Dilatometri

Dilatometri [1] ( latinasta  dilato - laajentaa ja kreikan μετρέω - mittaa) - mittalaite, joka on suunniteltu mittaamaan kehon mittojen muutoksia, jotka aiheutuvat lämmön ulkoisesta vaikutuksesta ( lämmönvaihdon kautta ) , paineesta , sähkö- ja magneettikentistä, ionisoivasta säteilystä tai mistä tahansa tai muita tekijöitä. Dilatometrin tärkein ominaisuus on sen herkkyys kehon mittojen absoluuttiselle muutokselle [2] .

Yksi tämän laitteen yleisimmistä tyypeistä on lämpödilatometri, jota käytetään mittaamaan näytteen lineaarista tai tilavuudellista lämpölaajenemista lämpötilasta riippuen (katso kuva). Lämpölaajeneminen on mitta siitä, kuinka kehon tilavuus muuttuu lämpötilan mukaan.

On olemassa optis-mekaanisia, kapasitiivisia , induktio- , häiriö- , röntgen- ja radioresonanssidilatometreja [2] .

Fysiikan haaraa, joka tutkii tällaisia ​​prosesseja, kutsutaan dilatometriaksi [3] .

Dilatometrien tyypit

Dilatometrit nesteiden ja kaasujen paisumisen mittaamiseen

Nestemäisistä ja kaasumaisista aineista tutkitaan vain niiden tilavuuslaajeneminen.

Nesteiden lämpölaajenemiskertoimen mittaamiseen lämmityksen tai jäähdytyksen aikana käytetään ohutseinäistä astiaa, yleensä lasista tai kvartsilasista valmistettua sylinteriä , jonka tilavuus on useita kymmeniä cm 3 , jossa on kapillaariputki , joka on tämän aluksen kaulaan. Putki on varustettu asteikolla, jonka jaot osoittavat nesteen tilavuuden suhteellista muutosta. Asteikon asteiko tilavuuden suhteellisen muutoksen mukaan suoritetaan laskennallisesti, jos kapillaarin poikkileikkauspinta-ala ja suonen tilavuus tunnetaan, tai kokeellisesti, kun tässä laitteessa havaitaan hyvin tutkittu neste tästä näkökulmasta ( kalibrointi ). Kokeissa otetaan välttämättä huomioon astian tilavuuden muutos, joka johtuu sen omasta, astian materiaalin lineaarisesta laajenemisesta. Tämä tehdään joko empiirisesti tarkkailemalla hyvin tutkitun nesteen laajenemista tai laskennallisesti, jos astiamateriaalin lineaarilaajenemiskertoimen muutos tunnetaan hyvin käyttölämpötila-alueella.

Menetelmän mittaustarkkuus ja herkkyys kasvavat tutkittavan nesteen ja astian materiaalin tilavuuslaajenemiskertoimien suhteen kasvaessa. Jos ne ovat yhtä suuret, tästä menetelmästä tulee käyttökelvoton.

Mittausten aikana astia ja osa kapillaarista täytetään kokonaan testi- tai kalibrointinesteellä siten, että nesteen meniskki kapillaarissa on asteikolla. Muuta sitten astian lämpötilaa ja mittaa nesteen meniskin siirtymä kapillaariputken asteikolla. Tunnetusta lämpötilan muutoksesta ja meniskisiirtymästä lasketaan nesteen lämpölaajenemiskertoimen arvo lämpötiloissa, joille laite altistui havaintojen aikana.

Yleensä tällainen dilatometri sijoitetaan termostaattiin , jossa on säädelty termostaattilämpötila. Lämpötilan mittaamiseen dilatometrin välittömässä läheisyydessä (tai sen kanssa kosketuksessa) on lämpömittari [4] .

Tämän menetelmän yleinen sovellus on lämpötilan mittaaminen elohopea- tai alkoholilämpömittarilla nestepatsaan meniskin siirtymisestä asteittain. Koska elohopealla ja alkoholilla on melko vakiot ja hyvin tutkitut laajenemiskertoimet laajalla lämpötila-alueella, nämä siirtymät kuvaavat suoraan lämpötilaa.

Dilatometrit lineaarilaajenemiskertoimien mittaamiseen

Lähes kaikki tällaiset dilatometrit perustuvat pienten ja erittäin pienten siirtymien mittaamiseen, jotka aiheutuvat tutkittavan näytteen lineaaristen mittojen muutoksesta suhteessa laitteen osiin. Siksi käytännössä kaikki menetelmät pienten siirtymien mittaamiseksi soveltuvat käytettäväksi tällaisissa laitteissa.

Historiallisesti ensimmäiset instrumentit olivat vipudilatometrejä, joissa pieni näytteen koon muutos vipujärjestelmän kautta aiheutti asteikolla varustetun osoittimen siirtymän huomattavasti. Näiden instrumenttien rajoittava herkkyys ei ylittänyt muutamaa mikronia.

Nykyaikana käytetään erilaisia ​​menetelmiä pienten koon muutosten mittaamiseen:

• optinen:
  • nämä ovat ennen kaikkea interferenssimenetelmiä, siirtymä kirjataan häiriökuvion häiriöreunojen siirtymällä, kun taas herkkyys nm:n yksikkötasolla on saavutettavissa (Linnik-interferometri);
  • varjo, joka perustuu muutokseen terävästi fokusoidussa läpäisevässä valovuossa, jonka läpinäkymätön esine estää ( Foucault-veitsi ), resoluutioraja on kymmeniä nm;
• radiotekniikka:
  • kapasitiivinen , jossa siirtymä aiheuttaa muutoksen kondensaattorin kapasitanssissa , joka puolestaan ​​määräytyy joko suoralla kapasitanssin muutoksella sillan avulla tai määrittämällä värähtelytaajuuden siirtymä piirissä , jossa mittauskondensaattori toimii kapasitanssina, rajaherkkyys on alle 1 nm;
  • induktiivinen , - siirtymät aiheuttavat muutoksen mittakelan induktanssissa tai keskinäisessä induktanssissa , induktanssin muutokset kirjataan vastaavilla kapasitiivisilla menetelmillä, rajaherkkyys on alle 1 nm;
  • Mikroaaltomenetelmät , siirtymät aiheuttavat muutoksen itseoskillaattorin mikroaaltoresonaattorin geometrisissa mitoissa , mikä muuttaa generointitaajuutta, on saavutettu resoluutio pm-tasolla;
• Röntgendiffraktiota , joka perustuu kidehilavakioiden suoraan mittaamiseen röntgendiffraktiolla , käytetään tutkimuksessa silloin, kun muut menetelmät eivät sovellu, esimerkiksi erittäin korkeissa näytelämpötiloissa tai kun näytettä ei ole mahdollista sijoittaa näytteen sisään . Esimerkiksi näyte on ontelon sisällä. Rajoitusresoluutio mikroniyksiköiden tasolla.

Dilatometrien herkkyyden lisäämiseksi pienikokoiset mittarit yhdistetään usein klassiseen vipujärjestelmään (tämä ei päde esimerkiksi röntgendiffraktiodilatometreihin), on olemassa moderneja dilatometrejä, joissa vipujärjestelmän kautta mitattu siirtymä aiheuttaa kallistuksen. peilistä tai useista peileistä, joka havaitaan lähdekuvan valon siirtymisestä optisella menetelmällä ( teleskooppi ).

Marchetin dilatometri maaperän kenttätutkimuksiin

Marchetin litteä dilatometri [5] [6] on kenttätutkimuksen työkalu. Sitä käytetään tällä hetkellä lähes kaikissa teollisuusmaissa. Tämän laitteen testausmenettelyt sisältyvät American Society for Testing and Materials (ASTM) -standardeihin ja eurokoodeihin. Marchetti-dilatometri oli International Society for Soil Mechanics and Geotechnics (ISSMGE) TC16 teknisen komitean yksityiskohtaisen monografian aiheena. Kansainvälinen standardointijärjestö (ISO) ja Euroopan standardointikomitea (CEN) valmistelevat parhaillaan testausstandardia tälle instrumentille.

Muistiinpanot

1. ↑ Small Soviet Encyclopedia , osa 3, s. 542
2. ↑ 1 2 Dilatometer - artikkeli Great Soviet Encyclopediasta . 
3. ↑ Suuri venäläinen tietosanakirja  : [35 nidettä]  / ch. toim. Yu. S. Osipov . - M .  : Suuri venäläinen tietosanakirja, 2004-2017.
4. ↑ Dilatometer // Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron  : 86 nidettä (82 osaa ja 4 lisäosaa). - Pietari. , 1890-1907.
5. ↑ Marchetti S. In situ -testit litteällä dilatometrillä // Journal of the Geotechnical Engineering Division (GED). - ASCE, 1980. - Voi. 106, nro GT3. - s. 299-321.
6. ↑ Marchetti S. Tasaiset ja seismiset Marchetin dilatometrit  maaperän in situ -tutkimuksiin. – 2014.

Kirjallisuus

• Vitovsky BV, Lemmlein GG Yksinkertainen dilatometri: kvartsin tilavuuden mittaaminen // Neuvostoliiton tiedeakatemian kristallografian laboratorion julkaisut. - 1940. - Numero. 2. - S. 194-196.
• Petrushevsky F.F. Dilatometer // Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron  : 86 osassa (82 osaa ja 4 lisäosaa). - Pietari. , 1890-1907.
• Strelkov P. G., Kosourov G. I., Samoilov B. N. Dilatometri pienikokoisille näytteille Izvestiya AN SSSR. Ser. fyysistä. - 1953. - T. 17, nro 3. - S. 383.
• Strelkov P. G., Novikova S. I. Kvartsidilatometri matalille lämpötiloille // Instruments and Experimental Technique. - 1957. - nro 5. - s. 105.

Sanakirjat ja tietosanakirjat	Suuri katalaani Hienoa norjalaista Brockhaus ja Efron