熱膨脹儀常用于測試材料的熱膨脹系數，熱膨脹系數是材料物理性能中一個非常重要的參數，當兩種不同材料的部件相熔接以及配合使用時，必須要求兩者具有相近的熱膨脹系數，對于特殊器件也有特殊的熱膨脹系數的要求。熱膨脹的物理本質類似物體的熱脹冷縮，熱膨脹就是質點間平均距離隨著溫度的升高而增大現象的宏觀反映，其測試原理常用的方法就是石英玻璃比較法，首先測定標樣（石英玻璃）在升溫過程中的長度變化量并將其作為基準，然后測定玻璃樣品在同樣的升溫程序下的長度變化量。
熱膨脹儀不僅僅可以測試玻璃任一溫度點的熱膨脹系數、膨脹量、相對膨脹量以及平均熱膨脹系數，還可以利用熱膨脹儀測試通過計算得出的玻璃的熱收縮率，并且對于不同組成的玻璃，其熱膨脹系數是不同的，因此，對于特殊用途的玻璃，可以通過熱膨脹儀的測試調控玻璃生產配方，以便獲得具有合適熱膨脹儀系數的玻璃；此外，對于相同組成的玻璃，其熱歷史在熱膨脹曲線上也有一定的區別，因此熱膨脹儀對玻璃微結構的研究也是非常有用的。綜上所述，熱膨脹儀的測試結果不僅能表征玻璃的理化性能，還可以在一定程度上反映出玻璃的微觀結構，并且對玻璃的生產和調控也具有一定的理論和實驗指導作用。
每一款熱膨脹儀都能測量熱環境變化所帶來的樣品尺寸的變化。典型的測試包括熱膨脹系數、淬火研究、相變點和玻璃化轉變溫度的測定、軟化點、動力學研究、相圖的構建以及燒結研究，包括燒結溫度的測定、燒結步驟以及速率控制燒結。由樣品寸尺變化得到的過程參數可以通過對實際過程中熱循環和速率的嚴格復制進行詳細的研究。
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