WikiDer > Оптический дилатометр
An оптический дилатометр бесконтактное устройство, способное измерять тепловые расширения или же спекание кинетика любого типа материалов, в отличие от традиционного дилатометра с толкающим стержнем, может подталкивать до дилатометрического размягчения образца. Это устройство для измерения изменений размеров образца, оптически, достигнутое разрешение может привести к более высоким значениям, чем у обычного дилатометра с толкателем. А монохромный источник света, такой как лазер, освещает образец. Часть света отражается образцом и мешает входящему свету, создавая оптические интерференционные полосы. По мере того, как образец сжимается или расширяется, происходит пропорциональное движение интерференционных полос, которое можно измерить с помощью системы камер. Разрешение измерения определяется длина волны света, и обычно составляет 0,5мкм для синего света. Оптические дилатометры используются для измерения тепловое расширение.
Оптический дилатометр фактически является дополнением к традиционному толкателю с более высоким разрешением. дилатометр когда дело доходит до измерения изменений размеров материалов в зависимости от температуры, и никакого контакта между образцом и инструментом не требуется.
Структура и виды
В самых последних типах оптических дилатометров используется система прямого луча, чтобы избежать проблем, связанных с контактом, путем измерения изображения, которое образец проецирует на датчик изображений, при облучении свет луч. Используя один луч свет с коротким длина волны и очень высокий разрешающая способность датчик изображений можно добиться хороших разрешений, хотя и не сопоставимых с разрешениями стандартных дилатометров. Например, используя синий свет с длина волны ниже 1500 микрометров, можно получить изображения с фактическим разрешающая способность около 1500 микрометров на пиксель камеры (не интерполированное разрешение, а фактическое разрешение). Используя два свет лучей, которые освещают две небольшие части материала на концах образца, установленных перпендикулярно направлению лучей, тогда можно достичь абсолютного измерение продольного изменения при термообработке образца.
В настоящее время используются два основных типа оптических дилатометров:
- Горизонтальный оптический дилатометр: стержень-образец укладывается горизонтально на держатель образца, и во время термической обработки в печи он может полностью свободно расширяться и сжиматься. Смещение держателя образца не влияет на результат измерение потому что оптическая система отслеживает горизонтальные движения небольших участков образца на его концах.
- Вертикальный оптический дилатометр: стержень-образец устанавливается вертикально на держателе образца (тонкая пластина из оксида алюминия), и пока одна камера «наблюдает» за вершиной пластины, другая следит за вертикальными смещениями верхней кромки образца. Эта система до сих пор использовалась для определения характеристических температур (фазовые переходы, максимальная скорость спекания, набухание и т. Д.) Керамических материалов. Фактически, фазовые переходы всегда связаны с изменением размеров материала: спекание сопровождается высокими усадками, связанными с уменьшением пористости -припухлость обычно появляется при высоких температурах. После спекание происходит и вязкость состава керамики сильно уменьшается, и захваченный газ может свободно выходить.
История
Первый оптический дилатометр был изобретен Аббат и Физо во второй половине 19 века. Эта конструкция имеет отраженный луч монохроматического свет и измерение смещения осуществляется путем подсчета интерференционные полосы между прямым и отраженным лучом. После Аббат изобретения, многие улучшения были внесены в оригинальный дизайн, и сейчас на рынке доступно множество моделей, в которых используются современные оптика и конструкции.
За последние пять десятилетий возрос интерес к использованию термомеханических технологий для характеристики материалов в различных областях науки и техники. В частности, использование оптических методов играет важную роль в области керамика и использовались для измерения коэффициент температурного расширения тел и глазури чтобы обеспечить оптимальное соответствие их термомеханических характеристик.
Приложения и области исследований
Чтобы измерить тепловое расширение до высоких температур, испытываемый материал должен быть установлен на держателе образца внутри печи, который имеет собственное тепловое расширение. Для достижения хорошей точности необходимо измерить расширение держателя образца и вычесть его из фактического расширения образца. Лучшим подходом является разделение лазерного луча на два луча света, которые отражаются от верхнего края образца и от верхнего края держателя образца, или от обоих продольных краев образца. При обнаружении продольных отклонений на обоих концах образца достигаемое измерение является абсолютным и не требует дополнительных корректировок. Это наиболее точный способ измерения теплового расширения, который может достигать нанометрического разрешения. Это тип инструмента, который используют поставщики сертифицированных стандартных материалов. Например, Национальный институт стандартов и технологий использует двухлучевой интерферометр Физо для сертификации тепловое расширение от их сертифицированные справочные материалы. Этот метод оказался очень точным с разрешением в доли длины волны падающего света, но он ограничен отражательная способность поверхности образца. Если образец не является отражающим или становится неотражающим во время испытания, тогда необходимо использовать зеркало, которое устанавливается в контакте с образцом с помощью огнеупорный толкатель. При этом такой метод теряет преимущество бесконтактности и становится практически аналогичным электронному. дилатометр.
Оптические дилатометры используются наряду с традиционными дилатометрами в керамике для неразрушающего контроля поведения образца во время термической обработки. Оптические дилатометры используются для термический анализ различных типов материалов, например, несвязных материалов (расширение и сжатие несвязных гранул фритта, применительно, например, к необработанным плитка) и полимеры (поведение над температура стеклования, где поверхностное натяжение начинает вытягивать края и усаживать образец), а также для анализа различных процессов производства материалов, например, спекание кинетика, тепловое расширение и спекание поведение тонких глазурь слой или полимер тонкие пленки.