جدول المحتويات
مقياس التمدد هو جهاز قياس لتسجيل التمدد الحراري لعينة من المواد. تُستخدم نتائج القياس لحساب
معامل التمدد الحراري
(CTE = معامل التمدد الحراري) يتم حسابه من نتائج القياس. يشير هذا المعامل المادي إلى التغير النسبي في طول العينة مع تغير درجة الحرارة لكل كلفن بوحدة القياس [1/كلفن].
وبالتالي فإن قيم معامل التمدد الحراري CTE تعتمد على درجة الحرارة وتكون في نطاق بضعة أجزاء من المليون لكل كلفن للمواد الصلبة. وتكون التغييرات المطلقة المتوقعة في طول العينات صغيرة في المقابل. لذلك يلزم وجود جهاز قياس دقيق للغاية للحصول على نتائج موثوقة.
أنواع أجهزة قياس التمدد
وتحدد طبيعة العينة ونطاق درجة الحرارة المراد تحليلها المتطلبات التي يجب أن يستوفيها حامل العينة. يعد مقياس التمدد الدفعي مناسبًا جدًا للمواد الصلبة التي تحتفظ بحالتها التجميعية ضمن نطاق درجة الحرارة المقصودة.
يمكن ملاحظة سلوك المواد التي يتم تسخينها إلى نقطة التليين أو نقطة الانصهار بصريًا باستخدام مجهر التسخين مجهر التسخين. ويستند ترتيب آخر للاختبار على استخدام مقاييس الإجهاد، والتي يتم لصقها على كامل سطح العينة وتحليلها باستخدام جسر قياس المقاومة.
وظيفة مقياس توسع قضيب الدفع
تتألف أجهزة قياس التمدد بقضيب الدفع من فرن (على اليمين في الصورة)، وحامل العينة (في المنتصف في الصورة) ووحدة تسجيل وتقييم القيم المقاسة (مستشعر LVDT على اليسار في الصورة).
توجد العينة (العينة الحمراء في الصورة) في أنبوب مصنوع من زجاج الكوارتز أو السيراميك. يتم توصيلها بإحكام بقضيب (مكبس أصفر رفيع، أمام العينة الحمراء)، والذي ينقل التغير في طول العينة لتسجيل القيمة المقاسة.
وهناك، يتم تحديد التغير المطلق في طول النظام بأكمله وتحويله إلى قيم CTE لعينة المادة باستخدام البيانات المعروفة لنظام القياس وأبعاد العينة. يمكن استخدام الفرن لتحقيق أي منحنيات درجة حرارة بسرعات تسخين وتبريد ونقاط توقف مختلفة.
والنتيجة هي التغير في طول العينة كدالة لدرجة الحرارة.
مجالات تطبيق أجهزة قياس التمدد بقضيب الدفع
معامل التمدد الحراري
يعد معامل التمدد الحراري معيارًا مهمًا لتطوير المواد المركبة. فالخرسانة المسلحة، على سبيل المثال، لا يمكن استخدامها في البناء إلا لأن الفولاذ والخرسانة لهما نفس قيمة معامل التمدد الحراري.
تؤدي الاختلافات في درجات الحرارة في المواد إلى ضغوط ميكانيكية. تتمدد المناطق ذات درجات الحرارة المرتفعة أكثر من المناطق الأكثر برودة.
يمكن تجنب هذه الضغوط أو تقليلها من خلال تطوير واستخدام مواد ذات معامل تمدد منخفض للغاية.
التحولات الطورية
تعتمد الخواص العيانية للمواد الصلبة البلورية بشكل مباشر على البنية البلورية نفسها.
ومع ذلك، فإن معظم المواد يمكن أن توجد في عدة تعديلات، وبالتالي، بالإضافة إلى درجة حرارة الانصهار والتبخر، فإن لها أيضًا انتقالات طورية تعتمد على الضغط ودرجة الحرارة لا تتغير فيها الحالة الكلية.
ومع ذلك، فإن انتقال الطور من بنية بلورية إلى أخرى، تمامًا مثل عملية التبلور نفسها، غالبًا ما يكون واضحًا في التغير في الزيادة في منحنى معامل التمدد – درجة الحرارة، وبالتالي يمكن رسم خريطة جيدة جدًا باستخدام قياس التمدد.
يمكن أيضًا رسم خريطة جيدة للانتقالات الطورية السريعة أو تلك التي تتطلب ضغط تلامس محدد، مثل تحول المارتينسيت أو الفريت أو الأوستينيت في الفولاذ، باستخدام مقياس التمدد المعدل بشكل مناسب.
درجات حرارة التلبيد
أثناء عملية التلبيد، يتم تشكيل المواد الخزفية أو المعدنية المسحوقية في جسم أخضر ثم يتم خبزها معًا في درجات حرارة وضغوط محددة بدقة. ومن الناحية العملية، تُعرف هذه العملية في صناعة الخزف على سبيل المثال. يتم تلبيد الخليط المسحوق من الكاولين (طين البورسلين) والفلسبار والكوارتز أثناء عملية الحرق وبالتالي يتم جعله مقاومًا للماء.
يمكن تحديد درجات الحرارة المثلى لمراحل التلبيد الفردية باستخدام المنحنى الذي يوفره مقياس التمدد.
