热膨胀系数分为线膨胀系数、面膨胀系数、体膨胀系数三种。工程上比较常用的是线膨胀系数。

热膨胀系数对材料应用的影响很大。如机械产品的零部件在装配后，不同材料由于温度变化造成尺寸的变化不同，会引起配合松动或内应力变化，严重的可能造成塑性变形、开裂等严重事故。工业界非常重视测量材料在大温度范围内的热膨胀系数值。

在几何量计量领域，规定测量获得的量值以20℃的值为准，偏离20℃时测量获得的量值会由于热膨胀系数的影响造成偏差。因此，对材料进行热膨胀特性的精确计量具有重大意义。

为了保证国家之间材料热膨胀系数的量值统一和互认，中国计量科学研究院于2010年建立了基于激光干涉法的长度实物标准器热胀系数国家标准装置，在20℃附近的测量不确定度U=3×10^-8/K（k=2）。可以在-180～2400℃范围内开展材料热膨胀系数的精密计量。

顶杆法可以方便地说明热膨胀系数测量的基本原理。顶杆法装置示意图如图1所示。

图1 热膨胀系数测量的基本原理示意图

温度控制单元在计算机程序控制下，实现温度变化；温度的精确变化由温度测量仪测量得到；温度变化导致放在样品托架上的被测样品的长度变化；长度变化经顶杆后传递到位移测量装置上得到长度的变化量；整个测量过程中顶杆对被测样品的测量力由载荷控制单元来精确调节，保持恒定。线膨胀系数由公式计算得到：

式中为物体初始长度；为物体温度升高后的长度；为物体初始温度；为升高后的温度；为温度升高后的长度增量。

通过对顶杆法装置中各个环节的改善，获得现在各种商业的热膨胀系数测量仪器，以及各种高准确度的计量标准装置。

中国材料热膨胀系数计量技术的量值溯源体系如图2所示。

图2 中国材料热膨胀系数计量技术的量值溯源体系