rmjournalЭталоны. Стандартные образцыMeasurement Standards. Reference Materials2687-0886D. I. Mendeleyev Institute for Metrology10.20915/2077-1177-2025-21-2-5-22rmjournal-550Research ArticleЭталоныStandardsАнализ метрологических характеристик спекл-дилатометра из состава Государственного вторичного эталона единицы температурного коэффициента линейного расширения твердых тел в диапазоне значений от 0,05 · 10–6 до 100,0 · 10–6 К–1 в диапазоне значений температуры от 90 до 1 900 КAnalysis of the Metrological Characteristics of the Speckle Dilatometer of the State Secondary Standard of the Unit of Thermal Coefficient of Linear Expansion of Solids in the Range of Values From 0.05 · 10–6 to 100.0 · 10–6 K–1 in the Range of Temperature Values from 90 to 1,900 Khttps://orcid.org/0000-0002-6618-6819ПуховН. Ф.PukhovN. F.

Николай Федорович Пухов, старший научный сотрудник

лаборатория государственных эталонов и научных исследований в области теплового расширения и комплексного термического анализа

190005; пр. Московский, 19; Санкт-Петербург

Nikolay F. Pukhov, Senior Researcher

Laboratory of State Standards and Scientific Research in the Field of Thermal Expansion and Complex Thermal Analysis

190005; 19 Moskovsky ave.; St. Petersburg

n.f.pukhov@vniim.ruФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д. И. Менделеева»РоссияD. I. Mendeleyev Institute for MetrologyRussian Federation202506072025212522Copyright © Пухов Н.Ф., 20252025Пухов Н.Ф.Pukhov N.F.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rmjournal.ru/jour/article/view/550

   Тепловое расширение – важный конструкционный параметр материалов, учет которого необходим при разработке, изготовлении и эксплуатации изделий. Для контроля этой значимой характеристики создаваемых новых материалов требуется разрабатывать аппаратуру, методы и методики измерений, учитывающие новизну специфики поведения этих материалов. Изготовление образцов специальной формы является основным ограничением при проведении измерений теплового расширения. В первую очередь это относится к новым материалам (неоднородным, композиционным, плохо обрабатываемым), создаваемым под специальные задачи. Перечисленные факторы обусловили необходимость разработки метода, с помощью которого может быть измерен температурный коэффициент линейного расширения изделий и материалов с произвольной формой образцов, что было недоступно прежним реализациям интерферометрических методов. Для измерения образцов с нерегулярным рельефом в диапазоне температур от 200 до 400 К был создан интерференционный спекл-дилатометр СД. При создании спекл-дилатометра СД был реализован метод спекл-интерферометрии, позволяющий измерять удлинение образцов с нерегулярной поверхностью с нанометровой чувствительностью. Так как аналогов данный прибор не имеет, было проведено исследование составляющих неопределенности, возникающих при измерении температурного коэффициента линейного расширения материалов на данном приборе. Проведен анализ составляющих неопределенности измерения температурного коэффициента линейного расширения материалов на спекл-дилатометре СД. Получено экспериментальное определение неопределенности измерений температурного коэффициента линейного расширения мер ТКЛР образцов произвольной формы на спекл-дилатометре СД. После завершения исследований и первичной аттестации разработанный прибор был утвержден и включен в состав Государственного вторичного эталона единицы температурного коэффициента линейного расширения твердых тел в диапазоне значений от 0,05 · 10–6 до 100,0 · 10–6 К–1 в диапазоне значений температуры от 90 до 1 900 К.

   Thermal expansion is an important design parameter of materials, which should be taken into account when developing, producing and using products. To control this significant characteristic of new materials, it is necessary to develop equipment, methods and measurement procedures that take into account the novelty of the specific behavior of these materials. The production of specially shaped samples is the main limitation in thermal expansion measurements. This primarily applies to new materials (heterogeneous, composite, poorly processed) developed for special tasks. These factors necessitated the development of a method for measuring the temperature coefficient of linear expansion of products and materials with arbitrary sample shapes, which was not available in previous implementations of interferometric methods. An interference speckle dilatometer SD was developed for measuring samples with irregular shape in the temperature range from 200 to 400 K. When creating the speckle dilatometer SD, the speckle interferometry method was implemented to measure the elongation of samples with an irregular surface with nanometer sensitivity. Since this device has no analogues, a study was conducted on the uncertainty components arising when measuring the thermal coefficient of linear expansion of materials on this device. The analysis of the uncertainty components of the measurement of the thermal coefficient of linear expansion of materials on the speckle dilatometer SD was carried out. An experimental determination of the measurement uncertainty of the thermal coefficient of linear expansion of TCLE measures of arbitrary shaped samples was obtained using the SD speckle dilatometer. After research and initial certification, the developed measurement instrument was approved and included in the State Secondary Standard of the unit of thermal coefficient of linear expansion of solids in the range of values from 0.05 · 10–6 to 100.0 · 10–6 K–1 in the range of temperature values from 90 to 1,900 K.

спекл-интерферометрияспекл-дилатометртемпературный коэффициент линейного расширениянеопределенность измеренийspeckle interferometryspeckle dilatometerthermal coefficient of linear expansionmeasurement uncertaintyСтатья выполнена в рамках государственного контракта № 154–6/321 от 24 октября 2008 года по теме: «Создание метрологического комплекса и нормативно-методической базы для обеспечения единства измерений характеристик теплового расширения наноматериалов и продукции наноиндустрии на их основе»The article was prepared within the framework of the State Contract No. 154–6/321 dated October 24, 2008 on the issue: «Development of a metrological complex and a normative- methodological base to ensure the uniformity of measurements of the characteristics of thermal expansion of nanomaterials and nanoindustry products based on them»ReferencesОптико-электронная измерительная система высокотемпературного дилатометра / И. Г. Бронштейн [и др.] // Измерительная техника. 2015. № 12. С. 38–42.Bronstein I. G., Inochkin F. M., Kruglov S. K., Kompan T. A., Kondratiev S. V., Korenev A. S. et al. Optoelectronic measuring system of high-temperature dilatometer. Izmeritelʹnaya Tekhnika. 2015;(12):38–42. (In Russ.).Topics in applied physics. Vol. 9. Laser Speckle and Related Phenomena. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1975. 295 p.Topics in applied physics. Vol. 9. Laser Speckle and Related Phenomena. Springer-Verlag Berlin Heidelberg; 1975. 295 p.Robertson E. R. The engineering uses of coherent optics : proceedings and edited discussion of a conference held at the university of Strathclyde, Glasgow 8–11 April 19. Cambridge University Press, 1976. 798 p.Robertson E. R. The engineering uses of coherent optics : proceedings and edited discussion of a conference held at the university of strathclyde glasgow 8–11 April 19. Cambridge University Press; 1976. 798 p.Компан Т. А. Измерительные возможности и перспективы развития дилатометрии // Мир измерений. 2011. № 7. С. 14–21.Kompan T. A. Measuring capabilities and prospects for the development of dilatometry. World of measurements. 2011;7:14–21. (In Russ.).Джоунс Р., Уайкс К. Голографическая и спекл-интерферометрия. М. : Мир, 1986. 328 с.Jones R., Wykes K. Holographic and speckle interferometry. Moscow: Mir; 1986. 327 p. (In Russ.).Метод спекл-интерферометрии для определения теплового расширения наноматериалов / Т. А. Компан [и др.] // Измерительная техника. 2011. № 4. С. 48–52.Kompan T. A., Korenev A. S., Pukhov N. F., Gurov I. P., Dudina T. F., Margaryants N. B. The speckle interferometry method for determining the thermal expansion of nanomaterials nanometrology. Izmeritelʹnaya Tekhnika. 2011;(4):48–52. (In Russ.).Метод регистрации и обработки данных спекл-интерферометра для определения температурного расширения образцов абсолютным методом / М. В. Волков [и др.] // Температура – 2011 : сборник тезисов 5-й Всероссийской и стран-участниц КООМЕТ конференции по проблемам термометрии, Санкт-Петербург, 19–21 апреля 2011 г. / ФГУП «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева». Санкт-Петербург: ФГУП «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева», 2011. С. 284–286.Volkov M. V., Margariants N. B., Vlasova V. V., Pukhov N. F. Method of recording and processing speckle interferometer data for determining the thermal expansion of samples by the absolute method. In: Temperature – 2011 : collection of abstracts of reports of the 4<sup>th</sup> All-Russian and COOMET member countries conference on thermometry problems, 19–21 April 2011, St. Petersburg. St. Petersburg: FGUP «VNIIM im. D. I. Mendeleeva». P. 284–286. (In Russ.).Лебедев М. В., Мисочко О. В., Дремин А. А. Интерферометр Майкельсона с многоканальной регистрацией интерферограммы // Оптика и спектроскопия. 2009. Т. 107, № 5. С. 870–873.Lebedev M. V., Misochko O. V., Driomin A. A. Michelson interferometer with multichannel interferogram recording. Optics and Spectroscopy. 2009;107(5):826–829. (In Russ.).Novak J. Five-step phase-shifting algorithms with unknown values of phase shift // Optik. 2003. Vol. 114, Iss. 2. P. 63–68. doi: 10.1078/0030-4026-00222Novak J. Five-step phase-shifting algorithms with unknown values of phase shift. Optik. 2003;114(2):63–68. (In Russ.). doi: 10.1078/0030-4026-00222Ennos A. E. Speckle interferometry // Laser speckle and related phenomena / J. C. Dainty ed. Berlin: Springer-Verlag, 1975. P. 203–253. doi: 10.1007/978-3-662-43205-1Ennos A. E. Speckle interferometry. In: Dainty J. C. (ed.). Laser speckle and related phenomena. Berlin : Springer-Verlag; 1975. P. 203–253. doi: 10.1007/978-3-662-43205-1Васильев В. Н., Гуров И. П. Компьютерная обработка сигналов в приложении к интерферометрическим системам. СПб.: БХВ-Санкт-Петербург, 1998.Vasilev V. N., Gurov I. P. Computer processing of signals in application to interferometric systems. St. Petersburg: BHV-St. Petersburg; 1998. 240 p. (In Russ.).Компан Т. А. Метрологическое обеспечение измерений теплового расширения материалов. Краткий анализ, разработки последнего десятилетия и перспективы развития тематики во ФГУП «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева» // Главный метролог. 2007. № 4. С. 36–45.Kompan T. A. Metrological support of measurements of thermal expansion of materials. Brief analysis, developments of the last decade and prospects for development of the subject at the FSUE «VNIIM named after D. I. Mendeleyev». Glavnyi metrolog. 2007;(4):36–45. (In Russ.).Интерференционные дилатометры для измерения температурного коэффициента линейного расширения термостабильных оптических материалов / А. А. Шаров [и др.] // Оптический журнал. 2013. Т. 80, № 4. С. 65–69.Sharov A. A., Galyavov I. R., Patrikeev A. P., Ponin O. V., Kompan T. A., Kulesh V. P. Interference dilatometers for measuring the thermal coefficient of linear expansion of thermally stable optical materials. Journal of Optical Technology. 2013;80(4):250–253. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.