Dilatometer - Dilatometer
Ein Dilatometer ist ein wissenschaftliches Instrument, das Volumenänderungen misst, die durch einen physikalischen oder chemischen Prozess verursacht werden. Eine bekannte Anwendung eines Dilatometers ist das Quecksilber-in-Glas-Thermometer , bei dem die Volumenänderung der Flüssigkeitssäule von einer abgestuften Skala abgelesen wird. Da Quecksilber über Umgebungstemperaturbereiche eine ziemlich konstante Expansionsrate aufweist, stehen die Volumenänderungen in direktem Zusammenhang mit der Temperatur.
Anwendungen
Dilatometer wurden bei der Herstellung von Metalllegierungen, der Untersuchung der Martensitumwandlung , komprimierten und gesinterten feuerfesten Verbindungen, Gläsern, Keramikprodukten, Verbundwerkstoffen und Kunststoffen verwendet.
Die Dilatometrie wird auch verwendet, um den Fortschritt chemischer Reaktionen zu überwachen, insbesondere solcher, die eine wesentliche Änderung des Molvolumens aufweisen (z. B. Polymerisation). Ein spezielles Beispiel ist die Rate der Phasenänderungen.
In der Lebensmittelwissenschaft werden Dilatometer verwendet, um den Festfettindex von Speiseölen und Butter zu messen .
Eine weitere häufige Anwendung eines Dilatometers ist die Messung der Wärmeausdehnung . Die Wärmeausdehnung ist ein wichtiger technischer Parameter und wird definiert als:
Typen
Es gibt eine Reihe von Dilatometertypen:
- Kapazitätsdilatometer besitzen einen Parallelplattenkondensator mit einer stationären Platte und einer beweglichen Platte. Wenn sich die Probenlänge ändert, bewegt sie die bewegliche Platte, wodurch sich der Spalt zwischen den Platten ändert. Die Kapazität ist umgekehrt proportional zur Lücke. Längenänderungen von 10 Pikometern können erkannt werden.
- Pleuel (Schubstange) Dilatometer , die Probe, die untersucht werden kann, befindet sich im Ofen. Eine Pleuelstange überträgt die Wärmeausdehnung auf einen Dehnungsmessstreifen , der die Verschiebung misst. Da das Messsystem (Pleuel) der gleichen Temperatur wie die Probe ausgesetzt ist und sich dadurch ebenfalls ausdehnt, erhält man einen relativen Wert, der anschließend umgerechnet werden muss. Passende Materialien mit geringer Ausdehnung und unterschiedliche Konstruktionen können verwendet werden, um den Einfluss der Pleuelausdehnung zu minimieren
- Hohe Auflösung - Laserdilatometer Mit einem Michelson Interferometer- Laserdilatometer ist höchste Auflösung und absolute Genauigkeit möglich. Die Auflösung reicht bis zu Pikometern. Darüber hinaus bietet das Prinzip der Interferenzmessung die Möglichkeit für viel höhere Genauigkeiten und ist eine absolute Messtechnik, bei der keine Kalibrierung erforderlich ist.
- Das optische Dilatometer ist ein Instrument, das Dimensionsschwankungen einer Probe misst, die auf Temperaturen erwärmt wird, die im Allgemeinen zwischen 25 und 1400 ° C liegen. Das optische Dilatometer ermöglicht die Überwachung der Ausdehnungen und Kontraktionen von Materialien unter Verwendung einer berührungslosen Methode: Die an eine Digitalkamera angeschlossene optische Gruppe erfasst die Bilder der expandierenden / kontrahierenden Probe als Funktion der Temperatur mit einer Auflösung von etwa ± 70 Mikrometern pro Pixel. Da das System das Erhitzen des Materials ermöglicht und seine Längs- / Vertikalbewegungen ohne Kontakt zwischen Instrument und Probe misst, ist es möglich, die duktilsten Materialien wie die Polymere sowie die zerbrechlichsten wie die inkohärenten zu analysieren Keramikpulver für den Sinterprozess .
Für einfachere Messungen in einem Temperaturbereich von 0 bis 100 ° C, in dem Wasser erwärmt wird und über die Probe fließt. Wenn lineare Ausdehnungskoeffizienten eines Metalls gemessen werden sollen, fließt heißes Wasser durch ein Rohr aus dem Metall. Das Rohr erwärmt sich auf die Wassertemperatur und die relative Ausdehnung kann in Abhängigkeit von der Wassertemperatur bestimmt werden.
Zur Messung der Volumenausdehnung von Flüssigkeiten nimmt man einen großen Glasbehälter, der mit Wasser gefüllt ist. In einem Ausdehnungsgefäß (Glasbehälter mit genauer Volumenskala) mit der Probenflüssigkeit. Wenn man das Wasser erwärmt, dehnt sich die Probenflüssigkeit aus und die Volumenänderungen werden abgelesen. Es muss jedoch auch die Erweiterung des Probenbehälters berücksichtigt werden.
Der Expansions- und Retraktionskoeffizient von Gasen kann nicht mit einem Dilatometer gemessen werden, da hier der Druck eine Rolle spielt. Für solche Messungen ist ein Gasthermometer besser geeignet.
Dilatometer enthalten häufig einen Mechanismus zur Temperaturregelung. Dies kann ein Ofen für Messungen bei erhöhten Temperaturen (Temperaturen bis 2000 ° C) oder ein Kryostat für Messungen bei Temperaturen unter Raumtemperatur sein. Metallurgische Anwendungen umfassen häufig ausgefeilte Temperaturkontrollen, mit denen präzise Temperatur-Zeit-Profile zum Erhitzen und Abschrecken der Probe angewendet werden können.