ASTM E228-22 2022 采用推杆膨胀计测量固体材料的线性热膨胀

VIP免费
3.0 安心365 2026-05-08 1 1.26MB 12 页 150质量币
侵权投诉
1
本国际标准是根据世界贸易组织技术性贸易壁垒（TBT）委员会发布的《关于制定国际标准、指南和建议的原则》决定中确立的、国际公认的标准化原则制定的。
编号：E228-22
标准测试方法
采用推杆膨胀计测量固体材料的线性热膨胀¹
本标准采用固定编号E228发布；紧随编号后的数字表示首次采用的年份，或在修订的情况下表示最近一次修订的年份。括号
内的数字表示最近一次重新批准的年份。上标ε(e)表示自上次修订或重新批准以来进行了编辑性修改。
本标准已获美国国防部各机构批准使用。
1. 范围
1.1 本测试方法适用于使用推杆式热膨胀计测定刚性固
体材料的线性热膨胀系数。该方法适用于任何实际温度范
围，只要能够制造出满足本标准所规定性能要求的装置。
注1——最初，该方法是为工作温度范围为-180℃至900℃的玻
璃态二氧化硅扩张计开发的。文献中已充分记载了其原理与概
念，这些原理同样适用于更高温度条件下的运行。据信，此类系
统的精度与偏差与最高可达900℃的二氧化硅系统处于同一量
级。然而，由于缺乏经过充分表征的参考材料以及需要进行实验
室间比对，其在整个相关温度范围内的精度与偏差尚未得到确
认。
1.2 为此，刚性固体被定义为一种材料：在测试温度
下及仪器施加的应力作用下，其蠕变率或弹性应变率可
忽略不计，或两者均可忽略，从而对热长度变化测量的
精度影响微乎其微。典型实例包括金属、陶瓷、耐火材
料、玻璃、岩石与矿物、石墨、塑料、水泥、固化砂
浆、木材以及多种复合材料。
1.3 该比较测试方法的精度高于其他推杆膨胀测量技
术（例如测试方法D696）和热机械分析（例如测试方
法E831），但显著低于干涉测量法等绝对测量方法（例
如测试方法E289）。该方法普遍适用于绝对线膨胀系数
在1000℃范围内超过0.5 μm/(m·℃)的材料；在特殊情况
下，只要采取适当措施确保试样的膨胀量处于测量系统
的检测范围内，也可用于膨胀系数较低的材料。实践证
明，采用足够长的试样即可满足检测要求。
本测试方法隶属于ASTM热测量委员会E37的管辖范围，由热物理性能分委
员会E37.05直接负责。
现行版本批准日期：2022年12月1日；出版日期：2023年1月；最初批准日
期：1963年；上一版本最后批准日期：2017年（版本号E228-17）。DOI：
10.1520/E0228-22。
1.4 单位——以国际单位制（SI）单位表示的数值应被
视为标准值。本标准未包含其他计量单位。
1.5
本标准并不声称解决了与其使用相关的所有安全问
题（如果有的话）。本标准的使用者有责任制定适当的安
全、健康和环境实践，并在使用前确定法规限制的适用
性。
1.6
本国际标准是根据 世界贸易组织技术性 贸易壁
垒（
TBT
）委员会发布的《关于制定国际标准、指南和
建议的原则的决定》中确立的、获得国际公认的标准
制定原则编制的。
2.参考文件
2.1 ASTM
标准：
²
D696采用玻璃二氧化硅膨胀计测定塑料在-30℃至30
℃范围内线性热膨胀系数的测试方法
E220通过比较法校准热电偶的测试方法
E230/E230M温度-电动势（emf）规范：标准化热电偶对照
表
E289基于干涉测量法的刚性固体线性热膨胀测试
方法
E473与热分析和流变学相关的术语
E644工业电阻温度计测试方法
E831Test：通过热机械分析测定固体材料线性热膨胀
的方法
E1142与热物理性质相关的术语
3.术语
3.1
定义
—下列术语适用于本测试方法，列于术语表E
473 和E1142：
²如需查阅相关 ASTM 标准，请访问 ASTM 网站www astm.org，或联系
ASTM 客户服务部门（邮箱：service@astm.org）。有关
《
ASTM
标准年鉴》
各卷信息，请参阅 ASTM 网站上该标准的“文件摘要”页面。
版权所有 © ASTM International，地址：100 Barr Harbor Drive，PO Box C700，West Conshohocken，PA 19428-2959，美国。
2
线性热膨胀系数、热膨胀测量法
及
热力学分析。
3.2 本标准专用术语的定义：
3.2.1
热膨胀仪；
n——一种用于测量试样与其相邻部
件之间线性热膨胀系数差值的装置。
3.2.1.1 讨论——热机械分析仪（TMA）是用于热分析的
仪器，因其能够测定线性热膨胀特性，常也被归类为膨胀
计。通常，这类仪器使用的样品尺寸远小于膨胀计；然
而，研究表明，具备足够大样品尺寸测量能力的 TMA 系
统能够准确测定热膨胀。当使用小型 TMA 样品时，应仅
限于测试高膨胀系数材料（如聚合物），否则所得数据可
能存在显著误差。反之，某些膨胀计可实现部分 TMA 功
能，但两者在所有应用场景中不应被视为等效或可互换。
T₁3.2.2
线性热膨胀系数 △
L/Lo
，
n——指在温度 To 和
之间，样品长度相对于其初始长度随温度变化所产生的
变化量，其表达式为：
(1)
3.2.2.1 讨论——该量无量纲，但出于实际应用考虑，最常用的单位为 μm/
m。
T₁
3.2.3
线性热膨胀系数平均值（平均值），
αmn ——即
膨胀量与引起该膨胀的温度差之比。该值被称为温度范围
To 至 之间的平均热膨胀系数。
(2)
3.2.3.1 讨论——该参数最常见的是以 μm/(m℃)表
示，其测定基于一系列温度范围（按惯例从 20℃开
始），并以温度函数的形式呈现。若参考温度不同于
20℃，则必须在报告中注明所使用的参考温度。
3.2.4
热膨胀系数（瞬时热膨胀系数）
，α，n——定义
与上述相同，只是用导数替代了公式2中的有限差分。热
膨胀系数反映了在任意温度T（本质上是一个“切点”）
下，温度变化极小范围内长度的变化量，其定义如下：
(3)
3.2.4.1 讨论——瞬时热膨胀系数的计量单位与平均热
膨胀系数相同。从物理意义而言，瞬时热膨胀系数是在
温度T下，将膨胀曲线对温度求导所得的数值。该系数
在工程应用中的实用性较为有限，因此通常采用平均热
膨胀系数而非瞬时系数。
3.3 符号
：
表示在特定温度范围内线性热膨胀的平均系
数，μm/(m·℃)；热膨胀系数或温度 T下的
瞬时线性热膨胀系数，单位为 μm/(m · ℃)
T₀
T₁
=试样在温度 下的原始长度，毫米 =试样在温
度 下的长度，毫米
T₂（温度 下的试样长度，毫米）
（特定温度 Ti 下的样品长度，毫米）
T
₂ T₁
=试样在任意两个温度之间的长度变化 T₁and
、T₀and 等，单位：微米（μm）
=扩展
L₀=初始长度为 时的温度，℃
=进行测量的两个温度，℃
=长度为 L时的温度，℃
T₁ T₀
=任意两个温度之间的温差 T₂and 、T₁and
等，℃
=参考材料的测量膨胀量
=参考材料的正确或经认证的扩展版本
=扩张计各部件的假定或已知膨胀量
（理论校准常数）
4.测试方法摘要
4.1 本测试方法采用单推杆管式膨胀计，用于测定固
体材料相对于支架的长度变化随温度的变化关系。基本
配置的一种特殊变体——差分膨胀计——采用双推杆
设计：始终将参考样品置于第二位置，未知材料的膨胀
量是相对于参考材料而非样品支架进行测定的。
4.2 温度可通过一系列逐步调节，或在整个温度范围
内以缓慢恒定的加热/冷却速率进行控制。
4.3 根据记录数据计算出线性热膨胀系数及其相关系
数。
5.意义与用途
5.1 线性热膨胀系数是设计所需的参数，例如可用于
确定受温度变化影响的结构的尺寸行为，或评估在温度
波动作用下由不同材料构成的实体构件可能产生的热应
力及其导致失效的风险。
5.2 该测试方法是一种用于测定固体材料线性热膨胀
率的可靠方法。
5.3 为准确测定热膨胀系数，必须使用具有已知且可
重复热膨胀特性的参考材料对膨胀计进行校准。附录提
供了当前普遍使用的参考材料的相关信息。
5.4 热膨胀的测量涉及两个参数：长度变化和温度变化，两者
均至关重要。
L₀
L₁
L₂
L
△L
(4L/L₀)
T₀
T,T₂
T;
△T
m
t
A
αT
αm
S
其中各项因素同等重要。若忽视正确且精确的温度测量，
必将导致最终数据的不确定性增加。
5.5 该测试方法可用于研究、开发、规格验收、质量
控制（QC）及质量保证（QA）。
6.干扰
6.1
材料考量：
6.1.1 结构材料可能对膨胀计的性能产生重大影响。
无论使用何种材料，都必须采取措施确保膨胀行为得到
稳定，从而确保在设备的工作范围内进行反复热循环时
不会产生可测量的变化。
6.2
一般考虑事项：
6.2.1 在高温条件下，通过使试样的横截面足够大，通
常可以防止其发生非弹性蠕变。
6.2.2 使用扩张计时需避免水分侵入，尤其在低温环
境下使用时更为重要。
6.2.3 当膨胀计浸入液体浴中时，需采取措施将浴
槽与试样分离。
6.2.4 将样本支撑或固定于适当位置，确保其在测试
过程中保持稳定，同时避免过度限制其自由运动。
6.2.5 样品夹具与推杆应采用相同材料制成。用户不得随
意更换部件（例如更换损坏部件），否则可能导致测量膨
胀值的不确定性显著增加。
6.2.6 对膨胀计进行的一般验证，是使用与推杆和试样
夹具由相同材料切割而成的试样进行测试。对于构造合理
的系统（在应用系统校正后），所得的平均线性热膨胀系
数应小于±0.3 μm/(m·℃)。
6.2.7 在获得可重复的膨胀数据之前，通常需要对样品
进行预处理。例如，常需进行热处理以消除某些效应（如
机械加工、湿度等因素引起的应力），这些效应可能导致
与热膨胀无关的不可逆长度变化。
7.装置；设备
7.1
推杆式膨胀计系统
，包括以下部分：
6.2.7
7.1.1
样品夹具——
由热稳定性材料制成的结构，其
构造方式需确保当使用相同材料的试样进行测试时，满
足 条款规定的性能要求。在所有推杆式膨胀仪
中，样品夹具与推杆均应采用相同材料制成，且经验证
其热膨胀特性差异不超过±1%。图1展示了典型的管状
与杆状结构示意图。实践中常采用非管状形状的样品夹
具以实现相同结构功能，只要该形状在力学性能上符合
要求，此做法亦属可接受。
玻璃体二氧
化硅
外管
间隔符
样本；标本
封闭式管路 打开试管
FlG. 1 常见规格的样本容器
图2：Specimenıs与推杆末端的推荐形状
该结构稳定，且在加热和冷却过程中不易发生可逆的构象
变化（如扭曲等）。
注2——位于样品外部的测管与推杆虽相互平行，但预期沿其
路径具有相同的温度梯度，从而产生完全一致的热膨胀效应。这
一因素至关重要，因为测管与推杆之间的净膨胀差异所产生的膨
胀现象，将与样品自身产生的膨胀极为相似。在一定程度上，可
通过校准（参见第9节）来补偿两部件热膨胀的差异；但需注
意，这属于膨胀计所有实际应用中最根本的限制条件之一。为最
大限度降低此影响，测管与推杆应紧密相邻放置，并以足够缓慢
的加热速率进行加热，以避免产生显著的径向温度梯度。
7.1.2
测试室；
由以下部分组成：
7.1.2.1
炉、低温恒温器或浴槽，
用于在目标温度范围内
以可控速率均匀加热或冷却样品，并能在样品加热、冷却
或达到平衡过程中保持其温度沿样品表面均匀分布。
注3——在使用高温炉时必须格外谨慎，以防止炉体与膨胀计
部件或试样发生相互作用。在多数情况下，需保护试样和膨胀计
免受氧化；某些情况下可通过使用消焰管来实现这一防护。如有
必要，此类炉体应配备提供惰性气氛或真空环境的装置，并设有
防止冷却过程中空气逆流的防护措施。
玻璃体硅
胶推杆
可选择的 样本；标本

标签： #ASTM #测量 #AS

摘要：

1本国际标准是根据世界贸易组织技术性贸易壁垒（TBT）委员会发布的《关于制定国际标准、指南和建议的原则》决定中确立的、国际公认的标准化原则制定的。编号：E228-22标准测试方法采用推杆膨胀计测量固体材料的线性热膨胀¹本标准采用固定编号E228发布；紧随编号后的数字表示首次采用的年份，或在修订的情况下表示最近一次修订的年份。括号内的数字表示最近一次重新批准的年份。上标ε(e)表示自上次修订或重新批准以来进行了编辑性修改。本标准已获美国国防部各机构批准使用。1.范围1.1本测试方法适用于使用推杆式热膨胀计测定刚性固体材料的线性热膨胀系数。该方法适用于任何实际温度范围，只要能够制造出满足本标准所规...

展开>> 收起<<
ASTM E228-22 2022 采用推杆膨胀计测量固体材料的线性热膨胀.pdf

共12页,预览12页

还剩页未读， 继续阅读

声明：如果您的权利被侵害，请联系我们的进行举报。

相关推荐

更多
立即下载
作者：安心365 分类：法规规范 价格：150质量币 属性：12 页 大小：1.26MB 格式：PDF 时间：2026-05-08

相关内容

更多

热门标签

医疗器械 管理 程序 报告 指南 验证 GB ISO 器械 控制程序
/ 12
评分 收藏
分享
立即下载 VIP免费下载
客服
关注