[发明专利]热膨胀系数测定装置和热膨胀系数测定方法

说明书

本发明提供一种热膨胀系数测定装置和热膨胀系数测定方法。热膨胀测定装置具备：温度控制装置，其检测被测定物的温度；光波干涉仪，其使用单一波长的光对被测定物的长度尺寸进行测定；实测数据获取部，其依次变更被测定物的温度，获取在各温度下由光波干涉仪测定的被测定物的长度尺寸的实测数据；数据集生成部，其针对各实测数据生成通过将干涉级次设定在任意的范围内所得到的多个验证用数据，从针对各温度的验证用数据中分别选出一个验证用数据作为数据集并生成验证用数据的选择的组合不同的多个数据集；以及判定部，其关于多个数据集分别计算一阶近似函数，使用基于数据集的各验证用数据与一阶近似函数的残差的评价指标值来判定数据集的有效性。

技术领域

本发明涉及一种测定热膨胀系数的热膨胀系数测定装置和热膨胀系数测定方法。

背景技术

以往，已知一种用于测定物质的准确的热膨胀系数(Coefficient of ThermalExpansion：下文中有时简称为CTE)的热膨胀系数测定装置(例如，参照文献1：日本专利第3897655号公报)。

将被测定物的标准温度下的长度尺寸设为L，将相对于标准温度的温度变化量(测定时的温度-标准温度)设为ΔT，将使被测定物的温度相对于标准温度变化了ΔT时的长度尺寸的变化量(热膨胀量)设为ΔL，通过下式(1)求出CTEα。

在式(1)中，ΔL/L为10^-5数量级，因此为了提高ΔL/L的值的精度，ΔL的精度很重要。为了高精度地求出CTEα，需要高精度地测定温度变化量ΔT和热膨胀量ΔL。其中，关于温度变化量ΔT，通过使用工业用的高精度温度计，能够满足足够的精度。

另一方面，关于热膨胀量ΔL，例如能够使用迈克尔逊(Michelson)干涉仪、泰曼-格林(Twyman Green)干涉仪等光波干涉仪。在使用这样的光波干涉仪的情况下，例如文献1所记载的那样，根据多次独立得到的被测定对象的绝对尺寸测定数据，间接地求出热膨胀量ΔL。

另外，在使用光波干涉仪的绝对尺寸测定中，通过下式(2)提供被测定物的长度尺寸。

在式(2)中，N为干涉级次(整数)，ε为尾数。由光波干涉仪实际测量的值仅为尾数ε，处于测定所使用的光的半波长以下的范围。另一方面，使用尺寸的预备值来估计干涉级次N。此时，如果错误地决定了干涉级次N，则值会以半波长的整数倍为单位发生偏移。

为了计算CTE，使被测定物的温度变化来多次重复测定并获取温度和长度尺寸，来计算一阶近似函数，根据其斜率求出CTE。在此，在以后的说明中，就实施温度和长度尺寸的测定时所得到的一个测定数据(温度、长度尺寸)而言，将改变被测定物的温度来多次实施测定时所得到的一系列的数据组设为实测数据集。

图15是在干涉级次N为正确的值的情况下得到的实测数据集的一例，图16是在错误地决定了一部分干涉级次N的情况下得到的实测数据集的一例。

在图15、16中，是在20±Δt℃的七个温度下测定出的实测数据集的一例。如图15所示，在干涉级次N无误的情况下，根据各数据得到的一阶近似函数为被测定物的温度与长度尺寸原本存在的关系。根据式(1)，通过将一阶近似函数的斜率(ΔL/ΔT)除以被测定物的长度尺寸L得到CTEα。

另一方面，图16是在温度20-Δt℃下进行的长度尺寸的测定中将干涉级次N决定为小于本来的值且在温度20+Δt℃下进行的长度尺寸的测定中将干涉级次N决定为大于本来的值的情况的例子。在图16的例子中，错误地决定了干涉级次N，由此CTEα被计算为比本来的值大的值。