Dilatometer
En dilatometer är ett vetenskapligt instrument som mäter volymförändringar orsakade av en fysisk eller kemisk process. En välbekant tillämpning av en dilatometer är kvicksilver-i-glas-termometern , där förändringen i volymen av vätskekolonnen avläses från en graderad skala. Eftersom kvicksilver har en ganska konstant expansionshastighet över omgivningens temperaturområden, är volymförändringarna direkt relaterade till temperaturen.
Ansökningar
Dilatometrar har använts vid tillverkning av metallegeringar, studier av martensitomvandling , komprimerade och sintrade eldfasta föreningar, glas, keramiska produkter, kompositmaterial och plaster.
Dilatometri används också för att övervaka utvecklingen av kemiska reaktioner, särskilt de som uppvisar en betydande molär volymförändring (t.ex. polymerisation). Ett specifikt exempel är hastigheten för fasförändringar.
Inom livsmedelsvetenskap används dilatometrar för att mäta det fasta fettindexet för matoljor och smör.
En annan vanlig tillämpning av en dilatometer är mätning av termisk expansion . Termisk expansivitet är en viktig teknisk parameter och definieras som:
Typer
Det finns ett antal dilatometertyper:
- Kapacitansdilatometrar har en parallell plattkondensator med en stationär platta och en rörlig platta. När provlängden ändras flyttar den den rörliga plattan, vilket ändrar gapet mellan plattorna. Kapacitansen är omvänt proportionell mot gapet. Längdförändringar på 10 pikometre kan upptäckas.
- Vevstång (skjutstång) dilatometer , provet som kan undersökas finns i ugnen. En vevstake överför den termiska expansionen till en töjningsmätare , som mäter växlingen. Eftersom mätsystemet (vevstaken) utsätts för samma temperatur som provet och därigenom på samma sätt expanderar, får man ett relativt värde, som måste omvandlas i efterhand. Matchade lågexpansionsmaterial och differentialkonstruktioner kan användas för att minimera påverkan av vevstakens expansion
- Hög upplösning - Laserdilatometer Högsta upplösning och absolut noggrannhet är möjlig med en laserdilatometer av typen Michelson Interferometer. Upplösningen går upp till pikometrar. Dessutom ger principen för interferensmätning möjlighet till mycket högre noggrannhet och det är en absolut mätteknik utan behov av kalibrering. [ förtydligande behövs ]
- Optisk dilatometer är ett instrument som mäter dimensionsvariationer för ett prov som värmts vid temperaturer som vanligtvis sträcker sig från 25 till 1400 °C. Den optiska dilatometern gör det möjligt att övervaka materialens expansioner och kontraktioner genom att använda en beröringsfri metod: optisk grupp ansluten till en digitalkamera fångar bilderna av det expanderande/sammandragande provet som funktion av temperaturen med en upplösning på cirka ±70 mikrometer per pixel. Eftersom systemet tillåter att värma upp materialet och mäter dess longitudinella/vertikala rörelser utan någon kontakt mellan instrument och prov, är det möjligt att analysera de mest sega materialen, såsom polymererna, såväl som de mest ömtåliga, såsom de osammanhängande materialen . keramiska pulver för sintringsprocess .
För enklare mätningar i ett temperaturområde från 0 till 100 °C, där vatten värms upp och rinner eller över provet. Om linjära expansionskoefficienter för en metall ska mätas kommer varmvatten att rinna genom ett rör gjort av metallen. Röret värms upp till vattnets temperatur och den relativa expansionen kan bestämmas som en funktion av vattentemperaturen.
För att mäta den volymetriska expansionen av vätskor tar man en stor glasbehållare fylld med vatten. I en expansionstank (glasbehållare med exakt volymskala) med provvätskan. Om man värmer upp vattnet expanderar provvätskan och volymförändringarna avläses. Dock måste även provbehållarens expansion beaktas.
Gasers expansions- och retraktionskoefficient kan inte mätas med dilatometer, eftersom trycket spelar en roll här. För sådana mätningar är en gastermometer mer lämplig.
Dilatometrar inkluderar ofta en mekanism för att kontrollera temperaturen. Detta kan vara en ugn för mätningar vid förhöjda temperaturer (temperaturer till 2000 °C), eller en kryostat för mätningar vid temperaturer under rumstemperatur. Metallurgiska applikationer involverar ofta sofistikerade temperaturkontroller som kan tillämpa exakta temperatur-tidsprofiler för uppvärmning och släckning av provet.