Dilatométer

Dilatométer [1] (a latin  dilato - expand és görögül μετρέω - mérés) - olyan mérőeszköz, amelyet a testméretekben a külső hőhatás ( hőcserén keresztül ), nyomás , elektromos és mágneses mezők, ionizáló sugárzás vagy bármilyen más hatás által okozott változások mérésére terveztek. vagy egyéb tényezők. A dilatométer legfontosabb jellemzője a test méreteinek abszolút változására való érzékenysége [2] .

Ennek az eszköznek az egyik legelterjedtebb típusa a termikus dilatométer, amellyel a minta hőmérséklettől függően lineáris vagy térfogati hőtágulása mérhető (lásd a fotót). A hőtágulás annak mértéke, hogy a test térfogata hogyan változik a hőmérséklettel.

Léteznek optikai-mechanikus, kapacitív , indukciós , interferencia , röntgen , radiorezonáns dilatométerek [2] .

A fizika azon ágát, amely az ilyen folyamatokat vizsgálja, dilatometriának nevezik [3] .

A dilatométerek típusai

Dilatométerek folyadékok és gázok tágulásának mérésére

Folyékony és gáz halmazállapotú anyagoknál csak azok térfogat-tágulását vizsgáljuk.

A folyadékok fűtési vagy hűtési hőtágulási együtthatójának térfogati együtthatójának mérésére vékony falú edényt használnak, általában üvegből vagy kvarcüvegből készült , több tíz cm 3 térfogatú hengert , kapilláriscsővel , amely ennek az edénynek a nyakát. A cső skálával van ellátva, melynek osztásai a folyadék térfogatának relatív változását mutatják. A skála relatív térfogatváltozás szerinti beosztását számítással végezzük, ha ismert a kapilláris keresztmetszete és az edény térfogata, vagy kísérletileg, ha megfigyeljük a tágulást ebben a készülékben. ebből a szempontból jól tanulmányozott folyadék ( kalibráció ). A kísérletek szükségszerűen figyelembe veszik az edény térfogatának változását, amelyet az edény anyagának saját lineáris tágulása okoz. Ezt vagy empirikusan, jól tanulmányozott folyadék tágulásának megfigyelésével, vagy számítással végezzük, ha az edény anyagának lineáris tágulási együtthatójának változása az üzemi hőmérsékleti tartományban jól ismert.

A módszer mérési pontossága és érzékenysége a vizsgált folyadék és az edény anyagának térfogattágulási együtthatóinak arányának növekedésével nő. Ha egyenlőek, ez a módszer használhatatlanná válik.

A mérések során az edényt és a kapilláris egy részét teljesen megtöltik a vizsgáló vagy kalibráló folyadékkal úgy, hogy a kapillárisban lévő folyadék meniszkusza a beosztási skálán belül legyen. Ezután változtassa meg az edény hőmérsékletét, és mérje meg a folyadék meniszkuszának elmozdulását a kapilláriscső skáláján. Az ismert hőmérsékletváltozásból és meniszkusz-eltolódásból kiszámítják a folyadék hőtágulási együtthatójának értékét azokon a hőmérsékleteken, amelyeknek az eszközt a megfigyelések során kiszolgáltatták.

Általában az ilyen dilatométert szabályozott termosztát hőmérsékletű termosztátba helyezik. A hőmérséklet mérésére a dilatométer közvetlen közelében (vagy azzal érintkezve) egy hőmérő [4] .

Ennek az eljárásnak egy gyakori alkalmazása, hogy a hőmérsékletet higany- vagy alkoholhőmérővel mérik egy folyadékoszlop meniszkuszának elmozdulásából, fokozatos skálán. Mivel a higany és az alkohol meglehetősen állandó és jól tanulmányozott tágulási együtthatóval rendelkezik széles hőmérséklet-tartományban, ezek az eltolódások közvetlenül jellemzik a hőmérsékletet.

Dilatométerek a lineáris tágulási együtthatók mérésére

Szinte minden ilyen dilatométer a vizsgált minta eszközrészeihez viszonyított lineáris dimenzióinak változása által okozott kis és ultrakis elmozdulások mérésén alapul. Ezért gyakorlatilag bármilyen kis elmozdulás mérési módszer alkalmas az ilyen eszközökben való használatra.

Történelmileg az első műszerek a karos dilatométerek voltak, amelyekben a minta méretének kismértékű változása karrendszeren keresztül a skálával felszerelt mutató nagymértékben megnövekedett elmozdulását okozta. Ezen műszerek korlátozó érzékenysége nem haladta meg a néhány mikront.

A modern időkben különféle módszereket alkalmaznak a méretek kis változásainak mérésére:

• optikai:
  • ezek mindenekelőtt interferencia módszerek, az eltolódást az interferencia mintázatban lévő interferencia peremek eltolódása rögzíti, míg az érzékenység nm-es mértékegységben érhető el (Linnik interferométer);
  • árnyék, egy átlátszatlan tárgy által blokkolt élesen fókuszált áteresztett fényáram változásán alapul ( Foucault kés ), a felbontási határ több tíz nm;
• rádiótechnika:
  • kapacitív , amelyben az elmozdulás változást okoz a kondenzátor kapacitásában , amit viszont vagy a kapacitás közvetlen változása híd segítségével , vagy az áramkörben az oszcillációs frekvencia elmozdulásának meghatározása határoz meg , ahol a mérőkondenzátor szolgál kapacitásként, a határérzékenység kisebb, mint 1 nm;
  • induktív , - az elmozdulások a mérőtekercs induktivitásának vagy kölcsönös induktivitásának változását okozzák, az induktivitás változásait hasonló kapacitív módszerekkel rögzítjük, a határérzékenység 1 nm-nél kisebb;
  • Mikrohullámú módszerek, elmozdulások változást okoznak az önoszcillátor mikrohullámú rezonátor geometriai méreteiben , ami megváltoztatja a generálási frekvenciát, pm szintű felbontást sikerült elérni;
• A röntgendiffrakciót , amely a kristályrács - állandók közvetlen röntgendiffrakciós mérésén alapul , olyan esetekben használják a kutatásban, amikor más módszerek nem alkalmazhatók, például nagyon magas minta-hőmérsékleten, vagy ha a minta nem helyezhető el a minta belsejében. például a minta az üregben van. A felbontás korlátozása mikron egységekben.

A dilatométerek érzékenységének növelésére a kis elmozdulásmérőket gyakran kombinálják klasszikus emelős rendszerrel (ez nem vonatkozik a röntgendiffrakciós dilatométerekre), vannak például modern dilatométerek, ahol a karrendszeren keresztül mért elmozdulás dőlést okoz. a tükör vagy több tükör, amelyet a forrás képfény elmozdulásából optikai módszerrel ( teleszkóp ) figyelünk meg.

Marchetti dilatométere talajok terepi vizsgálatához

Marchetti lapos dilatométere [5] [6] a terepkutatás eszköze. Jelenleg szinte minden ipari országban használják. Ennek a műszernek a vizsgálati eljárásait az American Society for Testing and Materials (ASTM) szabványai és az Eurocode-ok tartalmazzák. A Marchetti dilatométerről részletes monográfiát készített a Nemzetközi Talajmechanikai és Geotechnikai Társaság (ISSMGE) TC16 műszaki bizottsága. A Nemzetközi Szabványügyi Szervezet (ISO) és az Európai Szabványügyi Bizottság (CEN) jelenleg egy tesztszabványon dolgozik ehhez a műszerhez.

Jegyzetek

1. ↑ Small Soviet Encyclopedia , 3. kötet, 542. o
2. ↑ 1 2 Dilatometer - cikk a Great Soviet Encyclopedia- ból . 
3. ↑ Nagy Orosz Enciklopédia  : [35 kötetben]  / ch. szerk. Yu. S. Osipov . - M .  : Nagy orosz enciklopédia, 2004-2017.
4. ↑ Dilatométer // Brockhaus és Efron enciklopédikus szótára  : 86 kötetben (82 kötet és további 4 kötet). - Szentpétervár. , 1890-1907.
5. ↑ Marchetti S. In situ tesztek lapos dilatométerrel // Journal of the Geotechnical Engineering Division (GED). - ASCE, 1980. - 1. évf. 106, GT3 sz. - P. 299-321.
6. ↑ Marchetti S. A lapos és szeizmikus Marchetti- dilatométerek  in situ talajvizsgálatokhoz. — 2014.

Irodalom

• Vitovsky BV, Lemmlein GG Egy egyszerű dilatométer: a kvarc térfogatának mérése // Proceedings of the Laboratory of the Crystalography of the Academy of Sciences of the USSR. - 1940. - Kiadás. 2. - S. 194-196.
• Petrusevszkij F.F. Dilatométer // Brockhaus és Efron enciklopédikus szótára  : 86 kötetben (82 kötet és további 4 kötet). - Szentpétervár. , 1890-1907.
• Strelkov P. G., Kosourov G. I., Samoilov B. N. Dilatométer kis méretű mintákhoz Izvestiya AN SSSR. Ser. fizikai. - 1953. - T. 17., 3. sz. - S. 383.
• Strelkov P. G., Novikova S. I. Kvarc dilatométer alacsony hőmérsékletekhez // Műszerek és kísérleti technika. - 1957. - 5. sz. - S. 105.

Szótárak és enciklopédiák	Nagy katalán Nagy norvég Brockhaus és Efron