激光干涉法测量固体材料热膨胀率不确定度地研究

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1、摘要热膨胀率是表征材料热物理性质的重要参数之一。准确测量材料的热膨胀率，对基础科学研究、技术创新、实际应用都有着非常重要的意义。本研究是在中国计量科学研究院最新建立的激光干涉法固体材料热膨胀率测量标准装置上进行的，旨在对该装置进行复现性实验研究和不确定度评估，为以后装置的改进提供依据，以及为我国热膨胀率测量标准装置的建立和热膨胀率量值传递奠定基础。主要内容是利用热膨胀率测量标准装置，以美国国家标准技术研究院(NIST)提供的738奥氏体不锈钢和单晶硅为样品，在常温、3009C、600℃和800℃进行复现性实验研究，并

2、对测量数据进行国际比对，以及对影响测量的因素进行了分析讨论，通过光路的改进和新测量系统的开发对该装置进行了提高，最后重点对测量不确定度进行分析。复现性实验是在不同温度对样品进行了多次的重复测量，测量结果相对标准偏差在1％以内。由此可得，该装置在不同温度具有较高的重复性。为了验证装置的可靠性，从常温到1200K对738奥氏体不锈钢和单晶硅的测量数据与NIST参考数据和文献公布数据进行比对，相对偏差小于3％。在实验基础上，对干涉信号漂移、光学元件膨胀、温场梯度、升温速率和升温步长等影响测量的因素进行了分析讨论，并对装置进

3、行了改进，同时开发了一套功能更全、操作更方便的全自动采集控制软件。这些研究对提高该装置的性能具有实际应用价值。最后，对测量不确定度进行分析，结果表明：温度测量、光学元件膨胀对热膨胀率测量不确定度有重要影响。根据以上结论，提出了改进装置和提高测量水平的可行性措施。关键词热膨胀率激光干涉法信号漂移不确定度Abstract!III

4、-一．一一iI詈曼皇曼皇皇皇詈皇暑鼍皇皇暑鼍詈皇曼!!!鼍!!!曼!皇鼍曼曼!皇!!!!皇曼曼!!曼鼍曼!詈皇詈鼍皇!皇鼍暑詈皇詈置皇詈!!詈!皇!!曼!曼毫Thermalexpansionco

5、efficient(TEC)isoneoftheimportantparametersforthermophysicalpropertiesofmaterial．Precisemeasurememofthermalexpansioncoefficientissignificantforthestudyofbasicscience，technologicalinnovation，andpracticalapplication．Baseontheinterferometricdilatometerforsolidmate

6、rialsthatWasdevisedinNationalInstituteofMetrology,thedissertationaimsatrepeatabilityexperimentanduncertaintyanalysisforthisdevice，which、Ⅳouldprovidethebasisfortheimprovementofthedevice，establishingthestandarddeviceandthetraceabilityofthermalexpansioncoefficient

7、．ThemaincontentsofthisdissertationisthattheTECofNISTreferencematerialSRM738andsiliconaremeasured谢t11temperatureatroomtemperature，300。C，600"C，800"C，themeasurementdataarecomparedwiththoseofdevelopedcountries，theinfluencingfactorsarediscussed，anduncertaintyisparti

8、cularlyanalyzed．Inaccordanceofrepeatabilityexperimentingatdifferenttemperature，therelativestandarddeviationofmeasurememresultiswithin1％．Theanalysisshowsthattherepeatabilityofthisdeviceisbetter．TheTECofSRM738andsiliconaremeasuredwithtemperaturerangingfromroomtem

9、peratureto1200Kforexaminingthereliabilityofthisdevice．TherelativedeviationofthedataInternationalcomparisonsiswithin3％．Baseontheexperimentation,theinfluencingfactorsincluding