膨胀系数。 由（2）式知，在L1已知的情况下，固体线膨胀系数的测量实际归结为温度变化量△t与相应的长度变化量△L的测量，由于α数值较小，在△t不大的情况下，△L也很小，因此准确地测量△L及t是保证测量成功的关键。 2、微小位移的测量及数字千分表 测量微小位移，以前用得最多的是机械百分表，它通过精密的齿条齿轮传动，将位移转化成指针的偏转，表盘最小刻度为0.01mm，加上估读，可读到0.001mm，这种百分表目前在机械加工行业仍广泛使用。 物理实验中常用光杠杆法测微小位移，它通过光学系统将微小位移量放大再加以观测。

热膨胀系数测定仪

线膨胀系数测定仪 适用范围：线膨胀系数测定仪用于检测固体无机、有机材料、聚合物、高分子材料、金属/非金属材料，橡胶,塑料、金属制品的的低温膨胀性能；通过HY4690线膨胀系数测定仪可完成试样线变量、线膨胀系数、体膨胀系数、急热膨胀、软化温度以及它们变化曲线。 执行标准： 《1》GB/T1036-2008《塑料线性膨胀系数的测定-石英膨胀计法》 《2》GB/T2572-2005《纤维增强塑料平均线膨胀系数试验方法》 仪器特点： 1.采用进口直线轴承传动，实现膨胀值无磨擦传递，传动精度及重复性极好； 2.升温速度电脑程序自动设置，控温精度0.1℃,配有精密制冷-加热系统。 3. 计算机自动计算膨胀系数、体膨胀系数、线膨胀量,急热膨胀 4. 自动计算补偿系数并自动补偿，也可人工修正（在线）。 5. 自动记录、存储、打印数椐，打印温度-膨胀系数曲线；温度间距自由设定，最小间距0.1-1℃ 6. 低温膨胀系数测定仪配有计算机接口，可与通用计算机相联，所有试验操作均计算机界面完成； 实验原理：本实验方法是将已测量原始长度的试样装入石英膨胀计中，然后将膨胀计先后插入不同温度的恒温浴内，在试样温度与恒温浴温度平衡，测量长度变化的仪器指示值稳定后，记录读数，由试样膨胀值和收缩值，即可计算试样的线膨胀系数。 技术参数： 仪器型号HY4690 温度范围0~200℃、-30~200℃、-40~200℃（可按 照客户要求定做） 控温精度±0.1℃ 膨胀值测量范围±5mm 膨胀值分辨率0.1~1um 自动校正量程 试样规格（2~15）×（2~15）×（20~150）mm； 园柱形或方形均可 系统测量误差±0.1-0.5% 电源电压220V±10﹪，0.5KW 外形尺寸550×550×1200mm 仪器重量 1.3 部件保证书 供应的部件和材料均已经过检验和测试以确保无缺陷和瑕疵，当其在制造的仪器上正确安装和操作时，他们将正常工作。部件(不包括消耗性部件如光源、光学元件、摩擦布等)的质保期为自发货期始6个月。 本保证书代替其它任何明示或暗示的担保。在任何情况下都有责任和义务为任何由于违反此保证条款而造成的特殊或间接损害负责。 责任仅限于对在船上和工厂交货过程中产生的任何有缺陷部件提供维修或换货。对由于滥用、使用不当、事故、变更、忽视、未经授权的维修或安装造成部件的损坏将不予保修。对

金属热膨胀系数测量

金属线热膨胀系数测定 一、实验目的 1、了解千分表膨胀仪的结构和原理。 2、掌握相变对金属热膨胀系数的影响。 二、实验原理 1、线热膨胀系数的确定 当温度由T 1到T 2，相应地长度由L 1变到L 2时，材料在该温区的平均热膨胀系数为： 212111 ()L L L T T L T L α-?= = -?? (1) 平均线性膨胀系数，表示温度升高1K 时物体长度的相对增大。 当ΔT →0时，真线性膨胀系数αT 为 (2) 膨胀系数的单位为K -1。固体材料αT 不是一个常数，通常随温度升高而加大。 2、金属正常热膨胀的来源 金属固体多以晶态存在，周期排列的原子都在围绕其平衡位置做简谐振动，随温度增加，振幅加大，动能随之增加。 3、影响热膨胀的主要因素 金属热膨胀系数主要与其化学成分、晶体结构和键强度等密切相关。 ① 键强度：键强度高，热膨胀系数低；金属熔点高，键强度高，热膨胀系数低。 d 1 d T T L T L α=?

② 晶体结构： a 结构紧密的晶体热膨胀系数都较大，而比较松散的非晶态的热膨胀系 数都较小。如多晶石英与无定形石英 。 b 非等轴晶系的晶体，各晶轴方向的膨胀系数不等，如石墨等层状结构 材料，层内联系紧密，而层间联系较松散，使得层间膨胀系数较小，而层内膨胀系数较大。 ③ 相变的影响 a 一级相变：如纯金属同素异构转变时，点阵结构重排时体积突变，伴随着金属比容突变，导致线膨胀系数发生不连续变化。 b 二级相变：发生二级相变时，体积没有变化，也没有伴随热量的吸收和释放，只是热容量、热膨胀系数等物理量发生变化。如有序-无序转变时，膨胀系数在相变温区仅出现拐折。金属与合金在接近居里温度发生磁性转变，其膨胀曲线会出现明显的膨胀峰。与正常曲线相比，它具有明显的反常现象，其中Ni 和Co 具有正膨胀峰，Fe 具有负膨胀峰。 图3 有序-无序转变膨胀曲线 ④ 合金成分和组织的影响 组成合金的溶质元素对合金热膨胀有明显影响： a 由简单金属与非铁磁性金属组成的单相均匀固溶体合金的线膨胀系数 图1 一级相变时α和ΔL 随T 的变化 图2 二级相变时α和ΔL 随T 的变化

材料的热膨胀系数

https://www.wendangku.net/doc/3810659873.html,/p-50731110.html 陶粒5.83 耐火粘土砖的热膨胀系数是多少呀？ (4.5-6)×10的负6次方/℃ 材料的热膨胀系数 Material 10-6 in./in.*/°F 10-5 in./in.*/°C High Low High Low 锌及其合金Zinc & its Alloysc 19.3 10.8 3.5 1.9 铅及其合金Lead & its Alloysc 16.3 14.4 2.9 2.6 镁合金Magnesium Alloysb 16 14 2.8 2.5 铝及其合金Aluminum & its Alloysc 13.7 11.7 2.5 2.1 锡及其合金Tin & its Alloysc 13 - 2.3 - 锡铝黄铜Tin & Aluminum Brassesc 11.8 10.3 2.1 1.8 黄铜或铅黄铜Plain & Leaded Brassesc 11.6 10 2.1 1.8 银Silverc 10.9 - 2 - 铬镍耐热钢Cr-Ni-Fe Superalloysd 10.5 9.2 1.9 1.7 Heat Resistant Alloys (cast)d 10.5 6.4 1.9 1.1 Nodular or Ductile Irons (cast)c 10.4 6.6 1.9 1.2 不锈钢Stainless Steels (cast)d 10.4 6.4 1.9 1.1 锡青铜Tin Bronzes (cast)c 10.3 10 1.8 1.8 奥氏体不锈钢Austenitic Stainless Steelsc 10.2 9 1.8 1.6 磷硅青铜Phosphor Silicon Bronzesc 10.2 9.6 1.8 1.7 铜Coppersc 9.8 - 1.8 - Nickel-Base Superalloysd 9.8 7.7 1.8 1.4 铝青铜Aluminum Bronzes (cast)c 9.5 9 1.7 1.6 Cobalt-Base Superalloysd 9.4 6.8 1.7 1.2 铍（青）铜Beryllium Copperc 9.3 - 1.7 - Cupro-Nickels & Nickel Silversc 9.5 9 1.7 1.6 镍及其合金Nickel & its Alloysd 9.2 6.8 1.7 1.2

固体线热膨胀系数测定讲义

固体线热膨胀系数的测定 物体因温度改变而发生的膨胀现象叫“热膨胀”。通常是指外压强不变的情况下，大多数物质在温度升高时，其体积增大，温度降低时体积缩小。也有少数物质在一定的温度范围内，温度升高时，其体积反而减小。在相同条件下，固体的膨胀比气体和液体小得多，直接测定固体的体积膨胀比较困难。但根据固体在温度升高时形状不变可以推知，一般而言，固体在各方向上膨胀规律相同。因此可以用固体在一个方向上的线膨胀规律来表征它的体膨胀。 [实验目的] ⒈ 了解FD-LEA 固体线热膨胀系数测定仪的基本结构和工作原理。 ⒉ 掌握使用千分表和温度控制仪的操作方法。 ⒊ 掌握测量固体线热膨胀系数的基本原理。 4．测量铁、铜、铝棒的线膨胀系数。 5. 学会用图解图示法处理实验数据。 [实验仪器] FD-LEA 固体线热膨胀系数测定仪（一套）（电加热箱、千分表、温控仪） [实验原理] 在一定温度范围内，原长为0l 的物体受热后伸长量l ?与其温度的增加量t ?近似成正比，与原长0l 也成正比。通常定义固体在温度每升高1℃时，在某一方向上的长度增量t l ??/与0℃（由于温度变化不大时长度增量非常小，实验中取室温）时同方向上的长度0l 之比，叫做固体的线热膨胀系数α，即t l l ???= 0α 实验证明：不同材料的线热膨胀系数是不同的。实验要求学生对配备的实验铁棒、铜棒、铝棒进行测量并计算其线热膨胀系数（每三个同学一组，分别测量一种金属）。 [仪器介绍] 本实验使用FD-LEA 固体线热膨胀系数测定仪进行测量，该仪器由电加热箱和温控仪两部分组成

(图1) 1、托架 2、隔热盘A 3、隔热顶尖 4、导热衬托A 5、加热器 6、导热均匀管 7、导向块 8、被测材料 9、隔热罩 10、温度传感器 11、导热衬托B 12、隔热棒 13、隔热盘B 14、固定架 15、千分表 16、支撑螺钉 17、坚固螺钉 1)当面板电源接通数字显示为FdHc 是表示生产公司产品的符号，随即自动转向A ××.×表示当时传感器温度，b= =.=表示等待设定温度。 2)按升温键，数字即由零逐渐增大至所需的设定值，最高可选80.0℃。 3)如果数字显示值高于所需要的温度值，可按降温键，直至所需要的设定值。 4)当数字设定值达到所需的值时，即可按确定键，开始对样品加热，同时指示灯亮，发光频闪与加热速率成正比。 5)确定键的另一用途可作选择键，可选择观察当时的温度值和先前设定值。 6)如果需要改变设定值可按复位键，重新设置。 [实验内容与要求] （一）、仪器的安装和调试 1、接通电加热器与温控仪输入输出接口和温度传感器的插头。 2、旋松千分表固定架螺栓，转动固定架至使被测样品(Ф8×400mm 金属棒)能插入紫铜管内，再插入隔热棒(不锈钢)用力压紧后转动固定架。 3、把安装千分表安装在固定架上，并且扭紧螺栓，不使千分表转动，在安装千分表时注意被测物体与千分表测量头保持在同一直线;再向前移动固定架，使千分表读数值在0.2—0.4mm 处，固定架给予固定。 以上仪器调节过程已完成，同学们了解即可。 （二）、数据测量 稍用力压一下千分表滑络端，使千分表测量头能与隔热棒有良好的接触，再转动千分表圆盘，使指针指向零。接通温控仪的电源,设定需加热的值，一般可分别设定温度为40.0℃、50.0℃、60.0℃、70.0℃，按确定键开始加热,同时记下显示的温度值，即为初始温度值。当温控仪的显示值上升到大于设定值，电脑将自动控制温度到设定值(正常情况下在±0.3℃左右波动三次以上后，可认为金属棒的温度达到了设定值)，分别记录每个温度对应的千分表读数1l 、2l 、3l 、4l .

线膨胀系数测定

金属线膨胀系数测量实验 (FB712型金属线膨胀系数测定仪) 绝大多数物质都具有“热胀冷缩”的特性，这是由于物体内部分子热运动加剧或减弱造成的。这个性质在工程结构的设计中，在机械和仪器的制造中，在材料的加工（如焊接）中，都应考虑到。否则，将影响结构的稳定性和仪表的精度。考虑失当，甚至会造成工程的损毁，仪器的失灵，以及加工焊接中的缺陷和失败等等。 【实验目的】 1．学习并掌握测量金属线膨胀系数的一种方法。 2．学会用千分表测量长度的微小增量。 【实验仪器】 FB712型金属线膨胀系数测量仪实验装置如图1、图2所示：

【实验原理】 材料的线膨胀是材料受热膨胀时，在一维方向的伸长。线胀系数是选用材料的一项重要指标。特别是研制新材料，少不了要对材料线胀系数做测定。 固体受热后其长度的增加称为线膨胀。经验表明，在一定的温度范围内，原长为L 的物体，受热后其伸长量L ?与其温度的增加量t ?近似成正比，与原长L 亦成正比，即： t L L ???α=? （1） 式中的比例系数α称为固体的线膨胀系数（简称线胀系数）。大量实验表明，不同材料的线胀系数不同，塑料的线胀系数最大，金属次之，殷钢、熔融石英的线胀系数很小。殷钢和石英的这一特性在精密测量仪器中有较多的应用。 几种材料的线胀系数 组织发生变化的温度附近，同时会出现线胀量的突变。另外还发现线膨胀系数与材料纯度有关，某些材料掺杂后，线膨胀系数变化很大。因此测定线胀系数也是了解材料特性的一种手段。但是，在温度变化不大的范围内，线胀系数仍可认为是一常量。 为测量线胀系数，我们将材料做成条状或杆状。由（1）式可知，测量出时杆长L 、受热后温度从1t 升高到2t 时的伸长量L ?和受热前后的温度升高量t ?(12t t t -=?)，则该材料在)t , t (21温度区域的线胀系数为： () t L L ???=α （2） 其物理意义是固体材料在()21t , t 温度区域内，温度每升高一度时材料的相对伸长量，其单位为()1 C -?。 测量线胀系数的主要问题是如何测伸长量L ?。我们先粗估算一下L ?的大小，若mm 250L =,温度变化C 100t t 12?≈-，金属的α数量级为()15C 10--??，估算mm 25.0t L L ≈???α=?。对于这么微小的伸长量，用普通量具如钢尺或游标卡尺是测不准的。可采用千分表（分度值为mm 001.0）、读数显微镜、光杠杆放大法、光学干涉法等方法。本实验就用千分表分度值为mm 001.0千分表测微小的线胀量。

固体热膨胀系数的测量实验报告

固体热膨胀系数的测量 班级： 姓名： 学号： 实验日期： 一、实验目的 测定金属棒的线胀系数，并学习一种测量微小长度的方法。 二、仪器及用具 热膨胀系数测定仪(尺读望远镜、米尺、固体线膨胀系数测定仪、铜棒、光杠杆、温度计等) 三、实验原理 1．材料的热膨胀系数 线膨胀是材料在受热膨胀时，在一维方向上的伸长。在一定的温度范围内，固体受热后，其长度都会增加，设物体原长为L ，由初温t1加热至末温t2，物体伸长了 △L,则有 ()12t t L L -=?α （1） （2） 此式表明，物体受热后其伸长量与温度的增加量成正比，和原长也成正比。比例系数称为固体的线胀系数。一般情况下，固体的体胀系数为其线胀系数的3倍。 2．线胀系数的测量 在式（1）中△L 是个极小的量，这样微小的长度变化，普通米尺、游标卡尺的精度是不够的，可采用千分尺、读数显微镜、光杠杆放大法、光学干涉法等。考虑到测量方便和测量精度，我们采用光杠杆法测量。光杠杆系统是由平面镜及底座，望远镜和米尺组成的。光杠杆放大原理如下图所示： ()12t t L L -?= α

当金属杆伸长△L 时，从望远镜中叉丝所对标尺刻度前后为b1、b2，这时有： 带入（2）式得固体线膨胀系数为： 四、实验步骤及操作 1.单击登陆进入实验大厅 2.选择热力学试验单击 3.双击固体热膨胀系数的测量进入实验界面 4.在实验界面单击右键选择“开始实验” 5.调节平面镜至竖直状态 6.进行望远镜调节，调节方位、聚焦、目镜是的标尺刻线清晰，调节中丝读数为0.0mm,并打开望远镜视野 7.单击铜棒测量长度，单击温度计显示铜棒温度，打开电源加热，记录每升高10度时标尺读数直至温度升高到90度止 l L D b b ?=-212()D l b b L 212-= ?()()k DL l t t DL b b l 221212=--= α

5材料热膨胀系数的测量

材料热膨胀系数的测量 一、实验目的 1、掌握PCY-3-1000型顶杆热膨胀仪的使用和软件操作； 2、使用热膨胀仪测量不同材料的线膨胀系数。 二．实验原理 材料线膨胀系数是物质的基本热物理参数之一，是表征材料性质的重要特征量。准确的测量材料线膨胀系数，对于基础科学研究、技术创新、工程应用都具有重要的意义。最近几年，世界各国对材料线膨胀系数的测量建立了大量的测试方法与装置，例如激光干涉膨胀仪、顶杆膨胀仪、衍射膨胀装置、显微膨胀装置和瞬态法等。通过比对，这些方法各有其优缺点，在实际生活生产中，我们根据不同的需要来选择不同的方法。本实验是用顶杆法测量材料的线膨胀系数。 线膨胀系数定义为物体在温度上升1℃时所增加的长度和原来长度之比，即： T l l ??=α 实验证明，不同材料的线膨胀系数是不同的，且同种材料在不同温度时的线膨胀系数也是不同的。通过实验测出物体伸长量?l 和温度增加量?T ，就可以算出线膨胀系数α。 PCY-3-1000型顶杆热膨胀仪的样品室示意图如下： 电炉升温后炉膛内的试样发生膨胀，顶在试样端部的测试杆产生与之等量的膨胀量（如果不计系统的热变形量），这一膨胀量由电感位移计精确测量出来，并由仪表显示且送计算机处理。因为仪器在实验升温的过程中，试样架、位移顶杆本身在温度作用下也会产生一定的位移，造成实验过程中的位移误差，因此需要考虑系统的补偿值。则膨胀系数为： T l k l t ?-?=α

补偿值k t应只是试样架及测试杆在相应温度下的综合膨胀值，所以应将试样在相应温度下的膨胀值，从测试数据中相应温度下的膨胀量中扣除后剩下的膨胀量即为仪器在相应温度下的补偿值k t。计算机和仪表显示的位移单位均为μm，计算机数据处理后显示的α值是通过自动系统补偿的计算结果。 三、实验内容和步骤 1、仪器上电 在仪器外部各线缆接好确认无误后，合上电源开关总闸，旋动仪器上的“电源开关”，此时仪器上电源指示灯点亮（红色指示灯），各仪表上电自检。仪表自检完成后温度控制表PV区会显示室温，SV区会显示跳动的“STOP”字样；而位移表PV区则会显示当前位移量，当试样架上没有放试样时，PV区可能会显示跳动的“ORAL”字样。 2、升温曲线程序编排设置 在温度控制表上，就进入了仪表升温曲线程序编排设置,仪表的PV区显示的是参数名，SV显示的是对应参数的参数值，此时通过 个参数的参数值后，再按面板上的可以跳到下一个参数。 例如，热膨胀系数测试时仪表升温曲线程序编排设置如下： 此处以从室温升温至300℃，然后恒温10分钟，对仪表升温曲线进行程序编排设置如表所示：

金属线膨胀系数的测量

第 1 页 共 9 页 金属线膨胀系数的测 量 (FB712型金属线膨胀系数测定仪) 绝大多数物质都具有“热胀冷缩”的特性，这是由于物体内部分子热运动加剧或减弱造成的。这个性质在工程结构的设计中，在机械和仪器的制造中，在材料的加工（如焊接）中，都应考虑到。否则，将影响结构的稳定性和仪表的精度。考虑失当，甚至会造成工程的损毁，仪器的失灵，以及加工焊接中的缺陷和失败等等。 【实验目的】 1．学习并掌握测量金属线膨胀系数的一种方法。 2．学会用千分表测量长度的微小增量。 【实验仪器】 FB712型金属线膨胀系数测量仪实验装置如图1、图2所示： nemo xatu 2011.11.21

第 2 页 共 9 页 【实验原理】 材料的线膨胀是材料受热膨胀时，在一维方向的伸长。线胀系数是选用材料的一项重要指标。特别是研制新材料，少不了要对材料线胀系数做测定。 固体受热后其长度的增加称为线膨胀。经验表明，在一定的温度范围内，原长为L 的物体，受热后其伸长量L Δ与其温度的增加量t Δ近似成正比，与原长L 亦成正比，即： t L L Δ??α=Δ （1） 式中的比例系数α称为固体的线膨胀系数（简称线胀系数） 。大量实验表明，不同材料的线胀系数不同，塑料的线胀系数最大，金属次之，殷钢、熔融石英的线胀系数很小。殷钢和石英的这一特性在精密测量仪器中有较多的应用。 几种材料的线胀系数 材 料 铜、铁、铝 普通玻璃、陶瓷殷 钢 熔凝石英 数量级 ()15C 10??°× ()16C 10??°× ()16C 102??°×< ()1 7C 10??°× 实验还发现，同一材料在不同温度区域，其线胀系数不一定相同。某些合金，在金相组织发生变化的温度附近，同时会出现线胀量的突变。另外还发现线膨胀系数与材料纯度有关，某些材料掺杂后，线膨胀系数变化很大。因此测定线胀系数也是了解材料特性的一种手段。但是，在温度变化不大的范围内，线胀系数仍可认为是一常量。 为测量线胀系数，我们将材料做成条状或杆状。由（1）式可知，测量出时杆长L 、受热后温度从1t 升高到2t 时的伸长量L Δ和受热前后的温度升高量t Δ(12t t t ?=Δ)，则

材料热膨胀系数的测定实验

材料热膨胀系数的测定 物体的体积或长度随着温度的升高而增大的现象称为热膨胀。热膨胀系数是材料的主要物理性质之一，它是衡量材料的热稳定性好坏的一个重要指标。 目前，测定材料线膨胀系数的方法很多，有示差法（或称“石英膨胀计法”）、双线法、光干涉法、重量温度计法等。在所有这些测试方法中，以示差法具有广泛的实用意义。国内外示差法所采用的测试仪器很多，有分立式膨胀仪和卧式膨胀仪两种。 一、实验目的 （1）了解测定材料的膨胀曲线对生产的指导意义； （2）掌握示热法测定热膨胀系数的原理和方法； （3）利用材料的热膨胀曲线，确定45钢的特征温度。 二、基本原理 对于一般的普通材料，通常所说膨胀系数是指线膨胀系数，其意义是温度升高1℃时单位长度上所增加的长度，单位为cm·cm-1·℃-1。 假设物体原来的长度为L0，温度升高后长度的增加量为△L，则： △L/ L0=α1△t 式中α1—线膨胀系数，也就是温度每升高1℃时，物体的相对伸长。 当物体的温度从T1上升到T2时，其体积也从V1变化为V2，则该物体在T1～T2的温度范围内，温度每上升一个单位，单位体积物体的平均增长量为： β=（V1-V2）/V1（T1-T2） 式中β—平均体膨胀系数。 从测试技术来说，测体膨胀系数较为复杂。因此，在讨论材料的热膨胀系数时，常常采用线膨胀系数 α=（L1-L2）/L1（T1-T2） 式中α—玻璃的平均线膨胀系数； L1—在温度为T1时试样的长度； L2—在温度为T2时试样的长度； α与β的关系：β=3α+3α2·△T2+α3·△T3 上式中的第二项和第三项非常小，在实际中一般略去不计，而取β≈3α 膨胀系数实际上并不是一个恒定的值，而是随着温度变化的，所以上述膨胀系数都是具有在一定温度范围△t内的平均值的概念，因此使用时要注意它适用的温度范围，一些材料的膨胀系数见下表。 一些材料的膨胀系数