[實(shí)用新型]橫梁彎曲衍射法測楊氏模量實(shí)驗(yàn)儀

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200920126037.3
• 申請日: 2009-01-06
• 公開（公告）號: CN201331468Y
• 公開（公告）日: 2009-10-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁霄;田源;聶喻梅;楊長中;劉強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶工學(xué)院
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08
• 代理公司: 重慶博凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 李海華

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，具體指利用橫梁彎曲衍射法測楊氏彈性模量的實(shí)驗(yàn)儀。

背景技術(shù)

楊氏彈性模量是描述固體材料抵抗變形能力的重要物理量，是工程技術(shù)中的常用參數(shù)，楊氏彈性模量的測量也是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之一。靜態(tài)法測量楊氏彈性模量主要有拉伸法、彎曲法兩種，其測試的關(guān)鍵之處都在于如何對材料在拉力作用下的微小形變的放大測量上。

拉伸法是利用掛鉤配合固定砝碼對金屬絲施加拉力，然后利用讀數(shù)望遠(yuǎn)鏡配合光杠桿放大金屬絲的微小伸長量并進(jìn)行測量，其物理思想明確，設(shè)計(jì)巧妙，測量簡單，但其測量誤差較大，主要有以下四個方面的缺點(diǎn)：

1、由于使用砝碼掛鉤施加拉力，故系統(tǒng)穩(wěn)定性較差(每次改變砝碼質(zhì)量后金屬絲都會出現(xiàn)擺動，須待其穩(wěn)定下來之后方可測量，也因此受環(huán)境條件影響較大，一些小的振動及較大的空氣流動都會對實(shí)驗(yàn)造成影響)；

2、砝碼質(zhì)量是固定的，不能根據(jù)測量對象靈活選擇拉力的大小，從而在很大程度上限制了測量對象的范圍；

3、使用讀數(shù)望遠(yuǎn)鏡配合光杠桿測量金屬絲的伸長量，要求標(biāo)尺到望遠(yuǎn)鏡的反射光路平面必須與金屬絲伸長方向垂直(這一點(diǎn)在實(shí)際測量過程中很難保證)、同時還受到環(huán)境光線、測量人員對望遠(yuǎn)鏡刻度線估讀能力的影響；

4、由于光杠桿放大法需要較長的反射光路，故測試時占用實(shí)驗(yàn)場地較大。

彎曲法的測量對象一般是規(guī)則矩形梁。傳統(tǒng)的彎曲法是利用光學(xué)顯微鏡放大測量梁的撓度，對橫梁施加拉力的方式也是砝碼配合掛鉤的方式，故也在不同程度上存在上述前三個缺點(diǎn)。目前，有部分儀器廠家生產(chǎn)的《霍爾位移傳感器測楊氏模量實(shí)驗(yàn)儀》也只是用杠桿原理配合霍爾位移傳感器取代了讀數(shù)顯微鏡對梁的撓度進(jìn)行放大測量，并沒有脫離“砝碼+掛鉤”的老式加力方式，同時該方法是一種接觸式測量，杠桿與測試對象的接觸、所用磁場在豎直方向的線性度、實(shí)驗(yàn)前需用讀數(shù)顯微鏡定標(biāo)等因素都決定了該方法誤差較大，通過多次實(shí)驗(yàn)比較，其測量精度尚不如用讀數(shù)顯微鏡的測試方法。

實(shí)用新型內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本實(shí)用新型的目的是提供一種儀器穩(wěn)定性好、測量對象范圍更廣、測量精度更高、測量場地要求小的測量楊氏模量的實(shí)驗(yàn)儀。

本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：橫梁彎曲衍射法測楊氏模量實(shí)驗(yàn)儀，包括加力機(jī)構(gòu)、撓度放大機(jī)構(gòu)和測試衍射條紋分布的測試機(jī)構(gòu)，加力機(jī)構(gòu)由螺旋加力裝置和拉力傳感器組成，螺旋加力裝置設(shè)于支架上，撓度放大機(jī)構(gòu)包括產(chǎn)生狹縫的上刀口、下刀口和通過狹縫產(chǎn)生衍射條紋的半導(dǎo)體激光器，測試對象中部與上刀口連接，測試對象兩端定位于支架上，拉力傳感器將螺旋加力裝置和上刀口連接，下刀口安裝于可調(diào)高度支撐架上。

所述半導(dǎo)體激光器固定于可調(diào)高度支撐架上并與下刀口相對固定，激光光斑的下半部分固定照射在下刀口刀緣上。

所述測試機(jī)構(gòu)由相互配合的光電探頭和數(shù)顯游標(biāo)尺組成。

本實(shí)用新型與同類儀器相比解決了儀器穩(wěn)定性方面的問題，測量對象范圍更廣，同時由于采用了最新的光電測試技術(shù)，因此在測量精度上有很大的提高，精度可達(dá)到3％以內(nèi)。由于所使用光電測試方法精度較高，故可在很短的距離上對衍射條紋進(jìn)行測量，可以很大地節(jié)約實(shí)驗(yàn)場地。

附圖說明

圖1-本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1-螺旋加力裝置；2-拉力傳感器；3-外框支架；4-掛鉤；5-內(nèi)支架；6-上刀口；7-下刀口；8-可調(diào)高度支撐架；9-狹縫；10-測試對象。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。

本實(shí)用新型橫梁彎曲衍射法測楊氏模量實(shí)驗(yàn)儀，主要包括加力機(jī)構(gòu)、撓度放大機(jī)構(gòu)和測試衍射條紋分布的測試機(jī)構(gòu)三大功能部分，同時還包括安裝加力機(jī)構(gòu)、撓度放大機(jī)構(gòu)的支架，支架由外框支架和內(nèi)支架組成。參見圖1，從圖上可以看出，加力機(jī)構(gòu)由螺旋加力裝置1和拉力傳感器2組成，螺旋加力裝置1設(shè)于外框支架3上。撓度放大機(jī)構(gòu)包括刀口向下的上刀口6、刀口向上的下刀口7和半導(dǎo)體激光器(半導(dǎo)體激光器在圖上未畫出)，上刀口6和下刀口7的刀口相對以產(chǎn)生狹縫9，目的是通過狹縫在前方形成單縫衍射條紋。上刀口6附著在掛鉤4上，測試對象10中部被鉤在掛鉤4上通過掛鉤4與上刀口6連接，使測試對象10中部與上刀口6同步移動，測試對象10兩端定位于內(nèi)支架5上，拉力傳感器2將螺旋加力裝置1和上刀口6連接，下刀口7安裝于可調(diào)高度支撐架8上。