【摘 要】
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线膨胀系数是材料的固有属性,具体表现为在温度条件变化的情况下其体积做出相应改变的现象。压强一定时,大多数物质表现为:随着温度的升高,物质的体积变大;反之,随着温度的降低,物质的体积会缩小。在工程中有着广泛的应用,如建筑工程中需要知道水泥的线膨胀系数并有相应的措施来防止水泥在高温下的挤压,精密仪器仪表中零件的线膨胀系数会有着更大的影响,至于航空航天这样的重要工程材料的线膨胀系数的影响更是不可忽略。随
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线膨胀系数是材料的固有属性,具体表现为在温度条件变化的情况下其体积做出相应改变的现象。压强一定时,大多数物质表现为:随着温度的升高,物质的体积变大;反之,随着温度的降低,物质的体积会缩小。在工程中有着广泛的应用,如建筑工程中需要知道水泥的线膨胀系数并有相应的措施来防止水泥在高温下的挤压,精密仪器仪表中零件的线膨胀系数会有着更大的影响,至于航空航天这样的重要工程材料的线膨胀系数的影响更是不可忽略。随着社会的发展,越来越多的材料的线膨胀系数已被探知并应用到我们的生活中,但涉及的大部分都是常温至高温环境下的材料特性,由于很少有工作在低温环境下展开,因此低温下材料的线膨胀系数很少被涉及,但对于航空航天,红外制导这样的国防行业来说低温下的材料特性不可或缺。因此本文设计了一套测量装置,用以测量材料在低温下的膨胀量,根据公式求出式样在该温度条件下的线膨胀系数,主要研究内容如下:（1）选择传感器。了解传感器测量的基本原理,并选择满足要求的传感器。在设计装置之前找到影响测量结果精度的因素并提出相应防范措施。（2）搭建了一个稳定的低温环境。首先了解目前主要制冷方式,根据课题需求选择合适的制冷机,其次设计用于主要实验场所的真空罐,通过降低三种基本传热方式保证测量装置温度的均匀性,并用有限元软件对真空罐进行强度校核。经实验验证,该低温环境可稳定维持到70 K的低温。（3）设计测量装置。合理地利用材料特性保证测量结果的精度,如利用殷钢作为主体框架,装置整体的收缩量;利用G10材料的低热导率特性降低外界温度对测量装置的影响。使用千分尺作为调节机构,调节样品与传感器之间的距离。对测量装置进行误差分析,找出误差来源并对误差进行分类,根据误差传递公式计算出该测量装置的系统误差仅为0.38%,精度约为0.1 μm,满足使用要求。（4）进行实验与数据处理。由于本次采用相对测量方式,因此提出用等大小石英代替样品的方式消除相对测量误差。利用最小二乘法对数据进行拟合处理,与标准数据相互比较,得出最大误差为5.16%。
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