水平热膨胀仪的核心工作原理基于对材料在温度变化时长度变化的准确测量。其基本构成主要包括加热系统、温度控制系统、位移测量系统和样品固定装置等部分。

加热系统通常采用电阻丝加热、感应加热或激光加热等方式，为样品提供稳定且可控的热源。温度控制系统则通过高精度的温度传感器（如热电偶、热电阻等）实时监测样品的温度，并将温度信号反馈给控制器。控制器根据预设的温度程序，准确调节加热功率，使样品的温度按照设定的速率上升或下降，确保温度变化的准确性和稳定性。例如，在一些高精度的实验中，温度控制精度可达到±0.1℃甚至更高，温度变化速率可以在很宽的范围内准确调节，满足不同材料和实验条件的需求。

位移测量系统是水平热膨胀仪的关键部分，它能够准确测量样品在温度变化过程中的长度变化。常见的位移测量方法包括光学干涉法、电容位移法、激光位移法等。光学干涉法利用光的干涉原理，通过测量干涉条纹的移动来计算样品的位移，具有较高的测量精度，可达纳米级甚至更高。电容位移法则是基于电容的变化与位移之间的关系，通过测量电容的变化来确定样品的位移，具有响应速度快、测量范围宽等优点。激光位移法利用激光束照射样品表面，通过检测反射激光束的位置变化来测量样品的位移，具有非接触、高精度、高速度等特点。

样品固定装置用于将样品牢固地固定在水平方向上，确保在温度变化过程中样品只发生水平方向的膨胀或收缩，而不产生其他方向的位移或变形。样品通常被放置在两个支撑点之间，形成一个简支梁结构。在测量过程中，位移测量系统会实时监测样品一个端点相对于另一个端点的位移变化，从而得到样品在水平方向上的热膨胀系数。

位移传感器的精度和分辨率决定了水平热膨胀仪测量热膨胀系数的准确性。光学干涉位移传感器利用光的干涉现象，通过测量干涉条纹的移动来计算位移，其分辨率可达到亚纳米级，能够准确测量材料在微小温度变化下的长度变化。电容位移传感器基于电容的变化与位移之间的关系，具有响应速度快、测量范围宽等优点，适用于动态热膨胀测量。激光位移传感器则利用激光束的高方向性和高单色性，通过检测反射激光束的位置变化来测量位移，具有非接触、高精度、高速度等特点，能够满足不同形状和尺寸样品的测量需求。