本實(shí)用新型屬于物理實(shí)驗(yàn)用測量設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種金屬絲楊氏模量測量裝置。
背景技術(shù):
微小長度的確定及位移的精確測量在高精度檢測、機(jī)械加工和其他領(lǐng)域有著非常重要的應(yīng)用?,F(xiàn)有楊氏模量測量裝置主要有如下幾種:
(1)YMC-2型楊氏模量測量儀
測量方法為拉伸法。利用高倍顯微鏡直接讀取拉伸長度。雖然具有簡單易操作的特點(diǎn),但肉眼讀數(shù)誤差較大。
(2)HA-XN-YM-III型楊氏模量測量儀
測量方法為橫梁彎曲法。儀器特點(diǎn)是待測金屬薄板只需受較小的力即可產(chǎn)生較大的形變。儀器體積小重量輕,測量結(jié)果準(zhǔn)確度高,實(shí)際測量誤差小于3%。缺陷是是數(shù)據(jù)獲取與計(jì)算過程復(fù)雜繁瑣,聲音很大。
(3)FH2729動態(tài)楊氏模量測定儀
測量方法為動態(tài)法懸掛測量。FH2729動態(tài)楊氏模量實(shí)驗(yàn)儀既能用正弦波激勵(lì)產(chǎn)生共振信號,還能用窄脈沖產(chǎn)生廣譜頻率信號(動態(tài)法)來測量黃銅棒,鐵棒和鋁棒的楊氏模量。通過測量受迫共振頻率和自由共振頻率,可以了解材料的其它特征。但懸掛測量中懸絲與試樣棒的耦合情況直接影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果,觀察示波器讀數(shù)也會造成一定誤差。
(4)DCY-3型動態(tài)楊氏模量測定儀
測量方法為動態(tài)支撐法。該方法測定的溫度范圍極廣,從液氮溫度-室溫--1000℃-2600℃內(nèi)均可。設(shè)備簡單,易于操作。但儀器發(fā)出聲音大。
莫爾現(xiàn)象是一個(gè)發(fā)生在兩個(gè)或多個(gè)具有重復(fù)性結(jié)構(gòu)的圖案重疊區(qū)域的現(xiàn)象,在重疊區(qū)域會出現(xiàn)明暗相間、清晰可見而在源圖案中并不存在的條紋,這些條紋被稱為莫爾條紋。莫爾條紋對微小移動距離非常敏感,當(dāng)兩個(gè)光柵位置之間發(fā)生微小的移動時(shí),都會使得莫爾條紋發(fā)生比較大的變化。因此,可以根據(jù)莫爾條紋發(fā)生的變化來判斷或測量光柵之間位置的變化,基于其位移放大原理研制出來的光柵尺等測量設(shè)備也已廣泛應(yīng)用于社會的方方面面。但將莫爾條紋移動距離與光柵移動距離之間的線性關(guān)系對金屬絲楊氏模量進(jìn)行的測量的裝置還未見到。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本實(shí)用新型解決的技術(shù)問題是,現(xiàn)有拉伸法測量楊氏模量的實(shí)驗(yàn)(利用光杠桿原理設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置)中,整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置所占的空間大,調(diào)節(jié)難度大,觀察費(fèi)眼,眼睛很容易疲勞。目前市場上存在的部分楊氏模量測量儀器精密度較高,從而價(jià)格較高,不易維護(hù),很難應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐領(lǐng)域;另一部分儀器精密度低,但操作復(fù)雜,重復(fù)機(jī)械性勞動量大,測量精確度和效率十分低下。
為了解決上述問題,本儀器是在拉伸法測量楊氏模量儀器的基礎(chǔ)上改進(jìn)的測量裝置,既保留傳統(tǒng)拉伸法簡單有效的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)克服其效率低,精確度低的缺陷,實(shí)現(xiàn)楊氏模量的快速準(zhǔn)確測量,可以同現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)儀器相結(jié)合,運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,且該儀器裝置簡單、易于搭建,實(shí)驗(yàn)過程安全、操作簡單方便。
為實(shí)現(xiàn)上述目的,本實(shí)用新型采用如下的技術(shù)方案,金屬絲楊氏模量測量裝置,包括實(shí)驗(yàn)架,實(shí)驗(yàn)架頂部和中部分別設(shè)有兩橫板,底部設(shè)有底座,待測金屬絲固定于頂部橫板上,待測金屬絲的中部與亞克力板相連接固定,待測金屬絲的底端連接托盤,托盤上放置砝碼,這種設(shè)計(jì)可以保證當(dāng)待測金屬絲發(fā)生形變時(shí),帶動亞克力板發(fā)生微小位移,再使得與之相固定的指示光柵能夠在鉛直方向產(chǎn)生同樣的微小位移;實(shí)驗(yàn)架的中部橫板上通過軸承垂直固定有兩垂直導(dǎo)軌,兩導(dǎo)軌各通過一個(gè)直線軸承滑塊與亞克力板連接,指示光柵固定在亞克力板上,導(dǎo)軌的使用可以減小在整個(gè)運(yùn)動過程中的橫向運(yùn)動框量及摩擦阻力。
參考光柵固定于角度轉(zhuǎn)盤上,角度轉(zhuǎn)盤放置在與中部橫板同一水平線的實(shí)驗(yàn)臺上,從觀察方向看,參考光柵與指示光柵相重疊,角度轉(zhuǎn)盤可垂直轉(zhuǎn)動;實(shí)驗(yàn)所用參考光柵固定于角度轉(zhuǎn)盤上,在實(shí)驗(yàn)過程中,可以通過轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)盤來改變兩光柵柵線夾角。
觀察目鏡一側(cè)對準(zhǔn)CCD攝像頭,CCD攝像頭通過連接線與顯示屏連接,為了使看到的圖像更清晰和方便測量,觀察用CCD攝像頭掃描目鏡中的像,最后通過顯示屏直接觀察被放大的莫爾條紋;觀察目鏡另一側(cè)依次對準(zhǔn)參考光柵、指示光柵。
進(jìn)一步的,實(shí)驗(yàn)架的頂部和中部橫板通過螺栓連接件與豎桿可活動連接,可以調(diào)節(jié)橫板的位置。
進(jìn)一步的,角度轉(zhuǎn)盤的圓周上設(shè)有刻度。用于直接讀出指示光柵7和參考光柵8兩光柵柵線夾角。
具體操作過程如下:
實(shí)驗(yàn)時(shí),將實(shí)驗(yàn)架放置在合適位置,調(diào)整中部橫板的位置,使之與實(shí)驗(yàn)平臺平行相接,然后調(diào)整角度轉(zhuǎn)盤和觀察目鏡的位置,使之位于同一水平直線上,從觀察方向看,參考光柵與指示光柵相重疊;然后調(diào)整角度轉(zhuǎn)盤的角度至合適位置,通過添加砝碼來促進(jìn)金屬絲形變,通過屏幕觀察被放大的莫爾條紋,通過換算實(shí)現(xiàn)楊氏模量的快速準(zhǔn)確測量。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于:
1.光柵柵線夾角與莫爾條紋的條紋放大倍數(shù)密切相關(guān);但對于同樣的金屬絲形變量,莫爾條紋移動的條紋個(gè)數(shù)卻與光柵柵線夾角無關(guān)。
2.由于放大倍數(shù)不僅與光柵常數(shù)有關(guān),還與光柵的夾角也有關(guān)系,實(shí)驗(yàn)中可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)夾角來改變儀器的放大倍數(shù),實(shí)現(xiàn)不同的測量要求。
3.該儀器裝置簡單、易于搭建,實(shí)驗(yàn)過程安全、操作簡單方便,易于觀察。
附圖說明
為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案,下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。
圖1是本實(shí)用新型的指示光柵部分結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2是本實(shí)用新型的參考光柵部分結(jié)構(gòu)示意圖;
圖3是本實(shí)用新型的讀數(shù)部分結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中,實(shí)驗(yàn)架1,待測金屬絲2,亞克力板3,托盤4,導(dǎo)軌5,直線軸承滑塊6,指示光柵7,參考光柵8,角度轉(zhuǎn)盤9,觀察目鏡10,CCD攝像頭11,顯示屏12。
具體實(shí)施方式
為使本實(shí)用新型實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚,下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖,對本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實(shí)施例是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例,而不是全部的實(shí)施例?;诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例,都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
實(shí)施例1:
金屬絲楊氏模量測量裝置,包括實(shí)驗(yàn)架1,實(shí)驗(yàn)架1頂部和中部分別設(shè)有兩橫板,底部設(shè)有底座,待測金屬絲2固定于頂部橫板上,待測金屬絲2的中部與亞克力板3相連接固定,待測金屬絲2的底端連接托盤4,托盤4上放置砝碼,這種設(shè)計(jì)可以保證當(dāng)待測金屬絲發(fā)生形變時(shí),帶動亞克力板3發(fā)生微小位移,再使得與之相固定的指示光柵能夠在鉛直方向產(chǎn)生同樣的微小位移;實(shí)驗(yàn)架1的中部橫板上通過軸承垂直固定有兩垂直導(dǎo)軌5,兩導(dǎo)軌5各通過一個(gè)直線軸承滑塊6與亞克力板3連接,指示光柵7固定在亞克力板3上,導(dǎo)軌的使用可以減小在整個(gè)運(yùn)動過程中的橫向運(yùn)動框量及摩擦阻力。
參考光柵8固定于角度轉(zhuǎn)盤9上,角度轉(zhuǎn)盤9放置在與中部橫板同一水平線的實(shí)驗(yàn)臺上,從觀察方向看,參考光柵8與指示光柵7相重疊,角度轉(zhuǎn)盤9可垂直轉(zhuǎn)動;實(shí)驗(yàn)所用參考光柵固定于角度轉(zhuǎn)盤上,在實(shí)驗(yàn)過程中,可以通過轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)盤來改變兩光柵柵線夾角。
觀察目鏡10一側(cè)對準(zhǔn)CCD攝像頭11,CCD攝像頭11通過連接線與顯示屏12連接,為了使看到的圖像更清晰和方便測量,觀察用CCD攝像頭掃描目鏡中的像,最后通過顯示屏直接觀察被放大的莫爾條紋;觀察目鏡10另一側(cè)依次對準(zhǔn)參考光柵8、指示光柵7,防止因亞克力板的厚度所帶來的實(shí)驗(yàn)誤差。
具體操作過程如下:
實(shí)驗(yàn)時(shí),將實(shí)驗(yàn)架放置在合適位置,調(diào)整中部橫板的位置,使之與實(shí)驗(yàn)平臺平行相接,然后調(diào)整角度轉(zhuǎn)盤和觀察目鏡的位置,使之位于同一水平直線上,從觀察方向看,參考光柵8與指示光柵7相重疊;然后調(diào)整角度轉(zhuǎn)盤的角度至合適位置,通過添加砝碼來促進(jìn)金屬絲形變,通過屏幕觀察被放大的莫爾條紋,通過換算實(shí)現(xiàn)楊氏模量的快速準(zhǔn)確測量。
實(shí)施例2:
實(shí)驗(yàn)架1的頂部和中部橫板通過螺栓連接件與豎桿可活動連接,可以調(diào)節(jié)橫板的位置。
角度轉(zhuǎn)盤9的圓周上設(shè)有刻度。用于直接讀出指示光柵7和參考光柵8兩光柵柵線夾角。
其余均與實(shí)施例1相同。