​

一、产品概述

真空型热膨胀系数测定仪 DRPY-1400 是一款用于测定材料受热膨胀与收缩行为的分析仪器，在行业中也常被称作真空膨胀仪。它面向高温状态下的金属材料、陶瓷、玻璃、釉料、耐火材料以及其他非金属材料，测量这些材料在受热焙烧过程中的长度变化，据此得到线性膨胀量、膨胀系数与体膨胀系数等结果。整机由高温炉体、样品测试架、位移测量系统、真空与气氛控制系统以及计算机数据采集软件组成，可在真空环境或保护气氛下完成升温测量。

材料受热后尺寸发生变化，是许多工程材料共有的物理现象。变化幅度有多大、随温度升高是否均匀、在某一温度区间是否出现转折，通常与材料的成分、晶体结构、烧结程度以及内部缺陷有关。把这些变化用数字和曲线记录下来，就成为判断材料耐热性能、评估不同材料之间配合关系、设定工艺温度区间的一项依据。

DRPY-1400 所适用的标准包括 GB/T 7320-2018《耐火制品热膨胀试验方法》、GB/T 16920-2015 对玻璃平均线热膨胀系数的测定、GB/T 3810.8-2016 对陶瓷砖线性热膨胀的测定，以及 GB/T 3074.4-2016 石墨电极测定方法中石墨电极热膨胀系数（CTE）的测定。围绕这些方法，仪器在炉温控制、变形测量、数据记录与曲线输出等方面作了相应安排。

炉体采用微电脑程序控温，升温速度在 0～30℃/分范围内可调，控温精度为 ±1℃。变形测量采用光栅测微传感器，测量量程 ±12.7mm，分辨率 0.1μm，精度 0.2μm，量程可自动校正。样品室可抽真空，真空度 0.1MPa，也可对试样分别进行气氛保护。数据记录、存储、打印与曲线绘制由配套软件完成，温度间距可由使用者自由设定。整机配有标准计算机接口，可与通用计算机相连，试验操作在计算机界面完成。

二、热膨胀系数测定的含义与作用

热膨胀指的是材料在温度变化时其长度或体积发生可逆变化的性质。多数材料在升温时尺寸增大，在降温时尺寸减小，单位长度的相对变化量与温度变化量之比称为线膨胀系数，单位体积的相对变化量与温度变化量之比称为体膨胀系数。两者描述的都是材料对温度变化的几何响应，区别在于所关注的维度不同。

在选材与设计环节，热膨胀系数常被用来处理两类问题。一类是不同材料之间的配合。两种材料需要长期贴合、连接或一同受热工作时，如果彼此的膨胀幅度相差较多，温度变化会在接合处产生内应力，进而出现缝隙、开裂、涂层剥落等现象。先测出各自的膨胀数值，再据此判断是否需要设置缓冲层或调整装配间隙，是一种常见的做法。另一类是工艺与质量控制。陶瓷与耐火材料在烧成过程中会发生不可逆的收缩，这种收缩与可逆膨胀叠加在一起，共同决定制品的实际尺寸。把受热全程的长度变化记录下来，可以为模具尺寸设计与烧成曲线调整提供依据。

对玻璃与釉料而言，线膨胀系数的意义体现在与基体材料的匹配上。玻璃的膨胀系数偏大或偏小，都可能在与金属封接、与坯体烧结时产生应力。对石墨电极而言，热膨胀系数关系到其在电弧炉等高温环境中的抗热震表现，系数偏大的材料在急热急冷条件下更易出现裂纹。这些差别不容易凭经验估量，需要在受控的升温条件下用仪器逐项测出。

把测试数据放在时间轴上观察，其价值还会进一步显现。同一牌号的原料在不同批次之间，膨胀曲线往往存在细微差别；把这些差别与原料来源、粒度配比、烧结温度的变化对应起来，就能在制品出现异常之前找到线索。因此，热膨胀测定既是一项材料性能的测定，也是一种过程追溯手段。

三、测试原理与技术基础

热膨胀系数测定的基本思路是这样：把试样置于可按设定程序升温的炉膛中，使其随温度升高而伸长或收缩，再通过测量系统逐点记录试样长度的变化量，把长度变化量与对应温度配成数据对，经计算得到膨胀量与膨胀系数。难点在于试样长度的变化量通常处在微米量级，而炉膛内又同时存在高温、气流与热辐射，如何在这样的条件下取得可信的位移信号，是仪器设计的核心。

位移的采集依靠光栅测微传感器完成。这类传感器以光栅尺作为测量基准，把直线位移转换成电信号，再经细分电路得到细密的计数结果。DRPY-1400 的变形测量量程为 ±12.7mm，分辨率 0.1μm，精度 0.2μm，量程可由系统自动校正。量程范围较宽，意味着同一台仪器既能测量膨胀幅度较小的玻璃与釉料，也能测量受热收缩较为明显的耐火材料，试样在装夹时的调整余量相应增加。

位移的传递路径对结果影响较大。试样受热伸长时，顶杆把这一变化传向传感器，若传递过程中存在卡滞或摩擦，测得的值就会偏离实际。DRPY-1400 采用直线轴承传动，把摩擦对位移传递的干扰控制在较低范围内，传动精度与重复性因此得到保证，多次测量之间的离散程度也相应减小。

温度控制由微电脑程序控温系统承担。使用者可按材料特性设定升温曲线，升温速度在 0～30℃/分之间可调，控温精度为 ±1℃。升温过快时，试样内外温度可能不同步，测得的曲线会出现滞后；升温过慢则耗时较久，并在某些材料上引入额外的蠕变影响。把升温速度设定在与标准或工艺条件相符的数值上，是取得可比较数据的前提。

试样室的环境条件同样是原理层面的要点。高温下的部分材料会与空气发生氧化反应，反应产物可能沉积在试样表面，也可能改变试样的实际成分，使测得的长度变化不再单纯来自热膨胀。DRPY-1400 可对试样分别进行气氛保护，也可对样品室抽真空，真空度为 0.1MPa，并配有真空泵。把试样置于真空或惰性气体环境中，可减少氧化与气流扰动带来的干扰，所得曲线也更接近材料本身的热行为。

数据处理由计算机完成。软件自动计算膨胀系数、体膨胀系数、线性膨胀量与急热膨胀，自动记录、存储并打印数据，可打印温度—膨胀系数曲线，温度间距可自由设定。软件还支持自动计算补偿系数并自动补偿，使用者在需要时也可进行人工修正。这些功能把原本需要人工逐点换算的工作交由系统完成，减少了计算环节可能引入的差错。

试样尺寸与形状的适配，靠测试架与夹具解决。仪器可测试样范围为 (2～15)×(2～15)×(20～150)mm，方形与圆形均可测量。测试架材质为刚玉，在高温下具有较好的化学稳定性与抗热震能力，不易与试样发生反应；发热元件为硅碳棒，可在高温区间提供稳定的热源。试样长度上限较大，较长的棒状或条状试样可以直接上机，不必为迁就夹具而另行裁切。

四、适用材料与检测对象

从材料类别看，DRPY-1400 的适用对象包括金属材料、陶瓷、玻璃、釉料、耐火材料以及其他非金属材料。金属材料中，常用于测量的是在高温下服役的合金件与功能金属件；陶瓷与耐火材料中，常见的是砖体、浇注料、坩埚、陶瓷基板等；玻璃与釉料多用于封接、涂层和装饰件；石墨与碳素材料则多见于电极、发热体与高温结构件。

从试样形态看，条状、棒状与块状试样均可测量。方形试样便于在夹具中定位，圆形试样则在玻璃棒、陶瓷管一类制品上较为常见，仪器对两种形状均可适配。试样长度范围为 20～150mm，截面尺寸在 2～15mm 之间，使用者可按标准规定的尺寸制备，也可在与标准接近的尺寸上制备，并在记录中注明实际尺寸，便于后续比较。

从检测目的看，这类测试常见于几种情形：研发阶段用于比较不同配方或不同工艺条件下的膨胀行为；进货环节用于核对原料的批次一致性；出厂检验环节用于确认制品的热膨胀性能是否落在约定范围内；失效分析环节用于判断开裂、脱层等问题的成因是否与热失配有关。不同目的对测试细度的要求并不相同，测试前明确用途，有助于选择合适的升温速度与温度区间。

还有一点需要一并说明。热膨胀测试的结果与试样本身的状态关系密切。试样在受测前是否经过干燥、是否带有加工应力、端面是否平整、内部是否存在气孔或裂纹，都会影响测量。对于烧成收缩尚未结束的试样，升温与降温过程中的不可逆变化会叠加在可逆膨胀之上，所得曲线需要结合材料的工艺状态来解读。把这些前提条件记录在测试报告中，结论才更具参考价值。

五、主要参数

• 炉温上限：1400℃。

• 升温速度：0～30℃/分可调，微电脑程序控温，控温精度 ±1℃。

• 数据计算功能：由计算机自动计算膨胀系数、体膨胀系数、线性膨胀量与急热膨胀。

• 变形测量方式：高精度光栅测微传感器；测量量程 ±12.7mm，分辨率 0.1μm，精度 0.2μm，量程自动校正；膨胀值测量量程范围较大，试样调整范围相应增大。

• 数据记录方式：自动记录、存储与打印数据，可打印温度—膨胀系数曲线，温度间距自由设定，间距下限 1℃。

• 补偿方式：自动计算补偿系数并自动补偿，也可人工修正。

• 试样范围：(2～15)×(2～15)×(20～150)mm，方形或圆形均可测量；可对试样分别进行气氛保护，可抽真空，真空度 0.1MPa，配备真空泵。

• 计算机接口：配有标准计算机接口，可与通用计算机相连，全部试验操作在计算机界面完成，并提供整套软件。

• 测试架材质：刚玉。

• 发热元件：硅碳棒。

• 传动方式：采用直线轴承传动，实现膨胀值无摩擦传递，传动精度与重复性表现良好。

• 系统测量误差：±0.1～0.5%。

六、技术指标

• 电源电压：220V±10%，2KW。

• 数据处理与控制系统：提供数据处理和控制系统 1 套，配置不低于 8G 内存、256 固态硬盘、21.5 英寸显示器，并提供整套软件。

• 标准配置：含膨胀仪主机壹台，软件壹套，石英标样壹个，刚玉标样壹个，真空密封装置壹套，真空泵壹台，台式电脑壹台。

七、主要功能特点

• 炉温上限为 1400℃，可覆盖玻璃、陶瓷、耐火材料与石墨等材料常见的测试温度区间。

• 升温速度在 0～30℃/分范围内可调，微电脑程序控温，控温精度 ±1℃，便于按材料特性与标准要求设定升温曲线。

• 由计算机自动计算膨胀系数、体膨胀系数、线性膨胀量与急热膨胀，人工换算环节相应减少。

• 变形测量采用光栅测微传感器，测量量程 ±12.7mm，分辨率 0.1μm，精度 0.2μm，量程可自动校正。

• 膨胀值测量量程范围较大，试样调整范围相应增大，不同长度与截面的试样都能方便地装夹。

• 自动记录、存储与打印数据，可打印温度—膨胀系数曲线，温度间距自由设定，间距下限为 1℃。

• 支持自动计算补偿系数并自动补偿，使用者也可进行人工修正，便于对测试架与顶杆的膨胀量作修正处理。

• 试样范围 (2～15)×(2～15)×(20～150)mm，方形与圆形均可测量。

• 可对试样分别进行气氛保护，也可抽真空，真空度为 0.1MPa，并配备真空泵。

• 配有标准计算机接口，可与通用计算机相连，全部试验操作在计算机界面完成，并提供整套软件。

• 测试架材质为刚玉，高温下化学稳定性较好；发热元件采用硅碳棒，高温区间供热稳定。

• 采用直线轴承传动，实现膨胀值无摩擦传递，传动精度与重复性表现良好。

• 随机提供数据处理与控制系统一套，配置不低于 8G 内存、256 固态硬盘与 21.5 英寸显示器。

八、符合与参考的测试标准

仪器在设计与功能安排上参照了多项国家标准，使用者可按送检要求选择对应的试验方法。主要涉及的标准如下。

• GB/T 7320-2018《耐火制品热膨胀试验方法》，用于测定耐火制品的线膨胀率与线膨胀系数。

• GB/T 16920-2015，用于玻璃平均线热膨胀系数的测定。

• GB/T 3810.8-2016，用于陶瓷砖线性热膨胀的测定。

• GB/T 3074.4-2016《石墨电极测定方法》，用于石墨电极热膨胀系数（CTE）的测定。

上述标准对试样的形状与尺寸、升温速度、测量温度区间以及结果表达方式都有具体规定。同类材料在不同标准中的试样尺寸与升温条件并不相同，测得的数值因此不能直接相互比较。测试前先确认适用标准，再据此制备试样与设定程序，可以避免因条件不一致而重复试验。

标准也会随版本更新而调整。使用者在接收试验任务时，留意任务书中引用的标准年号，按对应版本执行；若客户未指定版本，通常以现行有效版本为准，并在报告中写明所用标准的编号与年份，便于结果追溯。

九、试样制备与装样

试样的制备质量会直接影响测量结果，因此上机之前需要作几项准备。

• 尺寸：按所依据的标准取 (2～15)×(2～15)×(20～150)mm 范围内的试样，方形与圆形均可，同一组比较试验的试样长度应尽量一致。

• 端面：试样的上下端面应磨平并与轴线垂直，端面不平会使顶杆受力不均，位移信号出现跳动。

• 清洁：试样表面应去除粉尘、油污与松散附着物，避免高温下挥发物附着在观察窗或炉膛内壁。

• 干燥：含吸附水分的试样宜先在较低温度下烘干，再上机测量，以免升温初期水分逸出造成长度读数异常。

• 记录：装样前记录试样的编号、材质、实测尺寸与外观状态，作为后续数据整理的依据。

装样时把试样放入测试架的承载位置，使顶杆与试样上端面平稳接触。试样较长或较细时，注意保持其在炉膛中的垂直度，避免与护管接触。真空密封装置安装到位后，检查密封面是否洁净、管路连接是否牢固，再按需要启动真空泵抽真空或通入保护气氛。装样完毕后，可将炉体复位并开始升温程序。

十、影响测量结果的常见因素

同一台仪器、同一种材料，不同次测量之间也会出现一定差异。了解这些差异的来源，有助于判断数据是否可信。

• 升温速度：升温过快时试样内外温差较大，实测曲线会相对滞后；升温过慢时测试耗时增加，部分材料还会出现蠕动变形。

• 试样状态：端面平整度、内部气孔、加工应力与残余水分都会改变长度变化的实际过程。

• 装样位置：试样未放正、顶杆接触不良或与护管相碰，都会使位移信号出现偏差。

• 气氛条件：在空气中测得的曲线可能包含氧化引起的长度变化，真空或惰性气氛下测得的结果与前者并不相同。

• 温度测量：测温元件的位置与热接触状况，会影响测得温度与试样真实温度的一致性。

• 补偿设置：测试架、顶杆与护管在升温过程中自身也会膨胀，补偿系数设置是否合理，直接关系到结果的准确程度。

• 标样校准：石英标样与刚玉标样用于核验系统状态，标样测量值与标称值的偏离程度，可以提示系统是否需要检查。

把这些因素逐项控制住，测量的重复性会明显改善。日常工作中，把每次试验的升温速度、气氛条件、试样尺寸与标样结果记录在同一份表格里，便于在结果异常时快速回溯。

十一、操作方法与使用流程

使用流程大体可按以下顺序展开。

• 开机与自检：接通电源，启动计算机与配套软件，确认位移读数与温度读数处于正常状态。

• 参数设定：按所依据的标准设定升温速度、目标温度、保温时间与温度间距等参数。

• 装样与密封：按前述要求装好试样，安装真空密封装置，按需抽真空或通入保护气氛。

• 标样核验：在正式测量前用石英标样或刚玉标样核验系统，确认测量偏差落在可接受范围内。

• 启动测量：运行升温程序，软件自动采集温度与位移数据，并同步记录到数据文件。

• 数据整理：测试结束后调出曲线，计算膨胀系数、体膨胀系数与线性膨胀量，必要时进行补偿修正。

• 输出与归档：打印温度—膨胀系数曲线与数据表，连同试样信息一并归档。

对于需要在降温段也观察长度变化的材料，可在升温程序结束后继续采集降温数据，把升温曲线与降温曲线一并保存。对易氧化或对气氛敏感的材料，全程保持真空或保护气氛，中途不宜开炉。整套流程中，参数的设定与记录尤为关键，把设定值写进报告，别人才能复现同样的条件。

十二、选型与配套建议

选择这类仪器时，可以从几个方面对照实际需要。

• 温度区间：DRPY-1400 的炉温上限为 1400℃，适合同类材料在常见烧成与服役温度下的测量；若所需温度更高，需要另行选择相应机型。

• 测量量程与分辨率：量程 ±12.7mm 与分辨率 0.1μm 的组合，兼顾了较宽的测量范围和较细的读数，适合既有小幅膨胀又有明显收缩的材料。

• 环境要求：需要测量对气氛敏感的材料时，真空与气氛保护功能较为必要。

• 试样尺寸：确认所依据标准对试样的尺寸要求是否落在仪器的可测范围内。

• 软件功能：数据记录、曲线打印、温度间距设定与补偿修正等功能的完备程度，关系到后续数据整理的便利性。

• 配套附件：石英标样、刚玉标样、真空密封装置与真空泵是否随机提供，会影响仪器到手后的可用性。

若实验室同时承担多种材料的测试任务，可考虑在一台仪器上兼顾不同尺寸与形状的试样，并在软件中为常用材料建立参数模板，减少每次重新设定参数的工作量。

十三、安装环境与维护保养

安装环境与日常维护，关系到仪器能否长期保持稳定。

• 环境：仪器宜安放在通风良好、灰尘较少的实验室内，避免阳光直射与强气流。

• 电源：按 220V±10%、2KW 的供电要求配置电源，接地应可靠。

• 通风：高温测试会产生热气与可能的挥发物，室内应具备排风条件。

• 台面：仪器运行时平稳性要求较高，宜放置在坚固、水平的工作台上。

维护保养方面，可留意以下几点。

• 炉膛与护管：定期清理由试样挥发或碎裂留下的残留物，清理时待炉体冷却后进行。

• 顶杆与传动：保持直线轴承与传动部位清洁，按需补充润滑，避免粉尘进入。

• 传感器：光栅测微传感器属精密部件，避免撞击与剧烈振动，读数异常时及时核查。

• 真空系统：真空泵按说明书要求定期更换泵油或作维护，密封圈老化后应及时更换。

• 发热元件：硅碳棒在使用一段时间后电阻会发生变化，若升温能力下降，应检查元件状态。

• 标样：石英标样与刚玉标样应妥善保管，避免碰伤与污染，以便定期核验系统。

• 软件与数据：定期备份测试数据与参数设置，避免因计算机故障而丢失记录。

十四、常见问题解答

问：曲线在升温初期出现异常跳动，可能是什么原因？

答：常见原因包括试样端面不平或未放正、顶杆接触不良、试样中含有的水分在升温初期逸出，以及传感器读数受振动干扰。可先检查装样状态，并对试样作干燥处理。

问：测得结果与历史数据相差较多，应如何排查？

答：先确认升温速度与气氛条件是否与以往一致，再用标样核验系统状态，随后检查试样尺寸与状态是否发生变化。若条件一致而结果仍偏离，可结合曲线形态判断是测量环节的问题，还是材料本身发生了变化。

问：为什么在空气中与在真空中测得的数值不同？

答：空气中的高温氧化会使试样发生额外的长度变化，这部分变化与热膨胀叠加在一起，因此两项结果并不一致。对氧化敏感的材料，建议在真空或惰性气氛下测量。

问：补偿系数是否需要每次重新计算？

答：补偿对应的是测试架、顶杆与护管等部件在升温过程中的膨胀量，通常与升温程序有关。改变了升温速度或温度区间后，宜重新确认补偿设置；软件支持自动计算，也可人工修正。

问：方形试样与圆形试样测得的结果能直接比较吗？

答：在同样条件下测得的结果可以互相参考，但两者在装夹接触方式与受力状态上略有差别。若要作严格比较，宜使用同形状、同尺寸的试样。

问：仪器是否可以与其他计算机连接？

答：仪器配有标准计算机接口，可与通用计算机相连，随机提供整套软件。更换计算机时，需按软件说明完成安装与参数配置。

十五、测试中的常见误区

在这类测试的日常使用中，有几个认识上的偏差值得留意。

• 把一次测试的结果当作材料的固定常数。膨胀系数与温度区间有关，同一材料在不同温度段的表现并不相同，报告应注明所依据的温度区间。

• 忽略升温速度的影响。不同升温速度下的曲线形态存在差别，跨实验室比较数据时，先确认条件是否一致。

• 忽视气氛条件。对易氧化材料，在空气中测得的结果与在真空中测得的结果不宜混用。

• 只看数值不看曲线。曲线上的转折点、台阶与非线性区段，往往比单个数值更能反映材料的变化。

• 认为装了标样就不必复核。标样核验的是系统状态，试样状态与装样质量仍需逐次把关。

• 不记录试样尺寸与外观。后续出现疑问时，缺少这些基本信息会让数据难以复用。

把这些偏差逐项纠正，测试数据的可用程度会相应提高。对需要长期积累数据的实验室而言，建立统一的记录格式与操作规程，比单次测试的精细程度更为重要。

十六、结语

真空型热膨胀系数测定仪 DRPY-1400 面向金属、陶瓷、玻璃、釉料、耐火材料与其他非金属材料的受热膨胀与收缩测定，把程序控温、光栅测微位移采集、真空与气氛保护以及计算机数据处理组合在同一套系统中。炉温上限 1400℃，升温速度 0～30℃/分可调，控温精度 ±1℃；变形测量量程 ±12.7mm，分辨率 0.1μm，精度 0.2μm；试样范围 (2～15)×(2～15)×(20～150)mm，方形与圆形均可测量，可抽真空至 0.1MPa，也可对试样分别进行气氛保护。

把这些参数与功能落到日常测试中，得到的是可记录、可比较、可追溯的温度—膨胀数据。无论用于材料研究、原料把关还是制品检验，先把测试条件与试样状态记录清楚，再谈数值高低，结论才站得住。使用过程中若遇到曲线异常或数据偏离，按前述排查思路逐项确认，多数问题都能定位到具体环节。