1 前言
對于研究金屬及其合金而言,高溫下材料的平均線膨脹系數(shù)是一個重要的物理參數(shù)。本文就日本真空理工株式會社制造的ｄｌ-1500熱膨脹儀的測量結(jié)果的系統(tǒng)偏差進行了研究。分別使用該會社提供的ｐｔ和ａｌ2ｏ3標準樣品進行測試,通過對測試數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn),正確選用計算方式和參照標樣是降低平均線膨脹系數(shù)測量結(jié)果系統(tǒng)偏差的有效途徑。
2 計算公式
為消除ｄｌ-1500熱膨脹儀的系統(tǒng)偏差,日本真空理工株式會社*了下列平均線膨脹系數(shù)計算公式:ａｓ[1]式中:
ａｓ———被測試樣平均線膨脹系數(shù),℃-1;
ａｒ———參照標樣平均線膨脹系數(shù),℃-1;
ｔ———測試溫度,℃-1;
ｔ0———基準溫度,℃-1;
ｌ0ｓ———被測試樣的原始長度,ｍｍ;
ｌ0ｒ———參照標樣原始長度,1498ｍｍ[2];
δｌｓ———被測試樣在ｔ0至ｔ的伸長量,μｍ;
δｌｒ———參照標樣在ｔ0至ｔ的伸長量,μｍ。
假定該機對于不同樣品在一定溫度間隔（ｔ-ｔ0）內(nèi)的系統(tǒng)偏差相同,經(jīng)嚴格推導后可得出新的平均線膨脹系數(shù)計算公式:
ａｂ=（2）
式中ａｂ為用新公式計算出的被測試樣平均線膨脹系數(shù),其他符號意義與式（1）相同。
3 測試數(shù)據(jù)
表1、表2為日本專家測量所得數(shù)據(jù),表3、表4為我單位測量得到的數(shù)據(jù)。對于同一實驗數(shù)據(jù),采用公式（1）和公式（2）分別進行計算,得到表1、表2、表3和表4的實驗結(jié)果（即ａｓ、ａｂ）。
將計算出的被測試樣平均線膨脹系數(shù)與參照標樣的平均線膨脹系數(shù)進行比較,利用相對誤差計算公式:被測試樣平均線膨脹系數(shù)-參照標樣平均線膨脹系數(shù)參照標樣平均線膨脹系數(shù)×100%分別計算出其相對誤差,并作圖,可得到圖1、圖2、圖3和圖4?！?br>將ｐｔ和ａｌ2ｏ3互為參照標樣進行測試,同樣計算出其平均線膨脹系數(shù)和相對誤差,結(jié)果可用圖5表示。
4 結(jié)果分析
（1）將測量結(jié)果的相對誤差進行研究比較,由圖1、圖2、圖3、圖4可發(fā)現(xiàn),選用公式（2）計算得出的平均線膨脹系數(shù)的相對誤差比選用公式（1）小。
（2）公式（1）要求被測試樣長度尺寸范圍為14.8±0.2ｍｍ,而被測試樣因加工等各種原因的影響,常常會偏離這個范圍,如我單位的兩個被測試樣,其原始長度實測值分別為15.6ｍｍ和13.9ｍｍ,但由圖3、圖4可看出,當用公式（2）計算時,其相對誤差比選用公式（1）明顯小。
（3）如圖5所示,當選取平均線膨脹系數(shù)較小的ａｌ2ｏ3為參照標樣,測量金屬ｐｔ在200-1100℃的平均線膨脹系數(shù)時,測量結(jié)果的相對誤差較小;反之,測量結(jié)果的相對誤差則較大。這種趨勢低溫時測量結(jié)果尤為明顯,如:200℃時,ｐｔ的平均線膨脹系數(shù)的相對誤差為5%,而ａｌ2ｏ3為9%。由此可以分析得出:選取與被測試樣平均線膨脹系數(shù)一致或相差較小的參照標樣,能有效降低測量結(jié)果的系統(tǒng)偏差,提高測量精度。因此,一般金屬材料宜選取標準樣品ｐｔ作參照標樣;陶瓷材料、硬質(zhì)合金等平均線膨脹系數(shù)較小的材料,宜選用標準樣品ａｌ2ｏ3作參照標樣。
5 結(jié)論
通過以上三方面的分析,可以得到以下結(jié)論:
（1）采用公式（2）計算,不僅可以有效地降低平均線膨脹系數(shù)測量結(jié)果的系統(tǒng)偏差,還能拓寬樣品長度尺寸范圍,方便客戶加工樣品,提高儀器使用率。
（2）選取與被測試樣平均線膨脹系數(shù)一致或相差較小的標準樣品和參照標樣,是降低測量結(jié)果系統(tǒng)偏差的有效辦法。
參考文獻
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