利用熱膨脹方法對材料進行測定和研究稱為“膨脹分析”。它不僅用于膨脹系數的測定，也是研究動態相變過程的有效手段，例如鋼中過冷奧氏體的等溫轉變過程（TTT曲線）和連續冷卻轉變過程（CCT曲線）的測定，常用方法就是膨脹分析。在金屬材料研究中，材料的結構轉變、再結晶、時效固溶和沉淀析出，往往都伴隨著體積的變化，因此可以用膨脹分析法來研究。又如粉末冶金中材料燒結致密度的評定，非晶體材料的軟化溫度的測定等也可用這一方法。
熱膨脹系數的測定方法可分為接觸法和非接觸法兩類。接觸法是將物體的膨脹量用一根傳遞桿一接觸的方式傳遞出來，再配以不同的檢測儀器測得；非接觸法則不采用任何傳遞機構。
示差法是基于采用熱穩定性良好的材料石英玻璃（棒和管）在較高的溫度下，其線膨脹系數隨溫度而改變的性質很小。當溫度升高時，石英玻璃與待測試樣都會發生膨脹，但是待測試樣的膨脹比石英玻璃管上同樣長度部分的膨脹要大。因而使得與待測試樣相接觸的石英玻璃棒發生移動，這個移動是石英玻璃管、石英玻璃棒和待測試樣三者的同時伸長和部分抵消后在傳感器上所顯示的ΔL值，它包括試樣與石英玻璃管和石英玻璃棒的熱膨脹之差值，測出這個系統的伸長之差值及加熱前后的溫度差，并根據已知石英玻璃的膨脹系數，便可算出待測試樣的熱膨脹系數。
使用熱膨脹分析儀進行試驗液晶實時可顯示儀器的狀態與數據。試驗中由用戶自行設定升溫速率，軟件PID控制線性升溫。用標準樣品可以校正儀器各項指標。測量過程自動完成、自動繪圖，也可人工修正，電腦自動計算線膨脹系數、體膨脹系數、線膨脹量、急速膨脹。
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