Dilatometer

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Ein einfacher Aufbau eines Dilatometers für die Messung der Ausdehnung von Flüssigkeiten und Festkörpern

Dilatometer sind Messgeräte zur Messung der linearen thermischen Ausdehnung einer Probe als Funktion der Temperatur. Die thermische Ausdehnung ist ein Maß dafür, wie die Entropie eines Körpers auf Änderungen des Volumens reagiert. Verwendet werden Dilatometer zum Beispiel bei Qualitätssicherung und Entwicklung von Sinterprodukten und in der Grundlagenforschung.

[Bearbeiten] Aufbau / Typen

Dilatometer bestehen aus einer Wärmequelle, etwa einem Ofen (Temperaturen von -260°C bis 2000°C sind üblich), mit dem ein bestimmtes Temperaturprofil (steigende Temperatur, gleich bleibende Temperatur, wechselnde Temperatur,...) eingestellt werden kann. Je nachdem, auf welche Weise die Ausdehnung gemessen wird, unterscheidet man dabei zwei Typen:

• Kapazitätsdilatometer besitzen einen Parallelplattenkondensator mit einer beweglichen Platte (Abstandssensor). Dabei sind Messgenauigkeiten im Picometerbereich möglich.
• Beim Schubstangen-Dilatometer liegt die zu untersuchende Probe im Ofen auf einer Auflage. Eine Schubstange überträgt die thermische Ausdehnung auf einen Wegaufnehmer, der die Verschiebung misst. Da auch das Messsystem (Auflage, Schubstange) derselben Temperatur ausgesetzt ist wie die Probe und sich damit ebenfalls ausdehnt, handelt es sich nicht um eine direkte Messung sondern man erhält einen relativen Wert, der anschließend umgerechnet werden muss.

Für einfachere Messungen in einem Temperaturbereich von 0°C bis 100°C werden Dilatometer verwendet, bei denen Wasser erhitzt und durch oder über die Probe geleitet wird. Möchte man damit den linearen Ausdehnungskoeffizienten beispielsweise eines Metalls messen, nimmt man ein Rohr aus dem entsprechenden Material und leitet heißes Wasser hindurch. Das Rohr erwärmt sich auf die Temperatur des Wassers und man kann die relative Ausdehnung in Abhängigkeit von der Wassertemperatur einfach bestimmen.

Zur Messung der Volumenausdehnung von Flüssigkeiten nimmt man ein großes, mit Wasser gefülltes Glasgefäß. Darin befindet sich ein Ausdehnungsgefäß (Glasbehälter mit einer exakten Volumenskala) mit der Probeflüssigkeit. Erhitzt man das Wasser, dehnt sich die Probeflüssigkeit aus und das abgelesene Volumen ändert sich. Allerdings muss auch hier die Ausdehnung des Probegefäßes berücksichtigt und herausgerechnet werden.

Der Ausdehnungs- bzw. Spannkoeffizient von Gasen kann auf diese Art nicht gemessen werden, da hier auch der Druck eine Rolle spielt. Für solche Messungen eignet sich ein Gasthermometer.

[Bearbeiten] Siehe auch

Dehnungsmessstreifen

[Bearbeiten] Weblinks

• Forschungszentrum Karlsruhe

[Bearbeiten] Literatur

• Hans Lehmann, Horst Gatzke Dilatometrie und Differentialthermoanalyse zur Beurteilung von Prozessen,?,?,1956
• Autor: T.Barron Generalized theory of thermal expansion of solids ASM,?, 1998
• Autor: A.Pippard The Elements of Classical Thermodynamics Cambridge University Press, Cambridge (England), 1968